1、-. z單片機原理及應用課程設計報告書題 目：1616點陣LED電子顯示屏的設計姓 名：學 號：專 業(yè)：電氣工程及其自動化指導教師：*武雄設計時間：2021年 6 月 目 錄 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc2320023461.引言 PAGEREF _Toc232002346 h 1HYPERLINK l _Toc2320023471.1.設計意義 PAGEREF _Toc232002347 h 1HYPERLINK l _Toc2320023481.2.系統(tǒng)功能要求 PAGEREF _Toc232002348 h 1HYPERLINK l _Toc2320023

2、491.3.本組成員所做的工作 PAGEREF _Toc232002349 h 1HYPERLINK l _Toc2320023502.方案設計 PAGEREF _Toc232002350 h 1HYPERLINK l _Toc2320023513.硬件設計 PAGEREF _Toc232002351 h 1HYPERLINK l _Toc2320023524.軟件設計 PAGEREF _Toc232002352 h 1HYPERLINK l _Toc2320023535.系統(tǒng)調試 PAGEREF _Toc232002353 h 2HYPERLINK l _Toc2320023546.設計總結

3、 PAGEREF _Toc232002354 h 2HYPERLINK l _Toc2320023557.附錄A；源程序 PAGEREF _Toc232002355 h 2HYPERLINK l _Toc2320023568.附錄B；作品實物圖片 PAGEREF _Toc232002356 h 2HYPERLINK l _Toc2320023579.參考文獻 PAGEREF _Toc232002357 h 2-. z1616點陣LED室電子顯示屏的設計摘要：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。本設計是基于ATS52單片機的

4、16*16顯示屏，其中包含了硬件、軟件、調試等方案的設計。此外、該設計只需簡單的級聯(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動負載圍。關鍵詞：Ats52；LED；單片機1引 言設計意義LED顯示屏是一種通過控制半導體發(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展控制，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，廣泛應用于車站、

5、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、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。系統(tǒng)功能要求設計一個能顯示16*16點陣圖文LED顯示屏，要求能顯示圖文或文字，顯示圖文或文字應穩(wěn)定、清晰，圖文或文字顯示，以卷簾形式向上滾動顯示。本組成員所做的工作方案原理論證：汪航，如發(fā)，杜紹飛焊接：汪航調試：如發(fā)設計報告：杜紹飛2方案設計2.1 總體設計列驅動器 單片機電源16*16LED顯示點陣 行驅動器2.2 設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)方案雖然設計簡單，但其使用的管腳太多

6、，如本設計中1616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，1616的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數字很龐大，因為我們僅僅是1616的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的本錢將是一個很龐大的數字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，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，這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行比方16行的同名列共用一套驅動器。具體就1616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

7、對應第一行發(fā)光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第2行使其燃亮一樣的時間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復輪回。當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。采用掃描方式進展顯示時，每一行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個驅動器。顯示數據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據都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數據傳輸的問題。從控制電路到列驅動器的數據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

8、控制電路到列驅動器的線路數量大，相應的硬件數目多。當列數很多時，并列傳輸的方案是不可取的。采用串行傳輸的方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數據一位一位傳往列驅動器，在硬件方面無疑是十分經濟的。但是，串行傳輸過程較長，數據按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數據都以傳輸到位之后，這一行的各列才能并行地進展顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數據準備傳輸和列數據顯示兩局部。對于串行傳輸方式來說，列數據準備時間可能相當長，在行掃描周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據準備和列數據顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯

9、示本行各列數據的同時，傳送下一列數據。為了到達重疊處理的目的，列數據的顯示就需要具有所存功能。經過上述分析，就可以歸納出列驅動器電路應具有的功能。對于列數據準備來說，它應能實現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數據顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數據打入并行鎖存器進展顯示時，串并移位存放器就可以準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示3硬件設計3.1 電源、單片機系統(tǒng)及其管腳電源局部說明：此局部為為電源局部。假設電源為家用電源，則需經過降壓，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。單片機系統(tǒng)及其管腳常用的時鐘電路設計有兩種方

10、式,一種是部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。本實驗采用部時鐘方式，將*TAL1與*TAL2之間跨接一個石英晶振和微調電容，從而構成一個穩(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上下、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。 另一局部是復位局部。上電自動復位電路是最簡單的復位電路，只需要一個1K左右電阻、一個22pF左右的電容及12MHZ的晶振。有時還需要按鍵手動復位，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存放器要與該局部的串行口P3.0R*D及P3.1T*D相

