单片机硬件实习—LED点阵显示.docx
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1、目 录1. 设计背景12. 设计要求22.1 设计内容22.2 设计目的23. 模块电路的介绍与分析23.1 8255 可编程芯片介绍23.1.18255 芯片的外部引脚33.1.2 8255 的内部构造33.1.3 8255 方式掌握字43.2 LED 点阵及芯片介绍53.2.1 MD1216C-RG 介绍53.2.2 74LS374 芯片介绍63.2.3 74LS273 芯片介绍74. 设计步骤84.1 硬件设计84.1.1 键盘扫描电路84.1.2 点阵显示扫描电路94.2 软件设计104.2.1 软件设计程序流程图114.2.2 软件设计程序代码及分析135. 设计结果235.1 设计
2、效果235.2 调试错误及处理状况236. 设计心得24参考文献25XXXXXXXXXX1. 设计背景点阵 LED 显示器是把一些 LED 组合在同一个包装中,常见的规格有 5*7,8* 8,16*16 等几种。通常,假设要显示阿拉伯数字、英文字母、特别符号等,则可承受 5*7 的点阵即可够用,假设要显示中文字,则需要4 片 8*8 的点阵组成 16*16 的点阵显示器才能显示一个中文字。LED 电子显示屏是由几万 - 几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。用不同的材料可以制造不同颜色的LED 像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED 的开发已经到达了有用阶段。LE
3、D 是发光二极管英文 Light Emitting Diode 的简称,是六十年月末进展起来的一种半导体显示器件,七十年月,随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和 P-N 结形成技术的争论进展,发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并快速进入批量化和有用化。进入八十年月后,LED 在发光波长范围和性能方面大大提高,并开头形成平板显示产品即LED 显示屏。LED 电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统,是目前国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态敏捷、颜色丰富、工作性能稳
4、定以及对室内室外环境适应力量强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。在我国改革开放之后,特别是进入 90 年月国民经济高速增长,对公众场合公布信息的需求日益猛烈,LED 显示屏的消灭正好适应了这一市场形势,因而在 LED 显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了快速的提高,生产也得到了快速的进展,并逐步形成产业,成为光电子行业的兴产业领域。LED 显示屏经受了从单色、双色图文显示屏,到图像显示屏的进展过程。随着信息产业的高速进展,LED 显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。近年 LED 显示屏已广泛应用于室内、外需要进展效劳内容和效劳宗旨宣传的公众场所如银行、营业部
5、、车站、机场、港口、体育场馆等信息的公布,政府机关政策、政令,各类市场行情信息的发部和宣传等。目前,对于那些需要显示的信息量不是很大,区分率不是很高,又需要制造本钱相比照较低的场合,使用大、小屏幕 LED 点阵显示器是比较经济适用的,它可以用单片机掌握实现显示字符、数字、汉字和简洁图形,可以依据需要使用不同字号、字型。汉字显示方式是先依据所需要的汉字提取汉字点阵如 1616 点阵,将点阵文件存入 ROM,形成的汉字编码。而在使用时则需要先依据的汉字编码组成语言,再由 MCU 依据编码提取相应的点阵进展汉字显示。具体显示技术和原理将会在正文中得到具体论述。LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏
6、,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;视频显示屏承受微型计算机进展掌握,图文、图像并茂,以实时、同步、清楚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 显示屏显示画面颜色明媚,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业治理和其它公共场所。LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内第 1 页共 25 页XXXXXXXXXX环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比较的优点。LED 之所以受
