基于单片机的16乘16的点阵屏设计小彬

电子技术课程设计基于单片机的16×16点阵滚动屏设计

院（系）名称信息工程学院

专业班级

学号

学生姓名小彬

指导教师

2014年5月30日

基于单片机的16×16点阵滚动屏的设计

摘要

随着LED点阵屏显的技术日趋成熟，精致低功耗的点阵成为发展的一种趋势······本设计以单片机最小系统为核心，作为主控芯片。采用经济实惠的STC89C52系列单片机，来控制LED点阵电子显示屏的动态设计。16×16完全可以满足各种文字或单色图像，采用4块8×8点阵（SM421988共阴),采用阳码实现行输入（74hc595驱动），阴码实现列扫（74hc154列扫）。采用动态显示，使图像或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。

基于C语言易植入，容易开发特点，采用C语言编程，文字图像取模用PCtoLCD2002取模软件。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内、室外显示场合的信息发布，公益宣传，环境参数实时等等得到广范应用。

关键词：STC89C52,SM421988, 74hc595,74hc154, 点阵动态显示。

目录

1 绪论 ......................................................................................................................................... I 1.1课题描述 ......................................................................................................................... I

1.2基本工作原理及框图 ..................................................................................................... I

2 相关芯片及硬件电路设计 ..................................................................................................... I 2.1STC89C52芯片 .............................................................................................................. I

2.1.1 STC89C52的功能特性 ........................................................ 错误！未定义书签。

2.1.2 STC89C52的主要性能参数................................................................................. II

2.1.3 STC89C52最小系统电路 .................................................... 错误！未定义书签。

2.2点阵显示 ...................................................................................................................... I II

2.2.1 SM421988的功能特性.......................................................................................... I II

2.2.2 SM421988的结构电路.......................................................... 错误！未定义书签。

2.3点阵驱动电路 .............................................................................................................. I V

2.3.1 74HC595的功能特性 ............................................................................................ I V

2.3.2 74HC595操作时序 ................................................................................................ I V

2.3.3 74HC154功能特性 ................................................................................................ I II

2.3.4 74HC154真值表 .................................................................................................... I II

3 系统软件设计 .................................................................................................................... VII 3.1程序主要流程 ............................................................................................................ VII 3.2程序设计 .................................................................................................................... VII 3.3PROTUES仿真.......................................................................................................... VII 3.4实物焊接调试 ............................................................................................................ VII 总结 ................................................................................................................................. X VI 致谢 ............................................................................................................................... XVII 参考文献 . (18)

1 绪论

1.1 课题描述

单片微型计算机（single chip microcomputer ）简称单片机，它为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的RAM 和ROM 以及输入、输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的，虽然单片机只是一个芯片，但无论从成本还是功能上来看，它具有了微机系统的特征。本设计采用STC89C52系列单片机，经济实惠。

随着LED 显示技术日趋成熟和普遍公共场合需求量增大，现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场合所需要用点阵图形显示器显示汉字，广告屏等。所以研究LED 显示有实用意义。

1.2 基本工作原理及框图

本课程设计的点阵滚动显示有单片机STC89C52作为核心控制，有其构成单片机最小系统。点阵屏显示部分核心有4块SM421988的8×8点阵构成16×16显示模块。考虑到点阵屏显示亮度问题，采用74HC595和74HC154芯片作为代码的行扫和列选。 基本工作原理框图如图1所示。

图1

基本工作原理框图 2 相关芯片及硬件电路设计

2.1 STC89C52芯片

STC89C52是STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程FLSH 存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位的CPU 和在系统可编程FLSH ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8K 字节FLSH ，512字节RAM ，32为I/O 口线，看门

STC89C52单

片机最小系统 两片74HC595和一片74HC154构

成点阵驱动模块

四块SM421988构成16×16点阵显示模块

中断定时滚动时间

狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器、计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量级2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHZ，6T/12T可选。

