基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣的滾動(dòng)顯示學(xué)院物電學(xué)院專業(yè)通信工程專業(yè)研究方向單板微機(jī)電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱講師2011年4月23日基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示II基于單片機(jī)的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)摘要本文的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)系統(tǒng)的基本模塊的一部分。LED點(diǎn)陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動(dòng)態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時(shí)也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)。本次設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣顯示屏主要是通過單片機(jī)直接控制行掃描，然后用74LS138來控制列掃描。這個(gè)設(shè)計(jì)的軟硬件都成功通過了PROTEUS的仿真調(diào)試。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；點(diǎn)陣；滾動(dòng)顯示基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示IIIBasedonSCM16*16LEDrollingdisplaydesignAbstract:ThedesignofthisarticleisbasedonapartofthebasicmoduleSCM（Single-Chip-Microcomputer）system.LEDelectronicdisplayscreenisalargesystemwhichcombinedwithmicro-electronictechnologyandcomputertechnologyandinformationprocessingtechnology.Ithasbecometheidealchoiceofnumerousdisplaymediaandout-doorjobsdisplaybecauseofitsadvantages,includingbright-coloredflavor,widedynamicstaterange,highbrilliance,longlife-spanandstableandreliableworkandsoon.Atthesametime,itwouldbewidelyusedinmilitaryaffairs,stations,hotels,sports,news,finances,bonds,adsandtraffictransportationsetc.ThisdesignismainlydirectlycontrolledbySCMinordertoachieverow-scanningandthecolumn-scanningachievedbythe74LS138.ThisdesignofhardwareandsoftwaremodulespassthePROTEUSsimulationdebuggingsuccessfully.Keywords:SCM；LED；rollingdisplay基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示IV目次1緒論.11.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介.11.2單片機(jī)的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域.21.3主要工作任務(wù).32硬件設(shè)計(jì).32.1單片機(jī)系統(tǒng)的基本模塊.32.216*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示的硬件設(shè)計(jì).43軟件設(shè)計(jì).63.116*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示的軟件設(shè)計(jì).64軟件仿真結(jié)果.84.116*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示仿真結(jié)果.8結(jié)論.9參考文獻(xiàn).10致謝.11附錄相關(guān)源程序.12基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示11緒論單片機(jī)（Single-Chip-Microcomputer）又稱微控制器（Microcontroller），最基本的結(jié)構(gòu)是將CPU和計(jì)算機(jī)外圍功能單元，如存儲(chǔ)器、I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但無論從成還是功能上來看，它都具有了微機(jī)系統(tǒng)的特征。11.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介1971年微處理器研制成功。1974年，美國仙童（Fairchild）公司研制出世界上第一臺(tái)單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)F8。該機(jī)由兩塊集成電路芯片構(gòu)成，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器及儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此單片機(jī)開始迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。1976年Intel公司推出MCS-48系列8位單片微型計(jì)算機(jī)，它以體積小、功能全、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。成為單片機(jī)發(fā)展過程中的一個(gè)重要階段。