4個16乘16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計

1、福建電力職業(yè)技術(shù)學院課程設(shè)計課程名稱：智能儀器題目：4個16*16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計專業(yè)班次：09 （三）建筑電氣1姓 名：葉湘龍學 號：200928013111指導(dǎo)教師：張繼偉學 期： 2010-2011學年第一學期日 期：2011.1.102011.1.21引言LED 點陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個獨立的 LED 發(fā)光二極 管封裝而成. LED 點陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號, 通常用來顯示時間、速度、 系統(tǒng)狀態(tài)等。本設(shè)計是4個16x16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計。整機以美國ATMEL公司 生產(chǎn)的 40腳單片機 AT89C51 為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的 LED 點陣

2、電子 顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開發(fā)過程。通過該芯片控制一個行驅(qū)動器 74LS154 和八個 列驅(qū)動器 74HC595 來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色 圖像，全屏能顯示4個漢字，采用16塊8 x 8點陣LED顯示模塊來組成4個16x16 點陣顯示模式。顯示采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等 多種顯示方式。文中詳細介紹了 LED 點陣顯示的硬件設(shè)計思路、硬件電路各個 部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計，以及使用說明等。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一章16*16點陣LED電子

3、顯示屏設(shè)計功能要求1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第二章16*16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計方案2顯示模塊方案論證 2數(shù)據(jù)傳輸方案論證 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第三章16*16點陣LED電子顯示屏軟硬件的設(shè)計4單片機系統(tǒng)及外圍電路 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 行驅(qū)動器 4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 列驅(qū)動器 5 HYPERLINK l bookmark18 o

4、Current Document 第四章16*16點陣LED電子顯示屏系統(tǒng)程序設(shè)計6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 顯示驅(qū)動程序 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 系統(tǒng)主程序 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 單片機匯編程序 9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第五章 總結(jié) 14參考文獻 15第一章 16*16 點陣 LED 電子顯示屏設(shè)計功能要求設(shè)計一個能顯示 4 個 16*16

5、點陣圖文 LED 顯示屏，要求能顯示圖形或文字， 顯示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰，圖形或文字顯示有靜止、左移或右移等顯示方式。從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各 個點所在的位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這 種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。16x16的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端 口，按8位的鎖存器來計算，16x16的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字 很龐大，因為我們僅僅是16x16的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多， 這樣在鎖存器上花的成本將是

6、一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾 乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn) 多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就16x16的點陣來說，把所 有同 1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共 陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使 其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其 燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第16 行之后，又重新燃亮第1 行，反 復(fù)輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24次以上

7、），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象， 就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。第二章16*16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計方案2.1顯示模塊方案論證四個8x8的點陣構(gòu)成一個16x16的點陣。行和列的交叉處有一個LED,共 由256個LED構(gòu)成，如果LED的陽極與行相連，而陰極與列相連，那么只要給 該LED對應(yīng)的行以高電平，列以低電平，那么對應(yīng)的LED就發(fā)光。22數(shù)據(jù)傳輸方案論證采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個行 驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常儲存在單片機的儲存器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排 放。顯示時，要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)列的驅(qū)動器上去，這就存在一 個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控

8、制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或 串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng) 的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將列數(shù)據(jù)一位一位傳 往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按 順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢螅@ 一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù) 據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間 可能相當長，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響

9、到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處 理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理 的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū) 動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說,它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能； 對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入 并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影 響本行的顯示。圖2-2為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。牡片iL祈霽=1 111 111 =1UL61S1616LS16LE 口慮陣LED占君LED占君LED.