7、到广泛重视而得到快速进展, 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 的进展前景极为宽阔,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,牢靠性、全色化方向进展。2. 设计要求2.1 设计内容利用 51 单片机和 LED 点阵显示模块,来设计点阵显示的硬件电路,并编制相应程序,实现中英文字符的显示。编制键盘扫描程序,将键值显示在 LED 显示器上.2.2 设计目的(1) 了解 LED 点阵显示的根本原理和实现方法。(2) 把握点阵汉字库的编码和从标准字库中提取汉字编码的方法。3. 模块电路的介
8、绍与分析3.1 8255 可编程芯片介绍8255A 是目前应用最广的可编程并行接口电路。不行编程并行接口电路的特点是电路简洁,使用便利。但是,它们在硬件连接好了之后,功能就很难转变。可编程并行接口电路的特点就在于使用敏捷,可以在不转变硬件的状况下通过软件编程来转变芯片的功能。图 3.1 8255 引脚图第 2 页共 25 页XXXXXXXXXX3.1.18255 芯片的外部引脚由图 2.1 可见,8255 由以下几个局部组成:数据端口A、B、C其中,C 口被分成 C 口上半局部和 C 口下半局部两个局部,A 组和 B 组掌握规律,数据总线缓冲器和读/写掌握规律。8255 部包含 3 个 8 位
9、的输入输出端口 A、B 和 C,通过外部的 24 根输入输出线与外设交换数据或进展通信联络。端口 A 和端口 B 都可以用作一个 8 位的输入口或 8 位的输出口,C 口既可以作为一个 8 位的输入口或输出口用,又可作为两个 4 位的输入输出口C 口上半局部和 C 口下半局部使用, 还常常用来协作 A 口和 B 口工作,分别用来产生 A 口和 B 口的输出掌握信号和输入 A 口和 B 口的端口状态信号。表 3.1 8255 各引脚功能3.1.2 8255 的内部构造图 3.2 8255 内部构造第 3 页共 25 页XXXXXXXXXX8255A 在使用前要写入一个方式掌握字,选择 A、B、C
10、 三个端口各自的工作方式,共有三种;方式 0 :根本的输入输出方式,即无须联络就可以直接进展的 I/O 方式。其中 A、B、C 口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式 1 :选通 I/O,此时接口和外围设备需联络信号进展协调,只有 A 口和B 口可以工作在方式 1,此时 C 口的某些线被规定为 A 口或 B 口与外围设备的联络信号,余下的线只有根本的 I/O 功能,即只工作在方式 0.方式 2: 双向 I/O 方式,只有A 口可以工作在这种方式,该I/O 线即可输入又可输出,此时C 口有 5 条线被规定为 A 口和外围设备的双向联络线,C 口剩下的三条线可作为B 口方式1 的联络线,也
11、可以和B 口一起方式0 的I/O 线8255A 由数据总线缓冲器、读/写掌握规律电路、A 组和 B 组掌握电路以及数据端口 A、B 和 C 组成。数据总线缓冲器是 8255A 与系统数据总线的接口,CPU 输入输出的数据、CPU 输出的掌握字和外设的状态信息都是通过这个缓冲器传送的。读/写掌握规律电路把 CPU 的掌握命令或输出数据送至相应的端口,把外设的状态信息或输入数据通过相应的端口送至 CPU。数据端口 PA 和 PB 都包含一个 8 位输出锁存器/缓冲器和一个 8 位输入锁存器,PC 口包含一个 8 位输出锁存器/缓冲器和一个 8 位输入缓冲器不锁存输入信号。在工作方式 1 或方式 2
12、 下,PC 口分成高4 位和低 4 位两个输入口作为 PA 和 PB 的掌握信号输出或状态信号输入。CS 、A 、A 、RD 和WR 打算端口的地址。103.1.3 8255 方式掌握字方式掌握字方式掌握字打算端口 A、B 和 C 的工作方式 。1A 组方式A 口 I/OC 口高 4位 I/OB 组方式B 口 I/OC 口低 4位 I/OD7D6D5D4D3D2D1D000= 方式00= OUT0= OUT0= 方式00= OUT0= OUT01= 方式11= IN1= IN1= 方式11= IN1= IN1X= 方式2图 3.3 8255 掌握字 按位操作掌握字端口 C 的任一位可用这个掌握
13、字来置位或复位。第 4 页共 25 页XXXXXXXXXX0XXXC 口位选择位置位 /复位D7D6D5D4D3D2D1D0000=PC0111=PC71= 选中位置10= 选中位置0图 3.4 8255 按位操作掌握字3.2 LED 点阵及芯片介绍3.2.1 MD1216C-RG 介绍图 3.5 MD1216C-RG 分布点阵显示模块的行输入线接至内部 LED 的阴极端,列输入线接至内部 LED 的阳极端假设阳极端输入为高电平,阴极端输入为低电平则该LED 点亮。该试验模块使用 74L374 来掌握行输入线的电平值。将 74LS374 的某输出置 0,则对应的LED 阴极端被置 0。该模块使
14、用 74LS273 来掌握列输入线,并通过 9013 供给电流驱动。将 74LS273 的某输出置 1,则对应的 LED 阳极端被置高。每次系统重开启或总清后,74LS273 输出为全 0,LED 显示被关闭。第 5 页共 25 页XXXXXXXXXX3.2.2 74LS374 芯片介绍图 3.6 74LS374 引脚图74LS374 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许掌握端 OE 为低电寻常,O0O7 为正常规律状态,可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电寻常,O0O7 呈高阻态,即不驱动总线,也不为总线的负载,但锁存器内部的规律操作不受影响。当时钟端 CP 脉冲上升沿的作用下