在MCS-48成功應(yīng)用的推動(dòng)下，許多半導(dǎo)體公司和計(jì)算機(jī)公司也競(jìng)相研制和開發(fā)自己的單片機(jī)系列。到目前為止，世界各地廠商也相繼研制出大約50個(gè)系列300多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，可以滿足不同領(lǐng)域的需要。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51單片機(jī)，Motorola公司的MC6081、MC6082系列機(jī)，Zilog公司的Z-8系列機(jī)，TI公司的TMS7000系列機(jī)等，此外Rockwell、NS、GI和日本的NEC、松下、日立等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機(jī)系列。1單片機(jī)的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，其誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。2然而，由于16位單片機(jī)銷售量并不大，價(jià)格也比較貴，大量應(yīng)用領(lǐng)域需要的仍然是8位單片機(jī)。因此，各公司1986年以來紛紛開發(fā)高性能、大容量和多功能新型8位單片機(jī)。這些單片機(jī)有Intel公司的8044（雙CPU工作）、Zilog公司的Super8（含DMA通道）、Motorola公司的MC68CH11（內(nèi)含E2PROM及A/D轉(zhuǎn)換電路）和WDC公司的65C124（內(nèi)含網(wǎng)絡(luò)接口電路），等等。基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示2目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，但以MCS-51為主的8位單片機(jī)仍然占據(jù)著單片機(jī)的主導(dǎo)地位。單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛啊，如應(yīng)用在儀器儀表、家用電器和專用設(shè)備的智能化以及過程控制等方面，單片機(jī)在人們的日常生活和工作中正扮演著越來越重要的角色。伴隨著信息技術(shù)革命的不斷深入，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛了，并且已經(jīng)逐漸地發(fā)展成為了一門比較關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。單片機(jī)具有這樣一些突出優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、耗電量小、電源比較單一、功能性強(qiáng)、價(jià)格低、運(yùn)行速度比較快、抗干擾的能力較強(qiáng)、利用率高等優(yōu)點(diǎn)。因而在通信、家電、工業(yè)中等特別是汽車等產(chǎn)品的應(yīng)用當(dāng)中都能夠處處看到單片機(jī)的應(yīng)用。31.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，故可以廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了推動(dòng)作用。從應(yīng)用規(guī)模來分，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常分為簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)、常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)和高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)三類。簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)是指它在家用電器或儀器儀表中的應(yīng)用，其特點(diǎn)是沒有人機(jī)對(duì)話功能，程序和運(yùn)行參數(shù)均可固化在ROM中。常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)用于過程控制，通常配有一個(gè)鍵盤和若干個(gè)I/O端口，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視和控制；高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；在這類應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)通常用作下位機(jī)，而上位機(jī)一般是一臺(tái)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)工作站機(jī)。為了使讀者了解單片機(jī)的應(yīng)用情況，現(xiàn)就單片機(jī)在直接數(shù)字系統(tǒng)和分布控制系統(tǒng)中的應(yīng)用問題分別進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。（1）單片機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl），簡(jiǎn)稱DDC。它是單片機(jī)在工業(yè)控制中應(yīng)用最普遍的一種方式。在這種方式中，單片機(jī)作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分或環(huán)節(jié)，直接參與控制過程。一臺(tái)單片機(jī)可以對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果和給定值進(jìn)行比較，再按事先約定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算處理，然后通過D/A和反多路開關(guān)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而使生產(chǎn)過程始終處于最佳狀態(tài)。（2）單片機(jī)在分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）,簡(jiǎn)稱DCS。