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1、LED1616点阵汉字显示屏LED 16 x 16 bitmap characters display screen目 录第一章 绪论1第二章 任务设计2.1 设计依据402.2 要求及主要内容2.3 途径和方法第三章 AT89C51单片机概述523.1 AT89C51单片机的结构3.2 管脚说明603.3 振荡器特性第四章 方案设计664.1 总体设计4.2 系统硬件选择4.3 硬件电路实现4.4 软件的程序实现结论71致谢74参考文献75LED1616点阵汉字显示屏摘要 :LED点阵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。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰
2、富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。LED点阵显示屏可以显示数字或符号，通常用来显示时间、速度、系统状态等。文章给出了一种基于MCS-51单片机的1616 点阵LED显示屏的设计方案。包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分C语言程序等方面。在负载范围内, 只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。本设计主要以AT
3、89C51单片机为核心，采用串行传输、动态扫描技术，制作一款拥有显示汉字的模块化LED多功能显示屏。关键词：MCS-51 LED 1616点阵 LED16 x 16 bitmap characters display screenAbstract Destem is using light emitting diode matrix modules or pixel unit composed of a flat display screen. It has high luminous efficiency, long service life, configure, flexible, co
4、lour is rich and for indoor and outdoor environment adaptiveness, etc. And widely used in transit buses, wharf, stores, schools and bank, public information release and advertising. The LED display experienced from monochrome, double-color graphic display to now full-color video display the developm
5、ent process, since the 1980s began, LED display applications has already spread transportation, telecommunication, education, securities, advertising, etc.Destem can display Numbers, or symbols, usually to show time, speed, the system state, etc. The paper gives a method based on MCS - 51 SCM 16 x 1
6、6 lattice LED display design scheme. Including the system design scheme of concrete hardware and software flow chart and part C language program, etc. In load range, only through simple cascade can expand on screen, is a low-cost graphic display solutions.This design mainly AT89C51, using a serial t
7、ransmission, dynamic scanning techniques, making a paragraph of modularization LED display characters with multi-function screen.Key words MCS - 51 LED 16 x 16 bitmap引 言LED显示屏显示画面色彩鲜艳，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、工业企业管理和其它公共场所。在实际应用中的显示屏由于成本和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。第一章 绪论LED
8、点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的
9、缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。本设计是基于单片机(AT89C51)讲述了1616 LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编译与下载等基本环节和相关技术。第二章 任务设计2.1 设计依据16x16点阵需要32个驱动，分别为16个列驱动及16个行驱动。每个行与每个列可以选中一个发光管，共有256个发光管，采用动态驱动方式。每次显示一行后再显示下一行。本设计是利用实验仪上的16
10、16 LED点阵显示器，编写显示英文、汉字字符程序并进行显示，最好能移动显示。要求在本设计过程中，通过设计合适的硬件电路及对应的软件，实现上述的控制过程，同时写出合格的课程设计说明书。2.2 要求及主要内容1硬件电路设计 （1）完成AT89C51应用系统设计(晶振电路，上电复位电路等)。 （2）利用单片机I/O口或以扩展锁存器的方式控制点阵显示。2程序设计 （1）掌握单片机与1616点阵块之间接口电路的设计方法及C语言编程。 （2）要求完成主程序的设计及对应的子程序设计。3选芯片, 元件按设计连线。4完成子程序调试。5完成总调试。2.3 途径和方法综合运用单片机和电子电路相关知识，实现本次设计
