1、机器人创新设计课程设计报告书题目：1616 点阵 LED 电子显示屏的设计姓名：张津学号：1613010320专业：国际经济与贸易指导老师：于大泳设计时间：2017 年 3 月管理学院目录1. 引言.31.1 设计意义.31.2 系统功能要求.32. 方案设计.43. 硬件设计.54. 软件设计.85. 系统调试.96. 设计总结.117. 附录 A.：源程序.118. 附录 B.：作品实物照片.169. 参考文献.171616 点阵 LED 电子显示屏的设计1.引言1.1 设计意义目前广告牌具有显示内容丰富、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
2、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。1.2 系统功能要求本 设 计 是 一 1616 点 阵 LED 电 子 显 示 屏 的 设 计 。 整 机 以 40 脚 单 片 机AT89C51 为 核 心 ， 通 过 该 芯 片 控 制 列 驱 动 器 74HC595 来 驱 动 显 示 屏 显 示 。 该电 子 显 示 屏 可 以 显 示 各 种 文 字 或 单 色 图 像 ， 全 屏 能 显 示 1 个 汉 字 。 显 示 可以 采 用 动 态 显 示 ， 使 得 图 形 或 文 字 能 够 实 现 静 止 、 移 入 移 出
3、 等 多 种 显 示 方 式 。开 关 控 制 显 示 “矿 大 电 气 五 班 ”、 “电 子 综 合 设 计 ”的 字 幕 。同 时 还 要 实 现 的 功 能 ： 5V 的 电 压 输 入 ， 时 钟 电 路 的 设 置 ， 复 位 电 路 的设 置 ， 单 片 机 给 74HC154 芯 片 同 时 给 E1 和 E2 低 电 平 ， 74LS154 才 能 正 常的 工 作 。 例 如 如 果 想 使 左 上 角 LED 点 亮 ， 则 Y0=1， X0=0 即 可 。 应 用 时 限 流电 阻 可 以 放 在 X 轴 或 Y， 16*16LED 点 阵 如 图 1.2.1 所 示
4、。图 1.2.12.方 案 设 计16X16 点 阵 LED 工 作 原 理 说 明 : 16X16 点 阵 共 需 要 256 个 发 光 二 极 管 组 成 ，且 每 个 发 光 二 极 管 是 放 置 在 行 线 和 列 线 的 交 叉 点 上 ， 当 对 应 的 某 一 列 置 1电 平 ， 某 一 行 置 0 电 平 ， 则 相 应 的 二 极 管 就 亮 ； 因 此 要 实 现 一 根 柱 形 的 亮 法 ，对 应 的 一 列 为 一 根 竖 柱 ， 或 者 对 应 的 一 行 为 一 根 横 柱 ， 因 此 实 现 柱 的 亮 的 方法 如 下 所 述 ： 一 根 竖 柱 ： 对
5、 应 的 列 置 1， 而 行 则 采 用 扫 描 的 方 法 来 实 现 。 一 根 横 柱 ： 对 应 的 行 置 0， 而 列 则 采 用 扫 描 的 方 法 来 实 现 。 需 要 实 现 的 功 能如 下 图 流 程 图 图 2.2 所 示图 2.2本 电 路 使 用 AT89C51 实 现 行 驱 动 ， 对 显 示 模 块 从 上 至 下 的 扫 描 ， 用74HC154 和 三 极 管 实 现 列 驱 动 ， 对 显 示 模 块 从 左 至 右 的 扫 描 ， 然 后 显 示 字 符 。在 中 规 模 集 成 电 路 中 译 码 器 有 几 种 型 号 ， 使 用 最 广 的
6、通 常 是 74HC154 译 码器 ， 74HC154 是 一 款 高 速 CMOS 器 件 ， 74HC154 引 脚 兼 容 低 功 耗 肖 特 基TTL（ LSTTL） 系 列 。2.硬 件 设 计3.1 单片机系统及外围电路3.1.1 单片机的选择本设计选用了 AT89C51 单片机作控制 3.1.2 AT89C51 芯片介绍概 述 ： AT89C51 为 40 脚 双 列 直 插 封 装 的 8 位 通 用 微 处 理 器 ， 采 用 工 业标 准 的 C51 内 核 ， 在 内 部 功 能 及 管 脚 排 布 上 与 通 用 的 8xc52 相 同 ， 其 主 要用 于 会 聚