15、,O 随数据 D 而变由于 CP 端施密特触发器的输入滞后作用,使沟通和直流噪声抗扰度被改善 400 mV。D0D7 数据输入端OE 三态允许掌握端低电平有效CP 时钟输入端O0O7 输出端图 3.774LS374 内部构造及真值表简要说明:374 为具有三态输出的八 D 边沿触发器,共有 54/74S374 和 54/ 74LS374 两种线路构造型式,其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差异):型号 fm PD54S374/74S374 100MHz 450mW,54LS374/74L S374 50MHz 135mW第 6 页共 25 页 XXXXXXXXXX3.2.3 74LS
16、273 芯片介绍图 3.874LS273 引脚图及真值表1 脚是复位 CLR,低电平有效,当 1 脚是低电寻常,输出脚 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9 (Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出 0,即全部复位;当 1 脚为高电寻常,11(CLK)脚是锁存掌握端,并且是上升沿触发锁存,当 11 脚有一个上升沿,马上锁存输入脚 3、4、7、8、13、14、17、18 的电平状态,并且马上呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上.第 7 页共 25 页 XXXXXXXXXX4. 设计
17、步骤4.1 硬件设计4.1.1 键盘扫描电路图 4.1 8255 键盘扫描原理图CS8255 接 F228H ,则命 令字地址为 F22BH,PA 口地址为 F228H ,PB 口地址为 F229H , PC 口地址 为 F22AH 。30 模块中的短路套都套在 8255 侧。 PB 口键盘作为入端口, PC 口的 PC.0 和 PC.1 为输出口,一共 十六个键,分别显示 0到 9 十个数字 , ABCDEF 六个英文字母。第 8 页共 25 页XXXXXXXXXX4.1.2 点阵显示扫描电路图 4.2 LED 显示模块及行扫描电路图 4.3 列扫描电路图 4.4 地址译码电路第 9 页共
18、25 页 XXXXXXXXXX80C518255AD7D0D7D0P3.6P3.7WRRDPB PC0PC128 键盘KEYIN1KEYIN2A1A0CS8255D0-7 273Q0-Q7D0-7 374Q0-Q7D0-7 374Q0-Q7COL1-8R1-R8MD1216C-RGR9-R16COL9-16G1-G8G9-16CLKC1CLKC2CLKR1CLKR2D0-7 273Q0-Q774LS139AB图 4.5 系统框图第 10 页 共 25 页XXXXXXXXXX本试验模块使用 1 块 MD1216C-RG共阳极组成 1616 点阵,以满足汉字显示的要求。为了便利的掌握四个单元,使用
19、了一片 74LS139 译码,产生四个地址片选信号: CLKC1= CSLED,CLKC2= CSLED+1,用于列掌握的两片74LS273;CLKR1= CSLED+2,CLKR2= CSLED+3,用于行掌握的两片 74LS374。LED 模块的 CSLED 接 F200H。4.2 软件设计4.2.1 软件设计程序流程图图 4.5 主程序流程图主程序主要是对 8255 进展初始化,8255 初始化为 PB 口输入,PC 口低四位和高四位均为输出。初始值为 82H。将 10000010B 写入 8255 掌握字,设置 PA、PC 口为输出口,PB 口为输入口。PB 输入的为键盘相应键的键值,
20、PC 口所输出的是扫描的是哪一行。然后对点阵显示屏进展清零,队列清零要给列端口送 00H, 由于列为 74LS273 掌握,接 LED 灯的阳极端,送入 0,LED 阳极低电平,LED 灯不亮,对行清零,则给行端口送入 0FFH,由于 74LS374 掌握行,接 LED 灯的阴极,送入 0FFH 则阴极高电平,LED 灯不亮。之后进入等待按键的循环程序, 一旦有键按下,马上消退抖动在推断,也就是先调用一个延时子程序,再推断传入的 PB 口数据是不是比 0FF 小,假设比 0FF 小,则没有键按下,返回主程序。假设确实有键按下,则进入键盘扫描和功能子程序,传入的数据是 8255 的 PB 口的数
21、据。第 11 页共 25 页 XXXXXXXXXX图 4.6 键盘扫描流程图在子程序中进展对键值的准确推断,也就是通过把PB 口传进来的数据送给累加器 ACC,马上数 00H 送给 R0,假设扫描的是其次行,就把 08H 送给 R0。对累加器进展带进位的右移,并推断进位标志 Cy 的值,假设值为 1,那么 R0 加1,假设 R0 为零,则说明找到了被按下的键的标号,也就是 R0 里面存的数字,就可以跳转到相应的按键功能程序处,把对应要显示字型的表首地址传给 DPTR, 由于显示子程序要传入的是字型编码表的表首地址,是 16 位地址,所以要先把DPH 和 DPL 的内容分别送入 30H 和 31
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