11、。进行程序设计时先画流程图再进行程序设计。子程序调试按以下步骤进行： （1） 实验板与PC机联机。 （2）利用实验系统1616点阵实验单元，以两种方式控制点阵显示。要求编制程序实现汉字点阵循环显示。第三章 AT89C51单片机概述3.1 AT89C51单片机的结构AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器(FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁
12、存储器组合在单个芯片中，能够进行1000次写擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌入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。图3-1 AT89C51引脚图3.2 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内
13、部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对
14、外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（
15、记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE
16、只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作
17、电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。第四章 方案设计4.1 总体设计图3-1 显示屏电路框图如图3-1所示，本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、电源、行驱动器、列驱动器、1616 LED点阵5部分组成。从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成
18、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。1616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，1616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1616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
19、共用一套驱动器。具体就1616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
20、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。4.2 系统硬件选择由图3-2可知此次设计的硬件选择如下：AT89C51芯片、LED、74HC595、74HC138、电容、晶振、电阻等一些单片机外围应用电路组成。4.3 硬件电路实现经分析本设计的电路原理图如下图3-1所示：图4-3 1616点阵显示原理图4.4 软件的程序实现编译、装载、连续运行程序，点阵显示模块应循环显示“江西渝州科技职业技术学院”字样。1616
21、点阵显示程序清单如下：#include #include /要用到 _nop_()#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit SH=P21;sbit DATA=P20;sbit E1 =P24;/74HC154(18)-E1 为0开列(col)输出 显示允许控制信号端口sbit ST_CP=P22;/74HC595(12)-ST_CP 上升沿-移位寄存器的数据进入数据存储寄存器 输出锁存器的时钟信号端口sbit MR =P23; /74HC595(10)-MR 为0将移位寄存器的数据清0unsigned char code
22、bmp =/字模表 /江(0)0xFB,0xFF,0xB9,0xF9,0x9C,0xE3,0xCF,0x8F,0xFF,0xBF,0xFF,0xF3,0x9F,0xF3,0x9F,0xF3,0x9F,0xF3,0x80,0x03,0x80,0x03,0x9F,0xF3,0x9F,0xF3,0x9F,0xF3,0xFF,0xF3,0xFF,0xFF,/*江,0*/ /西(0)0x9F,0xFF,0x98,0x01,0x98,0x01,0x99,0xD3,0x99,0x93,0x80,0x33,0x80,0x73,0x99,0xF3,0x80,0x33,0x80,0x13,0x99,0x93,0x
23、99,0x93,0x98,0x01,0x98,0x01,0x9F,0xFF,0xFF,0xFF,/*西,0*/ /渝(0)0xFB,0xFB,0xB9,0xE1,0x9C,0x87,0xCF,0xFF,0xFB,0xFF,0xF0,0x01,0xE4,0xAF,0xC4,0xAD,0x14,0x01,0x37,0xFF,0x96,0x0F,0xC7,0xF9,0xE4,0x01,0xF0,0x03,0xF3,0xFF,0xFF,0xFF,/*渝,0*/ /洲(0)0xFB,0xFB,0xB9,0xE1,0x9C,0x87,0xCF,0xFF,0xF8,0x7D,0xFF,0xF1,0x00,0
24、x07,0x00,0x0F,0xF9,0xFF,0xFE,0x7F,0x80,0x03,0xF9,0xFF,0xFE,0x7F,0x00,0x01,0x00,0x01,0xFF,0xFF,/*洲,0*/ /科(0) 0xC9,0xCF,0xC9,0x9F,0xC9,0x3F,0xC0,0x01,0x80,0x01,0x99,0x3F,0xF9,0x8F,0xDF,0xCF,0xCC,0xCF,0xE6,0x4F,0xFF,0xCF,0x80,0x01,0x80,0x01,0xFF,0x9F,0xFF,0x9F,0xFF,0xFF,/*科,0*/ /技(1)0xF3,0x3F,0xF3,0x39
