1、河南大学物理与电子学院开放实验室单片机设计报告LED 点阵心形流水灯礼品设计设计人：开放实验室入室人员II目 录0 前言 .11 系统组成与功能.11.1 系统组成 .11.1.1 AT89C51单片机 .11.1.2 16乘 16点阵 .21.2 系统功能 .32 系统原理 .32.1 系统仿真图 .32.2 实物照片 .43 程序流程图.64 程序代码.75 结论 .14参考文献 .141基于单片机控制心形流水灯跟点阵0 前言随着社会的发展，单片机得到了广泛的应用，人们越来越重视单片机的应用。比如温度是和每个人息息相关的，并且在有的生产车间里还要进行温度时时测量，甚至是对温度的进一步调控等
2、，这些都是单片机的应用之例。本设计是用单片机和点阵加一个小的流水灯电路，作为玩具挺有趣的。这次的作品，初衷是希望通过单片机学习，做个生日礼物送给朋友。由于时间紧迫，做的有些仓促，望原谅。1 系统组成与功能1.1 系统组成本系统主要有 AT89C51单片机、18b20、1602、蜂鸣器、四位一体七段数码管等元件组成。1.1.1 AT89C51单片机AT89S51具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2层中断嵌套中断，2 个 16位可编程定时计数器,2个
3、全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。引脚图如图 1-1所示。1.1.2 16 乘 16 点阵显示模块本点阵屏采用 4 块 8*8 点阵组合，形成一个 16*16 的点阵，加驱动集成电路 SN74HC164和 74HC595组成。通过软件控制，本屏以动态扫描的显示方式，可显示文字、图形、动画等多种花样。图 1-1 AT89C51 引脚
4、图21、 SN74HC164 是串行移位寄存器，串行输入并行输出，当清零端 CLR为高电平时，每来一个时钟脉冲 CLK寄存器中的数据就会从 Qa向 Qh方向移动一位，即 QaQb、QbQc、QcQd、QdQe、QeQf、QfQg、QgQh，同时两个输入端 A和 B与非的结果进入 Qa，SN74HC164 的逻辑功能如图 1-2 所示。图 1-2 SN74HC164的逻辑功能图2、 74HC595 有一个 8位串行输入，并行输出的移位寄存器，该寄存器向一个 8位 D型存储寄存器提供数据。74HC595N 的存储寄存器具备三态输出。移位寄存器和存储寄存器分别有独立的时钟。74HC595N 的移位寄
5、存器带有最高优先级的直接清零端（SRCLR） 、串行输入端（SER）和用于级联的串行输出端。当输出使能端（OE）为高时，74HC595 的输出将处于高阻态。不管是移位寄存器时钟（SRCLK）还是存储寄存器时钟（RCLK） ，都是上升沿触发。如果当两个时钟绑定在一起时，则移位寄存器将一直领先存储寄存器一个时钟脉冲。SN74HC595特性：8 位串行输入，并行输出移位；宽工作电压范围：2.06.0 V 高强度电流三态输出，最多可驱动高达 15个 LSTTL负载；低功耗，最大 ICC =80A；典型 tpd=13 ns；5V 下驱动电流为6 mA；移位寄存器可直接清零低输入电流，最大 1A；8 位移
6、位寄存器，具有三态输出锁存。最后，集成了 74HC595、74HC154 的点阵实物图见图 1-3所示。3、点阵主要技术参数： 显示容量:16*16 个字符3芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V4、引脚功能说明VCC 5V电源GND 接地DS 串行数据输入STcp 并行数据输出时钟 SHcp 串行数据输入时钟 CS 选择器使能 A0-A3 16 位数据选择器输入不算电源线，共 8线，算电源为 10线。本点阵已将驱动集成电路74HC595、74HC154 等放在点阵后面了，引入 10线及信号即可显示。2 系统设计2.1 系统设计方案利用 TC89
7、C52RC单片机，16*16 点阵 LED，74HC164N 和 74HC595N芯片，TIP127三极管组成的汉字点阵显示系统。本系统主要分成屏体和控制器两大部分。屏体的主要部分是 LED点阵，还有行列驱动电路。LED 点阵屏采用16*16LED显示模块连接而成。一块 16行 16列显示屏，其 LED发光器件数量相当大，不适合使用静态驱动电路，而采用动态扫描驱动电路。扫描驱动电路采用多行的同名列共用一套驱动器，行驱动器一行的行线连接到电源的一端，列驱动器一列的列连接到电源的另一端。控制电路负责有序地选通各行，选通每一行之前还要把该行该列的数据准备好，一旦该行选通，这一行上的 LED发光器件就
8、可以根据列数据进行显示。本系统的控制电路采用单片机方法，由于单片机的 I/O口数量少，驱动能力不强，则要扩展一定的硬件电路，才能满足显示屏的需要。硬件电路大体上可分为单片机控制器、LED 显示屏行列驱动电路、LED 点阵屏三部分，LED 显示屏驱动电路使用通用的数字电路并尽量减少外围硬件，做到电路简单、适应性强、成本不高、维护方便等要求。图 1-3 点阵实物图4为了增强汉字点阵的显示效果，LED汉字点阵显示系统也可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。同静态显示模式相对应有多种动态显示模式，它们所显示的文字是动态的。按照文字运动的特点可以分为平移、闪烁、旋转、缩放等多种显示模式。产生不
9、同显示模式的方法可以通过一定的算法从原来的显示数据产生。不过当算法太复杂时就会太浪费时间，也可以考虑预先生成刷新数据，存储备用。本系统采用动态显示的模式，所谓的动态显示模式是指逐行轮流点亮。我们把所有的同一行发光管的阳极连接在一起，把所有第一列发光管的阴极连接一起，先送出对应第一行的发光管亮灭的数据并且锁存，然后选通第一行使其点亮一定的时间然后熄灭；再送出第二行的数据并且锁存，然后宣统第二行使其点亮同样的时间，然后熄灭；直到第第十六行显示完后再重新点亮第一行，这样反复轮回。如图2所示。单片机行扫描LED 点阵屏列扫描图2 系统的整体结构图2.2 点阵部分程序流程图52.3 流水灯部分基于单片机
10、的流水灯是一个小设计，其原理就不详细说明。单片机 1（左）控制流水灯，单片机 2（右）控制点阵。下面是系统连线图：图 21 系统电路连线图2.2 实物照片具体的实物照片如下图6实物图一实物图二7图 23 实物照片图三3 合并程序流程图开始点阵依次显示 葛静宝宝生日快乐心形流水灯一个接一个亮起84 部分程序源代码点阵单片机程序/*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar N=7; / N 表示有多少个汉字, 如要加多个字，只需改动 N 的值即可sbit DS=P10; /74HC595 串行数据sbit STcp=P11; /74HC595 并行输出时钟sbit SHcp=P12; /74HC595 串行时钟sbit CS=P13; /74HC154 输出有效信号/=P2 口作为 74HC154 的选择控制数据输入=点阵流动显示生日快020406080100第 一 季 度 第 三 季 度东 部西 部北 部返回开始心形流水灯全亮然后全灭心形流水灯一个间隔一个亮起
