1、64×16點陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計摘要：LED顯示屏作為一種新型的顯示器件，是由多個發(fā)光二極管按矩陣形式排列封裝而成，通常用來顯示時間、圖文等信息。本設(shè)計是基于ATS52單片機的64X16顯示屏，其中包含了硬件、軟件、調(diào)試等方案的設(shè)計。此外、該設(shè)計只需簡單的級聯(lián)就能實現(xiàn)顯示屏的拓展，但級聯(lián)時要注意不要超過驅(qū)動負載范圍。關(guān)鍵詞：Ats52；LED；單片機1引 言1.1. 設(shè)計意義LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進

2、行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。它的優(yōu)點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。1.2. 系統(tǒng)功能要求設(shè)計一個能顯示64X16點陣圖文LED顯示屏，要求能顯示圖文或文字，顯示圖文或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰，圖文或文字顯示，以卷簾形式向上滾動顯示。方案設(shè)計22.1 總體設(shè)計列驅(qū)動器 單片機電

3、源 行驅(qū)動器16X16LED顯示點陣2.2 設(shè)計論證圖文顯示一般有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方案，靜態(tài)方案雖然設(shè)計簡單，但其使用的管腳太多，如本設(shè)計中6416的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，6416的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是6416的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名

4、列共用一套驅(qū)動器。具體就6416的點陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)

5、都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周

6、期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示3硬件設(shè)計3.1 電源、單片機系統(tǒng)及其管腳u 電源部分說明：此部分為為電源部分。若電源為家用電源，則需經(jīng)過

7、降壓，整流濾波，穩(wěn)壓等步驟得到一個穩(wěn)定的5V電壓，此電壓可作為主電路的電壓源。電路中二極管為電源指示燈。 u 單片機系統(tǒng)及其管腳常用的時鐘電路設(shè)計有兩種方式,一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。本實驗采用內(nèi)部時鐘方式，將XTAL1與XTAL2之間跨接一個石英晶振和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。電容值取30pF左右，其大小將影響震蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為減少線間的寄生電容，晶振和電容應(yīng)盡能安裝得與單片機靠近，保證晶振穩(wěn)定可靠的工作。 另一部分是復(fù)位部分。上電自動復(fù)位電路是最簡單的復(fù)位電路，只需要一個1K左右電阻、一個22pF左右的電容及12MHZ的晶振。有時還

8、需要按鍵手動復(fù)位，此時只要在電容上并聯(lián)一個按鍵即可。 單片機信號輸出采用串行輸出，因此在下一模塊的移位寄存器要與該部分的串行口P3.0（RXD）及P3.1（TXD）相連其圖形如下圖圖一 單片機接線圖 圖二 單片機管腳圖3.2點陣及其驅(qū)動部分點陣顯示用是動的態(tài)掃描來實現(xiàn)的。在采用掃描方式顯示時，由于每行要帶動十六個二極管，每行電流較大。若每個二極管安5mA計算，十六個二極管就得80mA電流，超出單片機管腳的承受范圍，因此每行都加有一個驅(qū)動器，本設(shè)計的行驅(qū)動用的是十六個pnp型三極管。三極管的發(fā)射極接5V電壓，集電極接點陣的行線，而其基級本應(yīng)接單片機，但該接線方式占用為了16個單片機管腳，為了節(jié)省

9、單片機管腳，用了一片74LS154譯碼器,這樣就只需要3個管腳了。74LS154的管腳圖及其說明如圖三。點陣及其驅(qū)動部分總體接線圖如圖五（未畫完整）各行的同名列共用一個列驅(qū)動，數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式存放。由于列線過多，故多采用串行傳輸。由于每次要傳輸16位，而且數(shù)據(jù)要逐位輸給驅(qū)動器，只有當(dāng)一行中各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿缓?，這一行的各列才能進行并行顯示，耗時較長。為了滿足以上要求，驅(qū)動選擇74LS595移位寄存器。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，。74HC595是有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據(jù)在SCHcp的上升

10、沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入（Ds），和一個串行輸出（Q7）,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。其特點：8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài); 輸出寄存器可以直接清除 100MHz的移位頻率。輸出能力： 并行輸出，總線驅(qū)動；串行輸出；標(biāo)準中等規(guī)模集成電路 。 74LS595的管腳圖及其說明如圖四。對3個輸入信號進行譯碼。得到8個輸出狀態(tài)。 G1,G2A,G2B,為數(shù)據(jù)允

11、許輸出端，G2A,G2B低電平有效。G1高電平有效。A,B,C為譯碼信號輸出端，Y0Y7為譯碼輸出端，低電平有效 圖三 74LS154管腳圖管腳及其說明：QA-QH: 八位并行輸出端。QH': 級聯(lián)輸出端。SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。74595的控制端說明：/SCLR(10腳): 低點平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。SCK(11腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA->QB->QC->.->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了）RCK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。（5V時，大于幾十

12、納秒就行了），更新顯示數(shù)據(jù)。/G(13腳): 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。 圖四: 74LS595管腳圖圖五 點陣及其驅(qū)動4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(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責(zé)產(chǎn)生

13、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）=1/16×T0溢=1/16×f/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(dāng)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)

14、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 圖六4.2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?dāng)_。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

15、“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。圖七是系統(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”顯示效果圖七 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

16、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(dāng)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(xué)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616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。圖形或文字向上滾動顯示。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。 在此次設(shè)計中，我們得到以下體會：一、在這次點陣設(shè)計的過程讓我進一步熟悉KEIL及Pro