25、,0x80,0x01,0x80,0x03,0xF2,0x7F,0xF2,0x79,0xCC,0xF9,0xCC,0x3B,0xCC,0x13,0x00,0xC7,0x00,0xC7,0xCC,0x93,0xCC,0x3B,0xCC,0xF9,0xFF,0xF9,0xFF,0xFF,/*技,1*/ /职(0)0x3F,0xE7,0x00,0x07,0x00,0x07,0x36,0xCF,0x00,0x01,0x00,0x01,0x3F,0xCB,0x80,0x73,0x80,0x47,0x9E,0x4F,0x9E,0x7F,0x9E,0x5F,0x80,0x4F,0x80,0x63,0xFF,0
26、xF3,0xFF,0xFF,/*职,0*/ /业(0)0xFF,0xF9,0xF1,0xF9,0xF0,0x39,0xFE,0x39,0xFF,0xF9,0x00,0x01,0x00,0x01,0xFF,0xF9,0x00,0x01,0x00,0x01,0xFF,0xF9,0xFE,0x39,0xF0,0x39,0xF1,0xF9,0xFF,0xF9,0xFF,0xFF,/*业,0*/ 技(0)0xF3,0x3F,0xF3,0x39,0x80,0x01,0x80,0x03,0xF2,0x7F,0xF2,0x79,0xCC,0xF9,0xCC,0x3B,0xCC,0x13,0x00,0xC7,0
27、x00,0xC7,0xCC,0x93,0xCC,0x3B,0xCC,0xF9,0xFF,0xF9,0xFF,0xFF,/*技,0*/ /术(0)0xFF,0xF7,0xF3,0xE7,0xF3,0xCF,0xF3,0x9F,0xF3,0x3F,0xF2,0x7F,0xF0,0xFF,0x00,0x01,0x00,0x01,0xF2,0x7F,0x33,0x3F,0x93,0x9F,0xD3,0xCF,0xF3,0xE7,0xFF,0xE7,0xFF,0xFF,/*术,0*/ /学(0)0xFF,0xFF,0xE3,0x9F,0x63,0x9F,0x24,0x9F,0x84,0x9F,0xE4,
28、0x9B,0x64,0x99,0x24,0x81,0x84,0x03,0xE4,0x1F,0xC4,0x9F,0x04,0x9F,0x23,0x9F,0xE3,0x9F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*学,0*/ /院(0)0x80,0x01,0x80,0x01,0x99,0xCF,0x80,0x0F,0x8E,0x1D,0xC7,0xF9,0xC7,0x33,0xC9,0x07,0x49,0x0F,0x09,0x3F,0x89,0x03,0xC9,0x01,0xC9,0x39,0xC7,0x39,0xC7,0xF1,0xFF,0xFF,/*院,0*/;void delayXms(
29、uchar ms);void SendByte(uchar a)uchar byte,i;byte=a;for(i=0;i8;i+)SH=0;if(byte&0X80)DATA=1;elseDATA=0;SH=1;byte=1;void main()uint base=0; /在bmp地址中移动，从0 到 rows - 15,每次加2，实现移动效果/uchar cur=0;/显示base位置以后的一个字符宽度，16列,每列16bituint tmp=0;uint rows=sizeof(bmp);/每个16*16，共rows=96列uint col=0;/列选线MR=1;while(1) fo
30、r(base=0;base=rows;base=base+2) for(tmp=0;tmp3;tmp+) /每个字块显示5次for(col=0;col16;col+)E1=0; /开154移位 列MR=0;/清理行输出，将移位寄存器的数据清0MR=1;ST_CP=0;/上升沿ST_CP=1;SendByte(bmpbase+col*2);SendByte(bmpbase+col*2+1); P1=col;/列控制ST_CP=0;/上升沿ST_CP=1;delayXms(2);/显示2ms void delayXms(uchar ms) / 延时毫秒12M,ms最大值255 uchar i; w
31、hile(ms-) for(i = 0;i40;i+); 结 论虽然本设计只使用了一块1616LED点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应该使显示图形和文字稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。在此次设计中通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。通过这次课程设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。进一步提高了自
32、己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。但是从中也存在不足之处：对知识的积累还不够，有些问题自己不能够独立解决，对实验操作还要进一步熟练，只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。参考文献：1 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，1995.62 楼然苗等51系列单片机设计实例M北京：北京航空航天出版社，2003.3.3 何立民. 单片机高级教程M北京：北京航空航天大学出版社，20014 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2001.35 薛均义、张彦斌. MCS-51 系列单片微型计算机及其应用.-西安:西安交通大学出版社 2005.1.6 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, 2001.7马忠梅. 单片机外围电路设计 北京：北京航空航天大学出版社2005.18