16×16点阵论文.doc

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1、16X16点阵LED字符显示屏的设计 16X16点阵LED字符显示屏的设计摘 要：随着社会的发展，各式电子产品已在人们的日常生活中日渐占据主导地位，其中当然也包括信息的传播。现在，在一些单位内部、医院和公共场所的监控系统中，常要发布流动的信息。字符显示器为单位内部、公共场所的监控系统发布信息提供了完整的方案。通过指令方便地修改和显示中西文信息，真正实现了信息发布的无纸化。基于STC89C52RC单片机的该字符显示器采用单片机做控制器，24MHZ晶振，1616点阵LED显示器。关键词：单片机 LED 点阵16X16 lattice LED character display designAbst

2、ract: With the development of society, various types of electronic products have already occupied the leading position day by day in daily life, among them certainly include the spread of information too. Now, inside some units, in the monitoring systems of the hospital and public place, often relea

3、se the information of flowing. Have released information and offered the intact scheme in monitoring system by inside the unit , public field of the character display. Revising and showing the information of the Chinese and western language conveniently through the order, the ones that have really r

4、ealized information issue are with no paper at .this character display of the opportunity single computer adopts STC89C52RC single computer to do the controller , 24MHZ is shaken brilliantly , 1616 lattice open LED display altogether.Keywords: Monolithic LED Lattice目录绪论1 LED显示器的基本知识4 11 LED显示器的基础.4

5、12工作原理6. 13硬件的选型72系统的设计8 2.1系统硬件的设计8 2.2系统主要程序的设计82.3列驱动电路92.4行驱动电路103调试及性能分析104结论.125致谢136参考文献14 附录绪论1923年，罗塞夫(lossenow)在研究半导体sic时有杂质的p-n结中有光发射，研制出了发光二极管(led： light emitting diode)，一直不受重视。随着电子工业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展，人们研究出pdp激光显示等离子显示板、lcd液晶显示器、发光二极管led、电致变色显示ecd、电泳显示epid，等多种显示技术。由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和

6、完善，发光二极管已日趋在固体显示器中占主导地位。led之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身有很多优点。例如：亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定，其发展前景极为广阔。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发光均匀性、全色化发展。LED显示屏的应用已经十分广泛，在体育场馆，大屏幕显示系统可以显示比赛实况及比赛比分、时间、精彩回放等；在交通运输行业，可以显示道路运行情况；在金融行业，可以实时显示金融信息，如股票、汇率、利率等：在商业邮电系统，可以向广大顾客显示通知、消息、广告等等。具调查显示，人们接收的信息有23的信息是通过眼睛取得的。显示技术还

7、应用于工业生产、军事、医疗单位、公安系统乃至宇航事业等国民经济、社会生活和军事领域中，并起着重要作用，显示技术已经成为现代人类社会生活的一项不可或缺的技术。1 LED显示器的基本知识11 LED显示器的基础LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，如电源指示、电路状态指示灯，进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。 和很多应用术语一样，L

8、ED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，一般把显示图形和/或文字的LED显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便于不同亮度（灰度）点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条形图文显示屏（简称条屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。 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

9、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LED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。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1616、2424、3232、4848等不同规格。 用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组

10、合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 图文显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。 为了

11、吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新，也可找到相应的算法。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先生成刷

12、新数据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。LED发光器件一般常用的有2种：数码管和点阵1.数码管a、数码管常用的一般8字型,分为ABCDEFGP段,其中P位小数点。b、数码管常用的有10根管脚(单位),每段一根管脚,另外两根管脚为公共端,2根是通的。c、一般小于1.0的为单管芯,(1.0有单有双),1.21.5为双管芯,1.8以上为3个以上的管芯,因而他们的供电电压要求不。一般每个关芯的压降为2.1v左右,我的经验是0.8以下5v供电,1.02.3为12v,3.0以上更高。d、数码管分

13、共阴和共阳两种。2.点阵a、点阵常用的为1616,以前还有58(现在不大用了)。b、点阵都是单管芯,分(行)共阴和(行)共阳,一般都用5v供电。c、1616点阵为32根管脚16根行16根绿,双色为48根管脚,16根行,16根列红,16根列绿。12工作原理本产品采用以STC89C52RC单片机为核心芯片的电路来实现，单片机系统采用89C52，采用24MHZ或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率。使显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。P1口低4位与行驱动相连，送出行选信号；P1.5-P1.7口则用来送控制信号。P0和P2口空着，在有必要时可以扩展系统的ROM和RAM。1616点

14、阵显示屏的硬件原理如图5-1。其中STC89C52RC是一种8KB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。它低功耗，价格低，高速，可靠。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行100000次写擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。时钟电路由STC89C52的18，19脚的时钟端(XTAI 1及XTAL

15、2)以及24 MHz晶振X 、电容C2、C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R ，R2，电容C ，开关K 组成，分别接至STC89C52的RST复位输人端。LED点阵显示屏采用16x16共256个象素的点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。我们在实际应用中是将LED点阵的8条列线通过驱动电路接在PO口8条行线通过限流电阻接在P2口，考虑到PO口必需设置上拉电阻，我们采用1k排电阻作为上拉电阻。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻

