16×16点阵式LED显示屏毕业设计说明书(共34页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计说明书课题名称: 点阵式LED汉字显示屏的设计 学生姓名 戴沛夷 学 号 二级学院(系) 电气电子工程学院 专 业 应用电子技术 班 级 电子0911 指导教师 阮越广 起讫时间: 2011 年11 月1 日2012 年1 月6 日专心-专注-专业点阵式LED汉字显示屏的设计摘 要本设计所使用的是AT89C51高性能CMOS 8位微处理器作为主控制模块。利用简单的外围电路来驱动1616的点阵LED显示屏。利用AT89C51单片机本身强大的功能和E PROM可以很方便的实现单片机与PC机之间的数据传递及存贮。并能够利用仿真软件可以很方便的进行仿真调试,和显示内容
2、的多样化。LED汉字点阵广泛应用于银行,机场,港口等公共场所。所以本设计具有很强的应用性。本课题利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真设计,完成了系统的硬件电路设计和软件编程,并进行了仿真调试,实现了汉字在点阵式LED显示屏上的滚动显示,达到了仿真设计的目的。关键词:仿真; 显示;点阵;微处理器;控制模块 Abstract This design is used AT89C51 MCU as a main controller,and depend on a simple external circuit to driver 1616 lattice
3、 LED display.By using its own powerful functions and capacity of internal E2PROM. It is easy to accomplish the MCU and the PC and E2PROM for internal storage,date transmission equipment,and it also can be used show a varieties content changes.The other dot matrix display is wildely used in Banks,Air
4、ports,Ports and other public places.Therefore,the design has strong practical application.With the help of Proteus an embedded system simulation flat, rolling Chinese character display on dot-matrix LED was simulated. Hardware circuit and programs were finished in the embedded system flat. And Simul
5、ation debugging was carried on, which fulfilled the rolling Chinese character display on dot-matrix LED. By Proteus simulation, the anticipated design goal was reached. Keywords: Simulation; Proteus; Display; dot-matrix;目 录第1章 绪论1.1 引言点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如,车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的
6、起飞时间表。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合,用单片机控制实行各种文字或图型的变化,达到广告宣传和提示的目的。Proteus是一款新颖的嵌入式系统软硬件设计仿真平台,特别适用于单片机仿真,能够在线、实时仿真多种类型的单片机,诸如MCS-51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机等,能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试,而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器,对于初学单片机的人来说,既减少了学习成本,又达到了良好的学习效果。1.2 设计课题的背景知识 LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏,均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏
7、采用微型计算机进行控制,图文、图像并茂,以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息,还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。如图所示 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展,是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是:亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。现代LED的发展很快,很多研究领域
