×16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計-機器人創(chuàng)新設(shè)計.docx

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機器人創(chuàng)新設(shè)計 課程設(shè)計報告書 題目：1616點陣LED電子顯示屏的設(shè)計 姓名：張津 學號：1613010320 專業(yè)：國際經(jīng)濟與貿(mào)易 指導老師：于大泳 設(shè)計時間：2017年3月 管理學院 目錄 1. 引言...............................................3 1.1 設(shè)計意義................................................3 1.2 系統(tǒng)功能要求............................................3 2. 方案設(shè)計...........................................4 3. 硬件設(shè)計...........................................5 4. 軟件設(shè)計...........................................8 5. 系統(tǒng)調(diào)試...........................................9 6. 設(shè)計總結(jié)..........................................11 7. 附錄A.：源程序...................................11 8. 附錄B.：作品實物照片.............................16 9. 參考文獻..........................................17 1616點陣LED電子顯示屏的設(shè)計 1. 引言 1.1 設(shè)計意義 目前廣告牌具有顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技術(shù)控制LED顯示屏,則具有顯示內(nèi)容豐富,信息更換靈活等優(yōu)點。 1.2 系統(tǒng)功能要求 本設(shè)計是一1616點陣LED電子顯示屏的設(shè)計。整機以40腳單片機AT89C51為核心，通過該芯片控制列驅(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1個漢字。顯示可以采用動態(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。開關(guān)控制顯示“礦大電氣五班”、“電子綜合設(shè)計”的字幕。 同時還要實現(xiàn)的功能：5V的電壓輸入，時鐘電路的設(shè)置，復位電路的設(shè)置，單片機給74HC154芯片同時給E1和E2低電平，74LS154才能正常的工作。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在X軸或Y，16*16LED點陣如圖1.2.1所示。 圖1.2.1 2.方案設(shè)計 16X16點陣LED工作原理說明 : 16X16點陣共需要256個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法，對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述：一根豎柱：對應(yīng)的列置1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 一根橫柱：對應(yīng)的行置0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。需要實現(xiàn)的功能如下圖流程圖圖2.2所示 圖2.2 本電路使用AT89C51實現(xiàn)行驅(qū)動，對顯示模塊從上至下的掃描，用74HC154和三極管實現(xiàn)列驅(qū)動，對顯示模塊從左至右的掃描，然后顯示字符。在中規(guī)模集成電路中譯碼器有幾種型號，使用最廣的通常是74HC154譯碼器，74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。 2. 硬件設(shè)計 3.1 單片機系統(tǒng)及外圍電路 3.1.1 單片機的選擇 本設(shè)計選用了AT89C51單片機作控制3.1.2 AT89C51芯片介紹 概述：AT89C51為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。AT89C51的引腳圖如下圖3.1所示： 圖 3.1 3.1.3 單片機系統(tǒng)外圍電路 單片機外圍電路一般有兩塊：時鐘電路（如圖3.1.3）和復位電路（3.1.4） 時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率。 復位電路由一個電阻、按鍵和一個電容組成，用來產(chǎn)生復位信號，使單片機上電的時候復位。 