16、R ，电容cl的作用，使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C、C3 、X 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照设定的程序在P2和P0接口输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉字的滚动显示。硬件电路组成框图如图1-2所示:单片机列驱动器行驱动 器LED 显示点阵 图1-2硬件电路组成框图13硬件的选型在电路设计中要考虑硬件的选型，硬件的选型应根据设计要求和应用场合的限制选用。在此，选用行列控制器件是很关键的，如果选用的器件达不到要求可能就

17、会出现驱动能力不足造成亮度不够，传送数据出错等一些问题，本LED显示系统主要由STC89C52RC作为主控单元，列控制选用74HC595芯片，行数据传输选用串入并出器件，74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要小，14脚封装，体积也小一些，而且74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变，数码管没有闪烁感。与164只有数据清零端相比，595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。我们这里选用74HC595芯片及4块儿88点阵显示模块组成1616点阵显示屏，从

18、结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二极管被点亮。通常情况下，一块88像素的LED显示屏是不能用来显示一个汉字的，因此，本设计按照其原理结构扩展为1616，显示一个汉字。在显示过程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速率不小于25帧/秒，就不会有闪烁的感觉。控制系统的结构框图如图1-3所示。矩阵显示屏行控制单片机89C52列控制 图1-3 控制系统的结构框图2系统的设计2.1系统硬件的设计字符显示电路的原理图如下图2-1所示。图2-1 1616点阵总电路图22系统主要程序的设计221主程序流程图系统上电后89c52进

19、入工作状态，分别对串口和片选标志位进行初始化，uchar code text数组用于存放欲显示的汉字，行扫描由串口控制74HC595完成，列扫描由P0，P2口共同完成。主程序流程图如图2-2示：开始进入中断定时器赋初值系统初始化读取行号并增1“卷帘出”显示效果“卷帘入”显示效果“左跑马”显示效果“上滚轮屏”显示效果返回送新行号，打开显示切换显示数据消隐送新行显示数据 图2-2 系统主程序流程图2.3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8位输出锁存器，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各列数据的同时，传送下一行的列数

20、据，即达到重叠处理的目的。74HC595的外形引脚结构如图2-3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已个输出锁存器。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。RCK是输出端锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。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，否则呈高阻态。SCLR信号是移位寄存器的清0输入端，当其为低时移位寄存器的输出全为0。由于SCK和RCK两个信号时相互独立的，所

21、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QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出来GH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。595Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7VccQ0DSOEST_CPSH_CPMR123456716151413121110GNDQ789图2-3 74HC595的引脚图2.4 行驱动电路单片机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

22、计算，16个LED同时发光，需要320MA电流，选用三极管8550作为驱动管可满足要求。3调试及性能分析只要器件质量可靠，引脚焊接正确，LED显示屏硬件电路一般无需调试即可正常运行工作。软件部分需要调试的主要有显示屏新频率及显示效果两部分。显示刷新率由定时器T0的溢出率和单片机的晶振频率决定，表3-1给出了实验调试时采用频率及其对应的定时器T0的出值。 表3-1 显示屏刷新频率（帧率）与T0初值关系表（24MHZ晶振） 刷新率/Hz255062.57585100120T0初值0xec780xf63c0xf8300xf97e0xfa420xfble0xfbee从理论上讲，24HZ以上的刷新率就能

23、看到连续稳定的显示，刷新率越高，显示越稳定，同时刷新率越高，显示驱动程序占用的CPU时间越多。该方案设计的1616点阵LED图文显示屏，电路简单，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀，充足；显示图形或文字稳定，清晰无串扰；可用静止，移入移出等多种显示方式图形或文字。3 结论程序的设计主要根据硬件来，因硬件是躯体软件的灵魂，软件是在硬件科学无误的前提下运行的，硬件的设计要顾及软件的编写，软件的编写要满足硬件的不足。本部分采用的是模块化的设计方式，我们先了解各芯片的功能与特性，然后再分别编程、调试，确定各模块的功能，最后把各部分整合到一起，形成完整的程序。从选题到定稿，从理论到

24、实践，可以说得是苦多于甜，但是这些并没有妨碍我的学习，相反更加激励了我。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如定时器的中断,延时,计数等。这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，我深刻的体会到在学

25、习与设计过程中，一定把以前所学过的知识深刻理解并且需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，此时一定要把心静下来，认真思考。简言之,通过这次单片机的学习是我受益非浅,在不断的电路设计摸索过程中使我真真体会到了单片机的乐趣,同时更加开拓了我的设计思路,增加了实际操作能力。能够更好的运用与社会实践当中去。加深了我们对protel和汇编语言的应用技巧，对我们以后的学习和发展有着积极的作用。致谢一个星期的努力终于把实物做了出来，很少有过的成就感在调试成功的那一刻全部涌上了心头。在此，特别要感谢我的同学朱发庭等人，我的论文中凝聚着他的一份心血。在本文的撰写过程中，无论是论文选题，还是资料收集和文字工作，无一都