8、非常已经深刻,实际情况是:很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围,所以本课题只是简单的研究一下用单片机驱动的LED移动显示汉字以及Proteus的应用,本课题的目的有一下四点:一是亲手制作一个简单实用的显示文字的LED点阵;二是通过制作LED点阵增强对LED点阵的了解和应用,以及复习巩固单片机知识;三是通过此次课题可以掌握一些仿真软件比如:Proteus,Keil3,PCtoLCD汉字取模软件。四是通过这个课题可以培养我们独立思考,动手实践的能力 图1-1LED的应用 LED点阵显示器是由一串发光或是不发光的点状(或条状)显示器按矩阵的方式排列组成的,其发光体是(LED发光二极管)。
9、LED的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵(如1616 点阵),常用的汉字取模软件有PCtoLCD等。将字模文件保存形成新的汉字编码;而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句,再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。不论显示图形还是文字,都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形,在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说,每个LED发光器件占据数据中的1位(1bit),在需要该LE D器件发光的数据中相应的位填1,否则填0。当然,根据控制电路的安排,相反的定义同样时可行的
10、。这样依照所需显示的图形文字,按显示屏的各行各列逐点填写显示数据,就可以构成一个显示数据文件。显示图形的数据文件,其格式相对自由,只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范,可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵,其大小也可以有88、1616、2424、3232、4848等不同规格。当前,LED点阵显示器的应用十分广泛。下图为88点阵LED的等效电路图和外观及引脚,1616的诸如此类的。图1-2 88点阵LED等效电路图图1-3 88点阵LED外观及引脚图1.3 LED的扫描方式点阵LED一般采用扫描式显示,实际运用分为如下三种方式:点扫描;行扫描;列扫描;若采用第一种
11、方式,其扫描频率F必须大于1664=1024Hz,周期小于1ms。若采用第二种和第三种方式,则F必须大于168=128Hz,周期小于7.8ms才可以符合视觉暂留要求。此外一次驱动一行和一列是需外加驱动电路提高电流,否则LED亮度会不足。根据位选线与段选线的连接方法不同,LED显示器可以分为静态显示和动态显示两种方式。段选线控制字符选择,位选控制显示位的亮暗。LED在显示某一字符时,其显示驱动电路要具有锁存功能,由单片机送出的显示驱动码一经送出后,在不改变显示内容的情况下该驱动吗一直保持到下一个字符为止。这是LED的静态显示。因为LED的静态显示要占用大量的I/O口,硬件电路也比较复杂,为了简化
12、电路,降低成本,可采用动态显示的硬件接法是将所有的LED显示器的段选线并在一起,接到一个8位的I/O口上,而位选线则分开接到各自的控制I/O线上。由于各LED的段选线是接到一起的,如果不加控制,在显示字模时各LED会显示出同样的内容,为解决这一问题,应使LED在每一个时间段内只显示一位,在此期间只使一位LED的位选线有效,则在此期间只有一位LED显示,其他的则不显示。各LED在一个显示周期内分别显示一段时间,当一个显示周期足够短时(小于10ms),由于人眼的视觉暂留特性,使人感觉每个LED都在亮。 第2章 方案设计 2.1 任务要求选用合适的51系列单片机并设计一个点阵汉字显示屏。显示屏有一块
13、1616点阵LED显示器组成,通过按键可以实现逐字、向左右移动显示4个汉字的功能。完成相应的软硬件设计。可以通过制作实物或利用PROTEUS仿真软件完成调试。2.2 方案设计LED点阵总体框图如图所示,点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机,它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。由于两部分的电路在制板时可以放到一起,所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分
14、进行数据和命令的传送。此显示电路采用扫描方式进行显示时,每行有一个行驱动器,各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号,从第一行开始,按顺序依次对各行进行扫描(把该行与电源的一端接通)。另一方而,根据各列锁存的数据,确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列,就在该行该列点燃相应的LED;未接通的列所对应的LED熄灭。图 2-1 系统框图第3章 硬件设计3.1 51单片机简介单片机(Microcontroller,又称微处理器)是在一块硅片上集成了各种部件的微型机,这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
15、8051是MCS-51系列单片机的一个产品。MCS-51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机,8051单片机系列指的是MCS-51系列和其他公司的8051衍生产品。这些衍生品是在基本型基础上增强了各种功能的产品。这些产品给8位单片机注入了新的活力,给它的开发应用开拓了更广泛的前景。8051系列的内部结构可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。(1)中央处理器8051的中央处理器由运算器和控制逻辑构成,其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算;“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。ALU只能