圖 3.1.3 AT89C52單片機芯片內(nèi)部有一個反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHz，C1、成的電容值取22PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用 圖3.1.4 單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復位與上電復位方式，當上電時，C1相當于短路，使單片機復位，在正常工作時，按下復位時單片機復位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復位，但是大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機錯誤復位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復位，在復位端加一個去耦電容，則會得 到很好的效果。 3.2 驅(qū)動電路 3.2.1 74HC154芯片簡介 74HC154譯碼器可接受4位高有效二進制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。 3.2.2 驅(qū)動電路的構(gòu)成 本設(shè)計的驅(qū)動電路由三極管的集電極輸出給點陣顯示屏，使其足夠亮。其驅(qū)動電壓為5V。行驅(qū)動由P0口列驅(qū)動電路如圖3.3.2所示： 圖 3.2.2 3.3 16*16LED顯示屏電路和原理 16*16LED顯示屏電路在proteus仿真中由四個8*8LED點陣組成的，其中二極管的正極控制器也就是AT89C51，負極接譯碼器也就是74HC154。顯示屏可以顯示字符、漢字、動畫等任何圖形。該電路充分利用了單片機的I／O口資源．使整機硬件達到最簡。 16*16點陣的原理：點陣LED掃描法介紹點陣LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式：（1）點掃描；（2）行掃描；（3）列掃描。若使用第一種方式，其掃描頻率必須大于1664=1024Hz，周期小于1ms即可。電路如圖3.3所示： 圖 3.3 3.4 電源電路 本設(shè)計采用電源線直接從家用電路中接入電源，經(jīng)變壓為5V，為電路供電。 3. 軟件設(shè)計 本軟件要求實現(xiàn)如下要求：漢字要穩(wěn)定、明亮并且文字要以一定速度上升滾動顯示。 顯示屏軟件模塊：初始化程序、主程序、多字滾動、顯示程序、掃描程序。顯示程序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。軟件設(shè)計中，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)動器程序由定時器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)。 4.1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： 刷頻率（幀頻）=1/16T0溢=1/16f/12（65536-t） 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。圖六為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖 進入中斷 消 隱 定時器賦初值 切換顯示數(shù)據(jù) 讀取行號并增加1 發(fā)送新行號，打開顯示 送新行顯示數(shù)據(jù) 退出中斷 圖4.1.1 4.2系統(tǒng)主程序 本設(shè)計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)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，停留約幾秒；接著向上滾動顯示“--------”這幾個漢字及一個圖形，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。如果想改變些事內(nèi)容，先用字模產(chǎn)生字代碼，將用這段代碼覆蓋原來的代碼，即可顯示你想要的內(nèi)容。 圖4.2.1是系統(tǒng)主程序流程圖。 開始 系統(tǒng)初始化 “卷簾出”顯示效果 “上滾屏”顯示效果 “卷簾入”顯示效果 圖4.2.1 5.系統(tǒng)調(diào)試 u 調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試： 硬件調(diào)試：在焊接電路板的時候，應(yīng)該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個進行焊接測試。在對各個硬件模塊進行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯了。當然，在設(shè)計的過程中也存在著失誤和不足，在調(diào)試中進行修改了。焊接完成后，檢驗點陣、及線路的好壞：燒進檢驗程序，點陣將自第一排向下（上）點亮。檢驗無異常，下載主程序 u 軟件調(diào)試：軟件為老師所提供提供，其原理在上一模塊以作說明，在這里 再作說明，軟件經(jīng)調(diào)試無誤，直接將其下再到單片機中，看是否達到所要的效果 軟件部分是先參考書上的例子，然后自己根據(jù)硬件電路寫程序， 由于以前所學是單片機匯編語言，所以這個系統(tǒng)在編寫程序過程中都采用匯編語言編寫。剛剛開始，編寫不會一次性通過，經(jīng)過仔細分析修改最后編譯成功。但是，在實際寫如S51中，LED顯示屏出現(xiàn)各種各樣的亂碼，通過再次認真仔細分析多次修改程序后，程序能夠正常運行 6. 