基于LED点阵显示的单片机的设计应用.doc

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1、摘 要LED点阵作为一种显示器件，是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通常用来显示时间、图文等信息。广泛用于广告标语显示，公共场所提示语等。本设计是基于AT89C51单片机的88点阵屏，其中包含了软件、调试等方案的设计。此外、该设计采用了级联的方式实现双屏显示。关键词：单片机；串口；LED点阵；显示I目 录摘 要I第1章概述11.1LED点阵的应用及意义11.2LED点阵的几种应用11.3本文工作1第2章设计所用器件22.1AT89C51单片机22.274HC595芯片22.388LED点阵4第3章设计原理53.1动态显示原理53.2点阵显示原理图及驱动53.2.1原理图53.2.2驱动

2、模块5第4章Proteus仿真64.1仿真电路图64.2程序64.3实验结果6 第5章总结与展望7参考文献8附 录9 III第1章 概述1.1 LED点阵的应用及意义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。LED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、

3、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。1.2 LED点阵几种应用Led点阵的应用很广，对于不同的应用环境和应用要求，可以有各种各样的应用方式。常用的应用有群显示应用，红外遥控式应用，无线遥控式应用等。采用单片机可以有效实现以上的各种应用。1.3 本文工作本文通过用AT89C51单片机对两个88点阵进行控制，使其滚动显示一个移动的箭头。 第2章 设计所用器件一般我们可用单片机io口并行输出来实现对88点阵的控制。可是那样很占IO口资源，因此改用74LS595来实现串行

4、通信取代并行通信，这样原来需要10几个IO口现在用74HC595的 几个个IO就可以实现了。2.1 AT89C51单片机AT89C51 是一种带4K字节闪存可编辑可擦除只读存储器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8为微处理器，俗称单片机。常用封装如下图：2.2 74HC595芯片74HC595是一款漏极开路输出的CMOS移位寄存器，输出端口为可控三台输出端，异能串行输出控制下一级级联芯片。特点：高速移位时钟频率Fmax25MHz； 标准串行（SPI）接口； CMOS串口输出，可用于多个设备的

5、级联； 低功耗。管脚图：74595的数据端：QA-QH: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。QH: 级联输出端。我将它接下一个595的SI端。SI: 串行数据输入端。74595的控制端说明：/SCLR(10脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接Vcc。SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA-QB-QC-.-QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级）RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCK置为低点平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，

6、大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。/G(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。 2.3 88LED点阵下图（1）为88点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图（2）所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。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轴。图（1）88点阵LED外观及引脚图图（2）88点阵LED等效电路点阵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）点扫描；（2）行扫描；（3

7、）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。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于168=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。13第3章 设计原理3.1 动态显示原理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，但其使用的管脚太多，如本设计中88的点阵共有64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，88的点阵需要64/8=8个锁存器。，因为我们仅仅是88的点阵，在实际应用中的显示屏往往

8、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8行）的同名列共用一套驱动器。具体就88的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，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），

9、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

10、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移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的

11、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3.2 点阵显示原理图及驱动模块3.2.1 原理图3.2.2 驱动模块上图就是8X8点阵驱动模块。各行的同名列共用一个列驱动，数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式存放。由于列线过多，故多采用串行传输。由于每次要传输16位，而且数据要逐位输给驱动器，只有当一行中各列数据都已传输到位后，这一行的各列才能进行并行显示，耗时较长。为了满足以上要求，驱动选择74LS595移位寄存器。移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储

12、寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。其特点：8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态; 输出寄存器可以直接清除 100MHz的移位频率。输出能力： 并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路 。74HC595是一个串入并出的芯片，具体来说就是第一个时钟信号来到时低位的数据向高位挪动一位，在这个程序中是SH_CK 信号，当SH_CLK 是一个上

13、跳沿时，传入的形参dat与0x80相与，得到的数为1,则通过SDATA置1,否通过置为0,并存储在SDATA的相应位置（最低位）上，DS内部也自动左移一位数据然后dat向左移一位，使次高位变为最高位与0x80相与，并存储。通过8次后，就可以得到数据，并存储在SDTTA中了，这时ST_CK一个上跳沿，数据即送出去了。 第4章 Proteus软件仿真4.1 仿真电路图4.2 程序ORG00HJMPMAINORG 0BHLJMPINTS_T0ORG30HMAIN:CLREAMOVR2,#0MOVR1,#16;16个字符MOVR0,#40HMOVDPTR,#TAB;把全部字符复制到40HMOVEDAT

14、A:MOVA,R2MOVCA,A+DPTRMOVR0,AINCR2INCR0DJNZR1,MOVEDATAMOVTMOD,#01H;定时器0工作方式1MOVTL0,#0FFH;置计数初值MOVTH0,#03CH;0FFFFH-3CAFH=50000,50MSMOVR7,#5;软件计数器，循环5次SETBET0;允许T0中断CLRET1;禁止T1中断SETBEASETBTR0 MOVSCON,#00H;串行口工作模式0CLRP3.2MOVSP,#60HMOVR3,#080H;第一行A0:MOVR2,#08HMOVR0,#40HLOOP:MOVDPTR,#TAB;字符首地址MOVR1,#2MOVA

15、,R3RRA;行码右移一位转下一行MOVR3,AMOVSBUF,A;发送行码WAIT1: JNBTI,WAIT1;等待一帧发送完CLRTIA1:MOVA,R0MOVSBUF,AWAIT2:JNBTI,WAIT2CLRTIINCR0DJNZR1,A1SETBP3.2;显示一行CLRP3.2DJNZR2,LOOP;下一行JMPA0JMP$INTS_T0:CLREAPUSH00HPUSH01HPUSH02HDJNZR7,BACK;软件次数，次数不到返回 MOVR7,#5MOVR0,#40HMOVR1,#8SHIFT1:MOVR2,#2CLRCPUSH00HMOVA,R0ADDA,#1MOVR0,AM

16、OVA,R0POP00HRLCASHIFT2:MOVA,R0RLCAMOVR0,AINCR0DJNZR2,SHIFT2DJNZR1,SHIFT1BACK:POP02HPOP01HPOP00HMOVTMOD,#01H;定时器0工作方式1MOVTL0,#0FFH MOVTH0,#03CH;0FFFFH-3CAFH=50000。50MSSETBET0;禁止T0中断CLRET1;禁止T1中断SETBEASETBTR0RETITAB:DB0FFH,0FFH;箭头符号DB0DFH,0FFHDB0BFH,0FFHDB001H,0FFHDB0BFH,0FFHDB0DFH,0FFHDB0FFH,0FFHEND4.3 实验结果当仿真电路运行时，LED点阵出现红色箭头循环向上移动，如下图：第5章 总结与展望本次设计的8X8的点阵LED显示，成功实现是在LED点阵上动态显示。在此次设计过程中，我加深了对单片机的认识，学会了如何使用74595芯片，通过本次设计，我不仅体会到了学习单片机的乐趣，还收获了很多经验。这对我将来的发展有不小的帮助。参考文献1李林功.单片机原理与应用基于实例驱动和Proteus仿真，科学出版社.2 范勤儒，王一刚.DSP原理与应用，化学工业出版社.3 百度百科：LED点阵. 4 百度文库：基于C语言的8X8点阵课程设计. 附 录（1）设计原理图14