16、进行运算,运算的操作数可以事先存放到累加器ACC或寄存器TMP中,运算结果可以送回ACC或通用寄存器或存储单元中,累加器ACC也可以写为A。B寄存器在乘法指令中用来存放一个乘数,在除法指令中用来存放除数,运算后B中为部分运算结果。程序状态字PSW是个8位寄存器,用来寄存本次运算的特征信息,用到其中七位。PSW的格式如下所示,其各位的含义是:CY:进位标志。有进位/错位时CY=1,否则CY=0。 AC:半进位标志。当D3位向D4位产生进位/错位时,AC=1,否则AC=0,常用于十进制调整运算中。F0:用户可设定的标志位,可置位/复位,也可供测试。RS1、RS0:四个通用寄存器组选择位,该两位的四
17、种组合状态用来选择03寄存器组。OV:溢出标志。当带符号数运算结果超出-128+127范围时OV=1,否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时,或当无符号数除法的除数为0时OV=1,否则OV=0。P:奇偶校验标志。每条指令执行完,若A中1的个数为奇数时P=1,否则P=0,即偶校验方式。控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器 、译码器以及地址指针DPTR和程序寄存器PC等。单片机是程序控制式计算机,即它的运行过程是在程序控制下逐条执行程序指令的过程:从程序存储器中取出指令送指令存储器IR,然后指令译码器ID进行译码,译码产生一系列符合定时要求的微操作信号,用以控制单片机的各部分动作。80
18、51的控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作,并对单片机发出若干控制信息。这些控制信息的使用专门的控制线,诸如PSEN、ALE、EA以及RST,也有一些是和P3口的某些端子合用,如WR和RD就是P3.6和P3.7,他们的具体功能在介绍8051引脚是一起叙述。(2)存储器组织8051单片机的存储器结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开,并有各自的寻址机构和寻址方式,这种结构称为哈佛结构单片机。这种结构与通用微机的存储器结构不同,一般微机只有一个存储器逻辑空间,可随意安排ROM或RAM,访存时用同一种指令,这种结构称为普林斯顿型。8051单片机在物理上有四个存储空间:片
19、内程序存储器和片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。8051片内有256K数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外,还可以在片外扩展RAM和ROM,并且各有64KB的寻址范围。也就是最多可以在外部扩展2*64KB存储器。8051的存储器组织结构如图所示。图3-1 8051存储器组织结构64K字节的程序存储器(ROM)空间中,有4K字节地址区对于片内ROM和片外ROM是公用的,这4K字节地址是0000HFFFH。而1000HFFFFH地址区为外部ROM专用。CPU的控制器专门提供一个控制信号EA用来区分内部ROM和外部ROM的公用地址区:当EA接高电平时,单片机从片内ROM
20、的4K字节存储器区取指令,而当指令地址超过0FFFH后,就自动的转向片外ROM取指令。当EA接低电平时,CPU只从片外ROM取指令。程序存储器的某些单元是保留给系统使用的:0000H0002H单元是所有执行程序的入口地址,复位以后,CPU总是丛0000H单元开始执行程序。0003H002AH单元均匀地分为五段,用做五个中断服务程序的入口。用户程序不应进入上述区域。8051的RAM虽然字节数不很多,但却起着十分重要的作用。256个字节被分为两个区域:00H7FH时真正的RAM区,可以读写各种数据。而80HFFH是专门用于特殊功能寄存器(SFR)的区域。对于8051安排了21个特殊功能寄存器,每个
21、寄存器为8位,所以实际上128个字节并没有全部利用。内部RAM的各个单元,都可以通过直接地址来寻找,对于工作寄存器,则一般都直接用R0R7,对特殊功能寄存器,也是直接使用其名字较为方便。8051内部特殊功能寄存器都是可以位寻址的,并可用“寄存器名.位”来表示,如ACC.0,B.7等。 单片机最小系统该最小系统由按键复位RESET电路、晶体振荡电路以及I/O接口电路组成。复位的实现通常用2种方式:开机上电复位和外部手动复位,本设计用的是外部手动复位。 图3-2 单片机最小系统原理图图3-3 单片机复位电路3.2 主电路设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如图所示。电路包括单片机、电源电
22、路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码,通过驱动电路对1616 LED点阵进行动态列扫描,以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为ATMEL公司的AT89C51,显示屏采用1616 LED点阵。电源电路通过Vcc为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。电路是单片机的驱动电路,复位电路可在需要时,手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向1616点阵送字型码,本设计采用74HC154。通过阴极驱动电路对1616点阵进行列扫描。利用Proteus软件设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路原理图如图所示。在Proteus软件中,单片机模型本身包
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