16×16点阵LED电子显示屏的设计报告

题目：16×16点阵LED电子显示屏的设计姓名：学号：083522012专业：电子信息科学与技术指导老师：设计时间：2011年4月单片机原理及应用课程设计报告书目录1.引言（字体4号，黑体，居中）.........................................................................................11.1.设计意义（字体小4号，黑体）...........................................................................11.2.系统功能要求（字体小4号，黑体）...................................................................12.方案设计（字体4号，黑体，居中）...................................................................................13.硬件设计（字体4号，黑体，居中）...................................................................................24.软件设计（字体4号，黑体，居中）...................................................................................55.系统调试（字体4号，黑体，居中）...................................................................................76.设计总结（字体4号，黑体，居中）...................................................................................87.附录A；源程序（字体4号，黑体，居中）...................................................................108.附录B；作品实物图片（字体4号，黑体，居中）.......................................................179.参考文献（字体4号，黑体，居中）.................................................................................1716×16点阵LED电子显示屏的设计单片机原理及应用课程设计116×16点阵LED电子显示屏的设计1.引言1.1.设计意义LED点阵显示屏在我们的日常生活中随处可见，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、工业企业管理和其它公共场所。它的优点是：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。我们已经学习了单片机及相关的课程，可以利用单片机来控制LED，以达到我们所需要的显示效果。通过16x16点阵显示屏的课程设计，我们能更好的掌握单片机工作原理，把理论知识与实践结合起来，达到学以致用的目的。课程设计能够提高我们的动手能力与解决实际问题的能力。对于单片机我们已经学习了很多与之相关的理论知识，但是我们还没有机会来实际操作它，课程设计给我们提供了一个很好的机会，让我们更深入的去学习它，掌握它。通过课程设计我们能基本掌握单片机硬件与软件相关的知识，掌握16X16LED点阵的工作原理。1.2.系统功能要求设计一个室内用16ｘ16的点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有上移、帘入帘出、左移、右移等显示方式。2.方案设计从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16ｘ16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16ｘ16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是16ｘ16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。具体就16ｘ16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使16×16点阵LED电子显示屏的设计单片机原理及应用课程设计2其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。列驱动器LED显示点阵电源单片机行驱动器图一显示屏电路框图3.硬件设计3.1单片机系统及外围电路16×16点阵LED电子显示屏的设计单片机原理及应用课程设计3单片机采用AT89S52或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5～P1.7口则用来发送控制信号。P0口和P2口空着，在有必要的时候可以扩展系统的ROM和RAM。16ｘ16的点阵显示屏的硬件原理图如图2所示。图二一个16x16点阵显示屏硬件原理图VCCVCCXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U274HC154Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q7'9SH_CP11ST_CP12DS14MR10OE13Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q7'9SH_CP11ST_CP12DS14MR10OE13C11nF30PF8.2K100UF+5V+5V1KX16855016x16点阵16×16点阵LED电子显示屏的设计单片机原理及应用课程设计4列4列2行2行3列1行5列3列6行8行7列7行1列5行6行4列8行1行8列1列8NLB1588LED点阵引脚0.1UFIC每个芯片在靠近VCC引脚加一个0.1uf的电容图三8x8LED引脚图四电容排针+5V560欧电源指示灯红色图五排针图六电源指示灯+100u0.1u电源图七电源3.2行驱动器单片机P1口低4位输出的行号经4/16线译码器74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。一条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20MA电流计算，16个LED同时发光时，需要320MA电流，选通三极管8550作为驱动管可满足要求.3.3列驱动电路列驱动电路有集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，既达到重叠处理的目的。74HC595的外形及内部结构如图3所示。它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SI是串行数据的输入端。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SI的下一个数据打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。16×16点阵LED电子显示屏的设计单片机原理及应用课程设计5RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高组态。SCLR信号是移位寄存器清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。由于SCK和RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QA～QH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。图三74HC595外形及内部逻辑结构图4.软件设计显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可以把显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。从有利于实现较复杂的算法（显示效果处理）和有利于程序结构化考虑，显示屏程序适宜采用C语言编写。4.1显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下：刷频率（帧频）=1/16×T0溢出率=1/16×f/12（65536-t）其中f位