11、連其圖形如下列圖圖一 單片機接線圖圖二 單片機管腳圖3.2點陣及其驅動局部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。假設每個二極管安5mA計算，十六個二極管就得80mA電流，超出單片機管腳的承受圍，因此每行都加有一個驅動器，本設計的行驅動用的是十六個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。點陣及其驅動局部總體接線圖如圖五未畫完整各行的同名列共用一個列

12、驅動，數據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，而且數據要逐位輸給驅動器，只有當一行中各列數據都已傳輸到位后，這一行的各列才能進展并行顯示，耗時較長。為了滿足以上要求，驅動選擇74LS595移位存放器。74HC595是硅構造的CMOS器件，。74HC595是有8位移位存放器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位存放器和存儲器是分別的時鐘。 數據在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲存放器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位存放器總是比存儲存放器早一個脈沖。 移位存放器有一個串行移位輸入Ds，和一個串行輸出Q7,和一

13、個異步的低電平復位，存儲存放器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能OE時為低電平，存儲存放器的數據輸出到總線。其特點：8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)存放器，三種狀態(tài); 輸出存放器可以直接去除 100MHz的移位頻率。輸出能力： 并行輸出，總線驅動；串行輸出；標準中等規(guī)模集成電路 。 74LS595的管腳圖及其說明如圖四。對3個輸入信號進展譯碼。得到8個輸出狀態(tài)。 G1,G2A,G2B,為數據允許輸出端，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

14、。QH: 級聯(lián)輸出端。SI: 串行數據輸入端。74595的控制端說明：/SCLR(10腳): 低點平時將移位存放器的數據清零。SCK(11腳)：上升沿時數據存放器的數據移位。QA-QB-QC-.-QH；下降沿移位存放器數據不變。脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了RCK(12腳)：上升沿時移位存放器的數據進入數據存儲存放器，下降沿時存儲存放器數據不變。5V時，大于幾十納秒就行了，更新顯示數據。/G(13腳): 高電平時制止輸出高阻態(tài)。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產生閃爍和熄滅效果。比通過數據端移位控制要省時省力。 圖四: 74LS595管腳圖圖五 點陣及其驅動4軟件設計

15、 本軟件要現(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據，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。軟件設計中，顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數據，并負責產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。顯示驅動器程序由定時器T0中斷程序實現(xiàn)。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設置初始化、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。4.1顯示驅動程序顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器T0重新賦

16、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/1265536-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。然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)讀取下一行的顯示數據，并通過串口發(fā)送給移位存放器。為消除在切換行顯示數據的時候產生拖尾現(xiàn)象，驅動程序先要關閉顯示屏，即消隱，等顯示數據打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新翻開顯示。圖六為顯示驅動程序顯示屏掃描函數流程圖進入中斷消 隱定時器賦初值切換顯示數據讀取行號并增加1發(fā)送新行號，翻開顯示送新行顯示數據退出中斷 圖六4.2系統(tǒng)主程序本設計的系

17、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)主程序開場以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設置串口、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據信息和命令信息，并可將這些數據信息和命令信息不經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

18、的顯示容。如果想改變些事容，先用字模產生字代碼，將用這段代碼覆蓋原來的代碼，即可顯示你想要的容。圖七是系統(tǒng)主程序流程圖。開場系統(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)調試調試主要分為硬件調試和軟件調試： 硬件調試：在焊接電路板的時候，應該從最根本的最小系統(tǒng)開場，分模塊，逐個進展焊接測試。在對各個硬件模塊進展測試時，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，在設計的過程中也存在著失誤和缺乏，在調試中進展修改了。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，下載主程序軟件調試：軟件為教師所提供提

19、供，其原理在上一模塊以作說明，在這里再作說明，軟件經調試無誤，直接將其下再到單片機中，看是否到達所要的效果軟件局部是先參考書上的例子，然后自己根據硬件電路寫程序，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。剛剛開場，編寫不會一次性通過，經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屢次修改程序后，程序能夠正常運行6設計總結本文設計的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，構