設(shè)計總結(jié) 本文設(shè)計的點陣LED圖文顯示屏，能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯 示 圖 形 和 文 字，顯 示 的 圖 形 和 文 字 較 穩(wěn) 定、清 晰。在本次設(shè)計過程中，我們得到以下體會：通過兩個星期和大家的一起的努力，我收獲了很多，本設(shè)計是用四個8x8的點陣顯示模塊組成的16x16的點陣LED圖文顯示屏，能夠在目測條件下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，成本低等特點。 總結(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點工作： 一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了LED顯示屏與其它顯示屏相比較有那些優(yōu)點，明確了研究目標。并且通過對單片機資料的查閱和應(yīng)用，更進一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。并證實了自己的思路：“查資料→思考總結(jié)→運用→找出差錯，再查資料和向別人詢問→再次運用”的正確性。 二，本文設(shè)計的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)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。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。 三，本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體C語言程序設(shè)計與調(diào)試等方面。 四，通過這次課程設(shè)計，重新復習并進一步增強了動手的能力，學以致用，把只是運用到實際生活中才是根本目的 總體來說這次的課程設(shè)計不算成功，沒達到預(yù)想的目的：但學到了知識，提高了能力，完成了任務(wù)。有點缺憾是時間有限，實物沒能做成功，不能進一步深入和擴散學習和研究。希望有時間可以對程序和電路圖作更進一步的改進. 7. 附錄A：源程序 *************************************** ； * * ； * 單個16ｘ16的點陣電子屏字符顯示器 * ； * ATA89C52 12MHz晶振 * ； * 2004.2.11 LRM * ； *************************************** ；顯示字用查表法，不占用內(nèi)存，字符用16ｘ16共陽LED點陣， ；效果：向上滾動顯示5個字，再重復循環(huán)。 ；R1：查表偏址寄存器，B：查表首址，R2：掃描地址（從00～0FH）。 ；R3：滾動顯示時控制移動速度，單字顯示可控制靜止顯示的時間。 ；*************； ；中斷入口程序 ； ；*************； ； ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH LJMP INTTO ORG 0013H ERTI ORG 001BH ERTI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI ； ；***********； ；初始化程序； ；***********； ； ； ；***********； ； 主程序 ； ；***********； ； START: MOV 20H,#00H ；清零標志，00H為第16行開始掃描標志，01為1幀 ；掃描結(jié)束標志 MOV A,#0FFH ；端口初始化 MOV P1,A MOV P1,A MOV P3,A MOV P0,A CLR P1.6 ；串行寄存器輸入打入輸出控制位 MOV TMOD,#01H ；使用T0做16位定時器，行掃描用。 MOV TH0,#0FCH ；1ms初值（12MHz） MOV TL0,#18H MOV SCON,#00H ；串口0方式傳送顯示字節(jié) MOV IE，#82H ；T0中斷允許，總中斷允許 MOV SP，#70H MAIN： LCALL DISI ；顯示準備，黑屏，1.5s MOV DPTR,#TAB LCALL MOVDISP ；向上滾動顯示一頁（8個字） INC DPH LCALL MOVDISP ；向上滾動顯示一頁（8個字） INC DPH LACLL MOVDISP ；向上滾動顯示一頁（8個字） AJMP MAIN ； ； ；***********************； ； 多字滾動顯示程序 ； ；***********************； ；每次8個字，入口時定義好DPTR值 ； MOVDISP: MOV B,#00H ；向上移動顯示，查表偏值暫存（從00開始） DISLOOP: MOV R3,#07H ；移動速度 DISMOV： MOV R2,00H ；第0行開始 MOV R1,B SETB TR0 ；開掃描(每次一幀) WAITMOV: JBC 01H,DISMOV1 ；標志為1掃描一幀結(jié)束（16ms為1幀，每行1ms） AJMP WAITMOV DISMOV1: DJNZ R3,DISMOV ；1幀重復顯示(控制移動速度) INC B ；顯示字的下一行（每行2字節(jié)） INC B MOV A,R1 ；R1為0，8個字顯示完 JZ MOVOUT AJMP DISLOOP MOVOUT: RET ；移動先是結(jié)束 ； ； ；****************； ； 單字顯示程序 ； ；****************； ；顯示表中某個字； ；****************； DIS1: MOV R3,#5AH ；靜止顯示時間控制（16ms*#=1.6s） DIS11: MOV R2,#00H ；一幀掃描初始值(行地址從00～0FH) MOV DPTR,#TAB ；取表首址 MOV R1,#00H ；查表偏址(顯示第一個字) SETB TR0 ；開掃描（每次一幀） WAIT11: JBC 01H,DIS111 ；為1，掃描一幀結(jié)束 AJMP WAIT11 DIS111: DJNZ R3,DIS11 RET ； ； ；************； ； 掃描程序 ； ；************； ；1ms刷新一次，每行顯示1s INTT0： PUSH ACC MOV TH0,#0FCH ；1ms初值重裝 MOV TL0,#18H JBC 00H,GOEND ；16行掃描標志為1，結(jié)束 INC R1 ；取行右邊字節(jié)偏址 MOV A,R1 MOVC A,@A+DPTR ；查表 MOV SBUF,A ；串口0方式發(fā)送 WAIT： JBC TI,GO ；等待發(fā)送完畢 AJMP WAIT1 GO: DEC R1 ；取行左邊字節(jié)偏址 MOV A,R1 MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A WAIT1: JBC T1,GO1 AJMP WAIT1 GO1: SETB P1.7 ；關(guān)行顯示，準備刷新 NOP ；串口寄存器數(shù)據(jù)穩(wěn)定 SETB P1.6 ；產(chǎn)生上升沿，行數(shù)據(jù)打入輸出端 NOP NOP CLR P1.6 ；恢復低電平 MOV A,R2 ；修改顯示行地址 ORL A,#0F0H ；修改顯示行地址 MOV R2,A ；修改顯示行地址 MOV A,P1 ；修改顯示行地址 ORL A,#0FH ；修改顯示行地址 ANL A,R2 ；修改顯示行地址 MOV P1,A ；修改完成 CLR P1.7 ；開行顯示 INC R2 ；下一行掃描地址值 INC R1 INC R1 ；下一行數(shù)據(jù)地址 MOV A,R2 ANL A,#0FH JNZ GO2 SETB 00H ；R2為01H，現(xiàn)為末行掃描，置標志 GO2： POP ACC RETI GOEND: CLR TR0 ；一幀掃描完畢，關(guān)掃描 SETB 01H ；一幀掃描完畢，置結(jié)束標志 POP ACC RETI ；退出 ； ； ；***************； ； 掃描文字表 ； ；***************； ； TAB:DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,00FFH,0FFH,0FFH ；黑屏 DB 0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,0B7H,0F7H,0BFH,000H,001H,0F7H,0BFH,0F7H,0B7H ；我 DB 0F1H,0D7H,0C7H,0CFH,037H,0DFH,0F7H,0AFH,0F6H,06DH,0F7H,0F5H,0D7H,0F9H,0EFH,0FDH ； DB 0FFH,007H,0C0H,06FH,0EDH,0EFH,0F6H,0DFH,0C0H,001H,0DDH,0FDH,0BDH,0FFH,0C0H,003H ；愛 DB 0FBH,0FFH,0F8H,00FH,0F3H,0DFH,0F4H,0BFH,0EFH,03FH,09CH,0CFH,073H,0F1H,0CFH,0FBH ； DB 0F7H,0DFH,0F9H,0CFH,0FBH,0BFH,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0DEH,0F7H ；單 DB 0C0H,007H,0DEH,0F7H,0FEH,0FFH,000H,001H,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH DB 0FFH,0BFH,0EFH,0BFH,0EFH,0BFH,0EFH,0BBH,0E0H,001H,0EFH,0FFH,0EFH,0FFH,0EFH,0FFH ；片 DB 0E0H,00FH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0DFH,0EFH,0DFH,0EFH,0BFH,0EFH,07FH,0FFH DB 0EFH,0FFH,0EFH,007H,0EFH,077H,001H,077H,0EFH,077H,0EFH,077H,0C7H,077H,0CBH,077H ；機 DB 0ABH,077H,0AFH,077H,06EH,0F7H,0EEH,0F5H,0EDH,0F5H,0EDH,0F5H,0EBH,0F9H,0EFH,0FFH ； DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH ；黑屏 DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH ； END 8. 附錄B:作品實物圖片 9.參考文獻 [1] 劉欣銘,張廣斌.LED顯示屏技術(shù)綜述[J].黑龍江電力，2003, 25(4):294-296. 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