7、调 整 时 的 功 能 控 制 。 功 能 包 括 对 会 聚 主 IC 内 部 寄 存 器 、 数 据RAM 及 外 部 接 口 等 功 能 部 件 的 初 始 化 ， 会 聚 调 整 控 制 ， 会 聚 测 试 图 控 制 ， 红外 遥 控 信 号 IR 的 接 收 解 码 及 与 主 板 CPU 通 信 等 。 主 要 管 脚 有 ： XTAL1（ 19 脚 ） 和 XTAL2（ 18 脚 ） 为 振 荡 器 输 入 输 出 端 口 ， 外 接 12MHz 晶 振 。RST（ 9 脚 ） 为 复 位 输 入 端 口 ， 外 接 电 阻 电 容 组 成 的 复 位 电 路 。 VCC（ 4
8、0 脚 ） 和 VSS（ 20 脚 ） 为 供 电 端 口 ， 分 别 接 +5V 电 源 的 正 负 端 。 P0P3 为 可编 程 通 用 I/O 脚 ， 其 功 能 用 途 由 软 件 定 义 ， 在 本 设 计 中 ， P0 端 口 （ 3239 脚 ） 被 定 义 为 N1 功 能 控 制 端 口 ， 分 别 与 N1 的 相 应 功 能 管 脚 相 连 接 ， 13 脚 定 义 为 IR 输 入 端 ， 10 脚 和 11 脚 定 义 为 I2C 总 线 控 制 端 口 ， 分 别 连 接N1 的 SDAS（ 18 脚 ） 和 SCLS（ 19 脚 ） 端 口 ， 12 脚 、 2
9、7 脚 及 28 脚 定 义 为握 手 信 号 功 能 端 口 ， 连 接 主 板 CPU 的 相 应 功 能 端 ， 用 于 当 前 制 式 的 检 测 及会 聚 调 整 状 态 进 入 的 控 制 功 能 。 AT89C51 的 引 脚 图 如 下 图 3.1 所 示 ：图 3.13.1.3 单片机系统外围电路单 片 机 外 围 电 路 一 般 有 两 块 ： 时 钟 电 路 （ 如 图 3.1.3） 和 复 位 电 路（ 3.1.4）时 钟 电 路 由 一 个 晶 振 和 两 个 小 电 容 组 成 ， 用 来 产 生 时 钟 频 率 。复 位 电 路 由 一 个 电 阻 、 按 键 和
10、 一 个 电 容 组 成 ， 用 来 产 生 复 位 信 号 ， 使 单片 机 上 电 的 时 候 复 位 。图 3.1.3AT89C52 单 片 机 芯 片 内 部 有 一 个 反 向 放 大 器 构 成 的 振 荡 器 ， XTAL1 和XTAL2 分 别 为 振 荡 器 电 路 的 输 入 端 和 输 出 端 ， 时 钟 可 由 内 部 和 外 部 生 成 ， 在XTAL1 和 XTAL2 引 脚 上 外 接 定 时 元 件 ， 内 部 振 荡 电 路 就 会 产 生 自 激 振 荡 。 系统 采 用 的 定 时 元 件 为 石 英 晶 体 和 电 容 组 成 的 并 联 谐 振 回 路
11、 。 晶 振 频 率 选 择12MHz， C1、 成 的 电 容 值 取 22PF,电 容 的 大 小 频 率 起 微 调 的 作 用图 3.1.4单 片 机 有 多 种 复 位 电 路 ， 本 系 统 采 用 电 平 式 开 关 复 位 与 上 电 复 位 方 式 ，当 上 电 时 ， C1 相 当 于 短 路 ， 使 单 片 机 复 位 ， 在 正 常 工 作 时 ， 按 下 复 位 时 单 片机 复 位 。 在 有 时 碰 到 干 扰 时 会 造 成 错 误 复 位 ， 但 是 大 多 数 条 件 下 ， 不 会 出 现单 片 机 错 误 复 位 ， 而 可 能 会 引 起 内 部 某