10、點隼圖2-2顯示屏電路結(jié)構(gòu)框圖第三章16*16點陣LED電子顯示屏軟硬件的設(shè)計31單片機系統(tǒng)及外電路高的刷新頻率，時期顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅(qū)動器相連，用來顯示 數(shù)據(jù)。P1 口低4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號；P1.5P1.7 口則用來發(fā)送 控制信號。P0 口和P2 口空著，在有必要的時候可以擴展系統(tǒng)的ROM和RAM。 16x16點陣顯示屏的硬件原理圖如圖3-1。Q kJ F1 *5 E D 口 D 0-3 D 口 Q U5 ?-tW355- VTED - PJ R + ITi1J r. 00 口口口 0-3 0 1LTT=ai:e血15 胡圖3-116 x 16的點陣顯示屏的硬件原理

11、圖32行驅(qū)動器由于4點陣顯示器有16行，為充分利用單片機的接口，本電路中加入了一 個4-16線譯碼器74LS154,其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號, 單片機P1 口第四位輸出的行號經(jīng)4/6線譯碼器74LS154譯碼器后生產(chǎn)16條行選 通訊信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的線。一條行線上要帶動16列*4的LED 器件5mA電流計算，128個LED同時發(fā)光時，需要640mA的電流，選用三極 管8550作為驅(qū)動管可滿足要求。3.3列驅(qū)動器列驅(qū)動電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個8位串入并出的移位寄 存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自 獨立的，

12、可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達到重疊 處理的目的。如圖3-3是集成電路74HC595的結(jié)構(gòu)圖。U1111SH_CPQ01514DSQ1i2Q212ST_CP3Q34Q45Q56Q6Q710MR7139OEQ7174HC595 vTEXTa-圖3-3 74HC595結(jié)構(gòu)圖將8片74HC595進行級連,可共用一個移位時鐘SCK及數(shù)據(jù)鎖存信號RCK。 這樣，當?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過8x8=64個SCK時鐘后便可將其全 部移入 74HC595中，此時還將產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號RCK將數(shù)據(jù)鎖存在74HC595中， 并在使能信號G的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行輸出，從而使與各輸出位對應(yīng)

13、的場 驅(qū)動管處于放大或截止狀態(tài)；同時由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導(dǎo) 通，相當于第一行LED的正端都接高，顯然，第一行LED管的亮滅就取決于 74HC595中的鎖存信號；此外，在第一行LED管點亮的同時，再在74HC595中 移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，同時由行掃描控制電路將第一行掃 描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行LED管點亮，以此類推，當?shù)谑袙呙柽^ 后再回到第一行，這樣，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像。第四章16*16點陣LED電子顯示屏系統(tǒng)程序設(shè)計顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏 幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次

14、設(shè)計的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分 為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū) 動程序負責向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完 成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng) 應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。從有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法（顯示效果處理）和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯 示屏程序適宜采用 C 語言編寫。顯示驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序在進入中斷后首先要對定時器 T0 重新賦初值，以保證顯示屏 刷新率的穩(wěn)定，1/16 掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下：1 1 f刷頻率

15、（幀頻）二一 X t溢出率二一 Xk（4-1）1601612（65536 t ）0其中f位晶振頻率，t為定時器T0初值（工作在16位定時器模式）。然后顯示驅(qū)動程序查詢當前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示 數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾 現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存， 然后再輸出新的行號，重新打開顯示。圖 4-1 為顯示驅(qū)動程序流程圖。圖4-1 顯示驅(qū)動程序流程圖系統(tǒng)主程序本文設(shè)計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度均勻、充 足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文

16、字顯示 有靜止、移入移出等顯示方式。系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、 中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約3s；接著向上滾動顯示 “上天下地”這4 個漢字及一個圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單 片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳 輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地 再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯 示更多的顯示內(nèi)容。圖 4-2 系統(tǒng)主程序流程圖。圖4-2 系統(tǒng)主程序流程

17、圖單片機匯編程序ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETIORG000BHLJMP INTT0ORG0013HRETIORG 001BH RETIORG0023HRETIORG002BHRETIMOV 20H,#00HA,#0FFHP1,AP2,AP3,AP0,AP1.6TMOD,#01HTH0,#0FCHTL0,#18HSCON,#00HIE,#82HSP,#70HDIS1DPTR,#TABMOVDISPDPTR,#TABMOVDISP1MAINSTART:MOVMOVMOVMOVMOVCLRMOVMOVMOVMOVMOVMOVLCALLMAIN: MOVLCAL