26、离不开他的帮助!他以富有启发性的建议和实质性的指导，使我克服了诸多困难和挫折，最终较为圆满地完成了课题研究工作和论文的撰写。最后，要感谢我的父母无私的奉献，是他们的鼓励使我能坚持到现在；其次，我还要对给予我关心的老师表示感谢，是他们拓宽了我的见识和眼界。感谢所有关心、支持我的老师、亲人和朋友们!感谢即将评审本文的各位老师!！参考文献1李光飞.单片机C程序设计实例指导M.北京航空航天大学出版社2万光毅，严毅.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社3马忠梅,籍顺心,张凯等马岩.单片机的C语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社4求是科技.单片机典型外围器件及应用实例J. 北京：人民邮电出

27、版社5老虎工作室.电路设计与制板Protel 99SE入门与提高M.北京：人民邮电出版社6石小法，谢利民.电子技术M.北京：高等教育出版社，20057李光飞 ,李良儿 等楼然苗.单片机C程序设计实例指导M.北京航空航天大学出版社8赵晓安.MCS-51单片机原理及应用M.天津：天津大学出版社9夏继强.单片机实验与实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社10肖洪兵.单片机应用技术M.个人出版11李广第. 单片机基础.北京航空航天大学出版社附 录#include#define BLKN 2Sbit G = 0X97;Sbit RCLK = 0x96;Sbit SCLR = 0x95;Void del

28、ay(unsigned int);Unsigned char data dispram32;/*-Void main(void)-*/Void main(void)Unsigned char code Bmp32=0xF9,0xBF,0xC7,0xAF;0xF7,0xB7,0xF7,0xB7,0xF7,0xBF,0x00,0x01,0xF7,0xBF,0xF7,0xB7,0xF1,0xD7,0xC7,0x37,0xDF,0xF7,0xAF,0xF6,0x6D,0xF7,0xF5,0xD7,0xF9,0xEF,0xFD0xFF,0x07,0xC0,0x6F,0xED,0xEF,0xF6,0xDF

29、,0xC0,0x01,0xD0,0xFD,0xBD,0xEF,0xC0,0x03,0xFB,0xFF,0XF8,0xOF,0xF3,0xDF,0xF4,0xBF,oxEF,0x3F,0x9C,0xCF,0x73,oxF1,0xCF,0xFB,0xF7,oxDF,oxF9,oxCF,oxFB,oxBF,oxC0,0x07,0xDE,0xF7,0xC0,0x07,0xDE,oxF7,oxDE,oxF7,0xCo,0x07,oxDE,0xF7,0xFE,0xFF,0x00,0x01,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFF,0xBF,0xEF,0xBF

30、,0xEF,0xBF,0xEF,0xBB,0xE0,0x01,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xDF,0xEF,0xDF,0xEF,0xBF,0xEF,0x7F,0xEF0Xef,0xFF,0xEF,0x07,0xEF,0x77,0x01,0x77,0xEF,0x77,0xEF,0x77,0xC7,0x77,0xCB,0x77,0xAB,0x77,0xAF,0x77,0x6E,0xE7,0xEE,0xF5,0xED,0xF5,0xED,0xF5,0xED,0xF5,0xEB,0xF9,0xEF,0xFF,

31、0xF8,0x3F,0xE7,0xCF,0xDF,0xF7,0xBF,0xFB,0xB3,0x9B,0x73,0x9D,0x7F,0xFD,0x7F,0xFD,0x6F,0xED,0x67,0xCD,0xB3,0x9B,0xB8,0x3B,0xDF,0xF7,0xE7,0xCF,0xF8,0x3F,0xEF,0xEF;Register unsigned char i,j,k,l;Scon = 0x00;Tmod = 0x01;Tro = 1;P1 = 0x3f;Ie = 0x82;While(1)Delay(2000);For(i=0;i32;i+)Disprami = bmp5i;If(i/

32、2)delay(100);If(i/2)delay(100);Delay(3000);For(i=0;i6;i+)For(j=0;k15;k+)Dispramk*blkn=dispram(k+1)*blkn;Dispramk*blkn+1=dispram(k+1)*blkn+1,Dispram30=bmpij*blkn;Dispram31=bmpij*blkn+1;Delay(100)Delay(3000);For(i=0;i6;i+)For(j=0,j2;j+)For(k=1;k9;k+)For(i=0;i16;i+)Disprami*blkn=disprami*blkn7;Disprami

33、*blkn+1=disprami*blkn+1(8-k);Delay(100);/end(k=0;k16;k+)/end for(i=0;i6;i+)Delay(3000);For(i=0;i32;i+)Disprami=0x00;If(i/2)delay(100);/end while(1)Void delay(unsigned int dt)Reister unsigned char bt;For(;dt;dt-)For(bt=0;bt255;bt+);Void leddisplay(void)iaterrupt 1 using 1Register unsigned char I;j =blkn;Th0= 0xF8Tl0= 0x30;I=p1;I=+i&0x0f;Doj-;sbuf=disprami*blkn+j;while(t10;t1=0;while(j);G=1;P1&=0xf0;RCLK=1;19