1、 吉林工程技术师范学院信息工程学院 单片机应用设计 课程设计报告题 目： 16*64 LED 广告屏设计 专 业： 电子信息 班 级： D1041 姓 名： 学 号： 13 号 指导教师： 王冬梅 安晓峰 时 间：2013 年 6月 10日6 月 28日 吉林工程技术师范学院I摘 要单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车
2、报站器，广告屏等。所以研究 LED显示有实用的意义。LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵块组成。LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。现代 LED 的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，所以想利用自己
3、学的单片机知识简单的研究一下用单片机驱动的 LED 显示汉字，以达到学以致用和实践相结合的目的，同时巩固加深自己的单片机知识。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。点阵大小可以有 1616、2424 、3232、4848 等不同规格，也有单色、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
4、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。关键词：LED, 单片机, 点阵 , 驱动, 矩阵吉林工程技术师范学院II目录摘 要 .I目录 .II第一章 绪论 .1第二章 设计方案的论证 .22.1 系统功能要求 .22.2 方案设计 .22.2.1 总体设计 .22.2.2 设计论证 .2第三章 硬件设计 .53.1 芯片介绍 .53.1.1 51 系列单片机简介 .53.1.2 74LS154
5、芯片介绍 .103.1.2 74LS373 芯片介绍 .113.2 硬件设计 .123.3 1664 点阵显示屏设计 .14第四章 软件设计 .164.1 单片机延时子程序 .164.2 程序流程图 .174.3 显示效果 .18第五章 课设总结与体会 .19致谢 .21参考文献 .22附录 .I吉林工程技术师范学院1第一章 绪论在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用 LED 点阵显示图形和汉字。LED 行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED 显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务
6、宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，LED 显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。LED 点阵设计主要应用于显示屏，它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。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点，自 20 世纪 80 年代后期开始，随着 LED 制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入 90 年代国民经济高速增长，
7、对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在 LED 显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。 吉林工程技术师范学院2第二章 设计方案的论证LED 显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD 节目以及现场实况。L
8、ED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。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。2.1 系统功能要求设计一个能显示 16X64 点阵图文 LED 显示屏，要求能显示图文或文字，显示图文或文字应稳定、清晰，图文或文字显示，以卷帘形式向上滚动显示。2.2 方案设计2.2.1 总体设计图 2-1 点阵的总体框图2.2.2 设计论证图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其吉林工程技术师范学院3使
9、用的管脚太多，如本设计中 1664 的点阵共有 1024 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，1664 的点阵需要 1024/8=128 个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是 1664 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）的同名列共用一套驱动器。具体就 1664 的点阵来说，把所有同 1 行的发光管的阳极连在一起
10、，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传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输
11、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。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到
12、LED 的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的吉林工程技术师范学院4移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。吉林工程技术师范学院5第 3 章 硬件设计3.1 芯片介绍LED 点阵总体框图，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路
13、、控制信号电路三部分。控制电路部分包括一个 51CUP 和一些外围电路。在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与 PC 机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。点阵显示屏体以及它的行和列的各个驱动电路。由于两部分的电路在制板时可以放在一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行扫描（把该行与电源的一端接通） 。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器
14、是否将该列与电源的另一端接通。接通的列就在该行该列点燃相应的 LEDl 未接通的列所对应的 LED 熄灭。可通过扫描输出口的控制实现颜色的转换。3.1.1 51 系列单片机简介单片机（Microcontroller,又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器ROM、定时器 /计数器和多种 I/O 接口电路。8051 单片机的基本结构如图 3-1。吉林工程技术师范学院6图 3-1 8051 单片机的基本结构8051 系列的内部结构可以划分为 CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。（1）中央处理器80
15、51 的中央处理器由运算器和控制器构成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR ） 。算术逻辑单元 ALU 能对数据进行加、减、乘、除等算术运算；“与”、“或”、 “异或”等逻辑运算以及位操作运算。ALU 只能进行运算，运算的操作数可以事先存放到累加器 ACC 或寄存器TMP 中，运算结果可以送回 ACC 或通用寄存器或存储单元中，累加器 ACC 也可以写成 A。B 寄存器在乘法指令中可以用来存放一个乘数，在除法指令中用来存放除数，运算后 B 中为部分运算结果。ALU 主要用于完成二进制数据的算术和逻辑运算，并通过对运算结果的判断影响程序状态字寄存器 PSW 中有关位的状态。 程序状态字 PSW
16、是个 8 位寄存器，用来寄存本次运算的特征信息，用到其中七位。PSW 的格式如下所示，其各位的含义 如表图 3-2。图 3-2 表 1 程序状态字 PSWCY：进位标志。在进行加法或减法运算时，若运算结果的最高位有进位或借位，CY=1 ，否则 CY=0，在执行位操作指令时，CY 作为位累加器。AC：辅助进位标志。在进行加法或减法运算时，若低半字节向高半字节有进位或借位， AC=1，否则 AC=0，AC 还作为 BCD 码运算调整时的判别位。吉林工程技术师范学院7F0：用户可设定的标志位，可置位/复位，也可供测试。RS1 和 RS0：工作寄存器组选择，如表图 3-3 所示。RS1 RS0 工作寄
17、存器组 片内 RAM 地址0 0 第 0 组 00H07H 0 1 第 1 组 08H0FH 1 0 第 2 组 10H17H 1 1 第 3 组 18H1FH 图 3-3 表 2 RS1 和 RS0 工作寄存器组选择OV：溢出标志。当两个带符号的单字节数进行运算，结果超出-128+127 的范围时， OV=1，表示有溢出，否则 OV=0 表示无溢出。P：奇偶校验标志。每条指令指行完毕后，都按照累加器 A 中“1”的个数来决定 P 值，当 “1”的个数为奇数时， P=1，否则 P=0。 PSW 中的 D1 位为保留位，对于 8051 来说没有意义，对于 8052 来说为用户标志，与 F0 相同
18、。控制器包括程序计数器 PC、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针 SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。程序计数器 PC：当一条指令按 PC 所指向的地址从程序存储器中取出之后，PC 的值会自动增量，即指向下一条指令。堆栈指针 SP：用来指示堆栈的起始地址。 80C51 单片机的堆栈位于片内RAM 中，而且属于“上长型”堆栈，复位后 SP 被初始化为 07H，使得堆栈实际上由 08H 单元开始。指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，CPU 根据译码器输出的电平信号使定时控制电路产生执行该指令所需要的各种控制信号。数据指针寄存器 DRTR：它是一个 16 位寄存器，由高位字节 DPH 和低位字节 DPL 组成，用来存放 16 位数据存储器的地址，以便对片外 64kB 的数据RAM 区进行读写操作。片内 RAM 有 256 个字节，其中 00H7FH 地址空间是