它實(shí)際上是基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示3一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)一般由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)主計(jì)算機(jī)和若干單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)在工業(yè)控制中直接位于控制第一線，應(yīng)用面廣、應(yīng)用量大，是工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵部件之一。41.3主要工作任務(wù)本文的設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)基本模塊的一部分，即利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示屏工作。其中點(diǎn)陣行掃描由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，列掃描由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的74LS138直接驅(qū)動(dòng)，通過程序?qū)懭氪a從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣的顯示。這部分電路在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中很重要，我們要知道點(diǎn)陣的顯示原理，了解行掃描和列掃描是怎么一回事，以及用什么來驅(qū)動(dòng)行掃描和用什么來驅(qū)動(dòng)列掃描，這里我們使用了74ls138來驅(qū)動(dòng)列掃描，通過這個(gè)設(shè)計(jì)，我們可以更加明白74ls138的使用方法以及它的一些功能特性。對(duì)點(diǎn)陣顯示屏及其他的一些顯示屏也能有更多的了解。2硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)系統(tǒng)的基本模塊基本模塊的制作是基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示的基本思路，也是我們研究的基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示的重要依據(jù)。如圖1所示基于單片機(jī)系統(tǒng)基本模塊圖。圖1單片機(jī)系統(tǒng)基本模塊圖其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、晶振電路和電源電路。顯示部分即點(diǎn)陣顯示電路，驅(qū)動(dòng)部分即74LS138驅(qū)動(dòng)電路，接口擴(kuò)展在本次設(shè)計(jì)中暫未使用。2.216*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示的硬件設(shè)計(jì)2.2.1單個(gè)點(diǎn)陣顯示基本原理單片機(jī)系統(tǒng)顯示部分驅(qū)動(dòng)部分單片機(jī)最小系統(tǒng)接口擴(kuò)展部分基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示4一般的點(diǎn)陣都是8*8的，即橫豎都有8個(gè)發(fā)光二極管，如圖2所示。觀察二極管正負(fù)極，我們可以很容易發(fā)現(xiàn)，如果賦予P0=0xff；P2=0x00；那么所有的發(fā)光二極管將被點(diǎn)亮，從而點(diǎn)陣就可以實(shí)現(xiàn)全亮。類似的，如果需要實(shí)現(xiàn)某一列或者某一行全亮，也可以進(jìn)行類似的賦值。比如，我們要實(shí)現(xiàn)第一列全亮，第一列全亮就要求P20=0；其他為1，則代碼為P0=0xff；P2=0xfe；但是如果需要讓點(diǎn)陣顯示一個(gè)字符的話，上述賦值則不能達(dá)到目的，這里，我們需要先知道掃描的概念。所謂掃描，就是每隔一個(gè)時(shí)間段，發(fā)送一組代碼，當(dāng)然，這個(gè)時(shí)間段要足夠小。由于人眼有視覺暫留效應(yīng)，人的肉眼無法分辨，因此，經(jīng)過多次掃描，點(diǎn)陣上就能穩(wěn)定的顯示一個(gè)字符。那么程序上如何實(shí)現(xiàn)掃描呢？掃描包括行掃描和列掃描，我們可以任意使用其中一種。假設(shè)我們使用行掃描，就是首先令P07為1，即P00=0x80；然后觀察在這一行上有哪些二極管被點(diǎn)亮，點(diǎn)亮的那一列所對(duì)應(yīng)的端口就為0，不亮的就為1，記下此時(shí)P2數(shù)值，短暫延時(shí)過后，令P06=1，即P00=0x40；然后觀察在這一行上有哪些二極管被點(diǎn)亮，點(diǎn)亮的那一列就為0，不亮的就為1，記下此時(shí)P2數(shù)值，同理如此重復(fù)下去，直到P00=0x01；那么所有的P0和P2的數(shù)值就構(gòu)成了兩個(gè)長(zhǎng)度為8的數(shù)組，我們可以在程序中每個(gè)一段時(shí)間按順序發(fā)送一組代碼，只要時(shí)間段足夠短，那么我們就可以在點(diǎn)陣上看到穩(wěn)定的字符了。以上就是單個(gè)點(diǎn)陣顯示的基本原理。2.2.216*16點(diǎn)陣的組成及顯示原理圖28*8點(diǎn)陣基于單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示5所謂16*16點(diǎn)陣，就是行列各位16個(gè)長(zhǎng)度的點(diǎn)陣，現(xiàn)實(shí)中我們可以通過4個(gè)8*8點(diǎn)陣進(jìn)行拼湊來實(shí)現(xiàn)一個(gè)16*16的點(diǎn)陣。如圖3所示。圖中的16*16點(diǎn)陣由U6,U7,U8,U9四個(gè)單點(diǎn)陣組成，所有的行（X0-X7）都通過排阻接到單片機(jī)的P0口上，所有的列（Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27、Y30-Y37）接到不同的74ls138(U2，U3，U4，U5)上，U2控制U6，U3控制U7，U4控制U8,U5控制U9。74ls138直接由單片機(jī)的P2口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣就形成了一