18、LMOVLCALLAJMPMOVDISP: MOV DISLOOP: MOV DISMOV: MOVSETBWAITMOV: JBCAJMPR1,#6R3,#100R2,#00HTR000H,DISMOV1WAITMOVDISMOV1: DJNZMOVADDMOVMOVADDCMOVDECMOVJZAJMP MOVOUT: RETR3,DISMOVA,#128A,DPL DPL,A A,#0 A,DPH DPH,A R1 A,R1 MOVOUT DISLOOPMOVDISP1:MOV DISLOOP1:MOV DISMOV2: MOVSETB WAITMOV1:JBCAJMP DISMOV3:

19、 DJNZINCINC DEC MOV JZ AJMP MOVOUT1: RET DIS1: MOV DIS11: MOVMOVSETB WAIT11: JBCAJMP DIS111: DJNZRETINTT0: PUSHMOVMOV MOV ADD MOV MOVR1,#255R3,#10R2,#00HTR000H,DISMOV3WAITMOV1R3,DISMOV2DPTRDPTRR1A,R1MOVOUT1DISLOOP1R3,#5AHR2,#00HDPTR,#TABTR000H,DIS111WAIT11R3,DIS11ACCTH0,#0FCH TL0,#18H A,#97 A,DPLDPL

20、,AA,#0ADDCA,DPHMOVDPH,AMOVA,#0MOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AWAIT:JBCTI,GOAJMPWAITGO:MOVA,DPLSUBBA,#1MOVDPL,AMOVA,DPHSUBBA,#0MOVDPH,AMOVA,#0MOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AWAIT1:JBCTI,GO1AJMPWAIT1GO1:MOVR0,#03HMLOOP: MOVA,DPLSUBBA,#31MOVDPL,AMOVA,DPHSUBBA,#0MOVDPH,AMOVA,#0MOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AWAIT2:JBCTI,GO2AJMPWAIT2GO2

21、:MOVA,DPLSUBBA,#1MOVDPL,AMOVA,DPHSUBBA,#0MOVDPH,AMOVA,#0MOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AWAIT3:JBCTI,GO3AJMPWAIT3GO3:DJNZR0,MLOOPSETBP1.7NOPSETB P1.6NOPNOPCLR P1.6MOV A,R2ORL A,#0F0HMOV R2,AMOV A,P1ORL A,#0FHANL A,R2MOV P1,ACLR P1.7INC R2INC DPTRINC DPTRMOV A,R2ANL A,#0FHJNZ GO4SETB 00HMOV A,DPLSUBB A,#32MOV DP

22、L,AMOV A,DPHSUBB A,#0MOV DPH,ACLR TR0GO4: POP ACCRETITAB:DBFFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,F FFF,FFFFDBFFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,F FFF,FFFFDBFFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,F FFF,F

23、FFFDBFFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,FFFF,F FFF,FFFFDB FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FC07,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FD FF,0000DB 0000,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,0000,FDFF,FDFF,FDFF,FBFF,F78F,EFBF,DFD F,BFEF,7FF0DB 0000,FDFF,FDFF,FDFF,FDFF,F8FF,FDBF,FDDF,FDCF,FDF8,FDFB,FDFF,FDFF,F DFF,FDFF,FFFFDB EFF7,EFF7,EFB7,EFB7,EFB7,EE00,EFB6,01B6,EFB6,EFB6,EBB4,E7BF,EFBF,DF BF,BFBE,7F80END第五章 總結(jié)本文設(shè)計的是4個16*16的LED圖文顯示屏，能夠在目測的條件下LED顯 示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字穩(wěn)定、清晰無串 擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡 單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠,成本低等優(yōu)點