12、些 寄 存 器 错 误 复 位 ， 在 复 位 端 加 一 个去 耦 电 容 ， 则 会 得到 很 好 的 效 果 。3.2 驱动电路3.2.1 74HC154 芯片简介74HC154 译 码 器 可 接 受 4 位 高 有 效 二 进 制 地 址 输 入 ， 并 提 供 16 个 互 斥的 低 有 效 输 出 。 74HC154 的 两 个 输 入 使 能 门 电 路 可 用 于 译 码 器 选 通 ， 以 消 除输 出 端 上 的 通 常 译 码 “假 信 号 ”， 也 可 用 于 译 码 器 扩 展 。 该 使 能 门 电 路 包 含两 个 “逻 辑 与 ”输 入 ， 必 须 置 为 低
13、 以 便 使 能 输 出 端 。 任 选 一 个 使 能 输 入 端 作为 数 据 输 入 ， 74HC154 可 充 当 一 个 1-16 的 多 路 分 配 器 。 当 其 余 的 使 能 输 入端 置 低 时 ， 地 址 输 出 将 会 跟 随 应 用 的 状 态 。3.2.2 驱动电路的构成本 设 计 的 驱 动 电 路 由 三 极 管 的 集 电 极 输 出 给 点 阵 显 示 屏 ， 使 其 足 够 亮 。 其 驱动 电 压 为 5V。 行 驱 动 由 P0 口 列 驱 动 电 路 如 图 3.3.2 所 示 ：图 3.2.23.3 16*16LED 显示屏电路和原理16*16LE
14、D 显 示 屏 电 路 在 proteus 仿 真 中 由 四 个 8*8LED 点 阵 组 成 的 ， 其中 二 极 管 的 正 极 控 制 器 也 就 是 AT89C51， 负 极 接 译 码 器 也 就 是 74HC154。 显示 屏 可 以 显 示 字 符 、 汉 字 、 动 画 等 任 何 图 形 。 该 电 路 充 分 利 用 了 单 片 机 的I O 口 资 源 使 整 机 硬 件 达 到 最 简 。16*16 点 阵 的 原 理 ： 点 阵 LED 扫 描 法 介 绍 点 阵 LED 一 般 采 用 扫 描 式 显 示 ，实 际 运 用 分 为 三 种 方 式 ： （ 1） 点
15、 扫 描 ； （ 2） 行 扫 描 ； （ 3） 列 扫 描 。 若 使用 第 一 种 方 式 ， 其 扫 描 频 率 必 须 大 于 1664=1024Hz， 周 期 小 于 1ms 即 可 。电 路 如 图 3.3 所 示 ：图 3.33.4 电源电路本 设 计 采 用 电 源 线 直 接 从 家 用 电 路 中 接 入 电 源 ， 经 变 压 为 5V， 为 电 路供 电 。3.软 件 设 计本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以一定速度上升滚动显示。显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号
16、，使屏幕按设计的要求显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成 LED 显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器 T0 中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。4.1 显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 T0 重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16 扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下：刷频率（帧频）=1/16T0 溢=1/16f/12（65536-t） 其中 f 位晶振频率，t 为定时器 T0 初值（工作在 16 位定时器模式）。然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。图六为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图图 4.1.14.2 系统主程序进入中断定时器赋初值读取行号并增加 1送新行显示数据消 隐切换显示数据发送新行号，打开显示退出中断