STC89C52引脚图如图2所示。

图2 STC89C52引脚图

2.1.2STC89C52的主要性能参数

STC89C52主要性能参数如下：

●与MC－51产品指令系统完全兼容

●工作电压：5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V（3V单片机）

●工作频率范围：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ，实际工作频率可达48MHZ

●用户应用程序空间8K字节

●片上集512字节RAM

●通用I/O（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开

路输出，作为总线扩展用时，不加上拉电阻，作为I/O用时，需上拉电阻。

●ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用仿真器，可通过串口直接下载用户程序，数秒即可完成。

●具有EEPROM功能

●共3个16位定时/计数器。

●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路。

●通过异步串行（UART），还可用定时器软件实现多个UART

●工作温度范围：-40~+85（工业级）/0~75（商业级）

●DIP封装

2.1.3 STC89S52最小系统电路

图3 最小系统原理图

2.2 点阵显示

利用人们的视觉暂留的特点，不断给有四块SM421988型8×8点阵构成的16×16点阵刷新，扫描，最终给人的感觉是一幅画面或者一个完整的文字。

2.2.18*8点阵工作原理和方案

若要用点阵发光二极管显示汉字，首先将汉字放在一个方块内，方格块分为8*8共64个小方格，在方格内写上汉子，在汉字笔画下落处的小方格里填上“1”，无笔画处填上“0”，这样就形成了一个汉字二进制数据。

由于一块8*8点阵像素有限，不能完整显示一个汉字，故采用四块两两级联的方式。利用两片74HC595将汉字或图片两个字节的代码送出，并用74HC154进行列选。

2.2.2SM421988结构电路

图4 SM421988点阵内部结构原理图

2.3 点阵驱动电路

利用两片595共用时钟线和锁存使能，并用两个I/O一次以八个数据位，分别将PCtoLCD2002软件得到的一个汉字或图画的两字节代码送进74HC595，然后通过一片74HC154选通数据所在列。构成4块8×8的点阵驱动电路。不断刷新，扫描，将寄存器的完整代码依次送出，由于人的视觉暂留，一个汉字或图画就显现出来了。

2.3.1 74HC595功能特性

74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。

74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器

是分别的时钟。数据在SHcp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。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。

8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。

将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。

2.3.2 74HC595操作时序

图5 74HC595操作时序

2.3.3 74HC154功能特性

74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。

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。

2.3.4 74HC154真值表

图6 74HC154真值表

3 系统软件设计

3.1 程序主要流程

图7是程序主流程图，初始化15次心跳画面和八个红色LED心电图展示。完毕进行图案和文字交替滚动显示。依次为：“黄河科技学院电子协会负责人小彬真诚欢迎您！欢迎来到小彬工作室！【水到渠成！】爱电子★做电子★喜迎黄河科技学院三十华诞”三种字体，四种图案。依次滚动显示。

系统初始化While(1)大循环

15次心跳和心电图展示

4ms定时中断字

幕滚动16行是否

完毕

若完成则更换字符

图7. 主程序流程

3.2 程序设计

心跳部分程序：

心电图部分程序：

两片74HC595驱动程序：

定时器初始化：

74HC154驱动程序（实现列选）：

主程序及定时中断处理：

3.3 PROTUES仿真

3.4实物焊接调试

总结

通过这次课程设计，使我设计调试硬件和软件的能力又一次得到锻炼和提高。尽管软件仿真部分已经很早完成，但设计实物这一块花费不少心思，点阵驱动亮度问题，扫描时间的计算，模拟等等。一步一步的去克服完成，熬夜反复修改焊接，调试最终完成预期的功能，原打算在此基础上跑跑RTC（实时时钟）但是由于时间紧凑，没来得及去做。能完成基于单片机的课程设计想必也是一种挑战，由于大一时提前入手单片机，相应做起来也比较顺手。当然走过这个过程，身上的不足之处也暴露出来，粗心，眼高手低等等。课程设计是我们提前对设计理念的一次体验和对相关文件要求的一次接触。严格要求自己！课程设计也算是一面镜子吧，总之受益匪浅！

致谢

感谢学校提供的创新实验室和各种实验设备，更重要的是老师们的有问必答。包括这里的同学，相互探讨交流。学校的图书馆又是一位不求回报的恩师，大部分疑问，都可以在这里找到答案。感谢学校安排的这次课程设计，使我们早早地为以后相关论文做好准备，熟悉过程，灌输设计理念，按要求完成任务。