20、造簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，本錢低等特點。 在此次設計中，我們得到以下體會：一、在這次點陣設計的過程讓我進一步熟悉KEIL及Proteus的使用。二、本次設計結果仍有缺陷，有一行總是全亮，干擾顯示。三、通過這次點陣設計，重新復習并進一步學習了MCS-52優(yōu)點，明確了研究目標。四、本文設計的LED顯示屏能夠實現(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，顯示圖形和文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文字以移入移出方式顯示。五、在后的設計中，既要想到電路器件的聯(lián)合使用，又要靈活變通，舉一反三。在焊接方面，我們了解到焊接*些器件時，要先消去電烙鐵上的靜電，防止靜電對芯片特別是放大器件

21、造成傷害，焊接二極管、三極管等芯片時要快，防止持續(xù)高溫損壞芯片。7.附 錄A；源程序*； * *； * 單個1616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，不占用存，字符用1616共陽LED點陣，；效果：向上滾動顯示5個字，再重復循環(huán)。；R1：查表偏址存放器，B：查表首址，R2：掃描地址從000FH。；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 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTTOORG 0013

22、HERTIORG 001BHERTIORG 0023HRETIORG 002BHRETI；*；初始化程序；*；*； 主程序 ；*；START: MOV 20H,*00H ；清零標志，00H為第16行開場掃描標志，01為1幀 ；掃描完畢標志 MOV A,*0FFH ；端口初始化 MOV P1,A MOV P1,AMOV P3,AMOV P0,ACLR P1.6 ；串行存放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12MHzMOV TL0,*18HMOV SCON,*00H ；串口0方式傳送顯示字節(jié)MOV IE，*8

23、2H ；T0中斷允許，總中斷允許MOV SP，*70HMAIN： 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開場DISLOOP: MOV R3,*07H ；移動速度DISMOV： MOV R2,00H ；第0行

24、開場 MOV R1,B SETB TR0 ；開掃描(每次一幀)WAITMOV: C 01H,DISMOV1 ；標志為1掃描一幀完畢16ms為1幀，每行1ms AJMP WAITMOVDISMOV1: 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 DISLOOPMOVOUT: RET ；移動先是完畢；*； 單字顯示程序 ；*；顯示表中*個字；*；DIS1: MOV R3,*5AH ；靜止顯示時間控制16ms*=1.6sDIS11: MOV R2,*00H

25、；一幀掃描初始值(行地址從000FH)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: C 01H,DIS111 ；為1，掃描一幀完畢AJMP WAIT11DIS111: DJNZ R3,DIS11RET；*； 掃描程序 ；*；1ms刷新一次，每行顯示1sINTT0： PUSH ACCMOV TH0,*0FCH ；1ms初值重裝MOV TL0,*18HC 00H,GOEND ；16行掃描標志為1，完畢INC R1 ；取行右邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTR ；查表MOV SBUF,A ；串

26、口0方式發(fā)送WAIT： C TI,GO ；等待發(fā)送完畢AJMP WAIT1GO: DEC R1 ；取行左邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AWAIT1: C T1,GO1AJMP WAIT1GO1: SETB P1.7 ；關行顯示，準備刷新NOP ；串口存放器數據穩(wěn)定SETB P1.6 ；產生上升沿，行數據打入輸出端NOPNOPCLR 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

27、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 R1INC R1 ；下一行數據地址MOV A,R2ANL A,*0FHJNZ GO2SETB 00H ；R2為01H，現(xiàn)為末行掃描，置標志GO2： POP ACC RETIGOEND: CLR TR0 ；一幀掃描完畢，關掃描SETB 01H ；一幀掃描完畢，置完畢標志POP ACCRETI ；退出；*； 掃描文字表 ；*；TAB:DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,00FFH,0FFH,0F

28、FH ；黑屏 DB0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,0B7H,0F7H,0BFH,000H,001H,0F7H,0BFH,0F7H,0B7H ；我 DB0F1H,0D7H,0C7H,0CFH,037H,0DFH,0F7H,0AFH,0F6H,06DH,0F7H,0F5H,0D7H,0F9H,0EFH,0FDH ； DB0FFH,007H,0C0H,06FH,0EDH,0EFH,0F6H,0DFH,0C0H,001H,0DDH,0FDH,0BDH,0FFH,0C0H,003H ；愛 DB0FBH,0FFH,0F8H,00FH,0F3H,0DFH,0F4H,0BFH,0EFH,03FH,09CH,0CFH,