单片机技术课程设计16X16点阵说明书(孙源)

郑州华信学院课程设计说明书题目：16×16点阵LED汉字显示器设计姓名：孙源院（系）：机电工程学院专业班级： 11级电气工程及其自动化一班学号： 1102120108指导教师：宋东亚成绩：时间： 2013 年 12 月 17 日至 2013 年 12 月 28 日郑州华信学院课程设计任务书题目: 16×16点阵LED汉字显示器设计专业、班级： 11级电气工程及其自动化一班学号： 1102120108 姓名：孙源.主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：利用单片机控制16×16点阵LED汉字显示屏汉字、数字、字母的多样化显示。

基本要求：1.实现LED点阵屏核心功能即汉字、数字、字母的多样化显示；2.利用proteus软件完成设计电路和仿真，要求显示“郑州华信学院”字样，并且能够调整显示字样；3.掌握SPI串口进行数据传输的应用，并学会使用外部芯片辅助项目设计；4.通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。

主要参考资料：[1]李全利，单片机原理及接口技术[M]，高等教育出版社[2]王文杰，单片机应用技术[M]，冶金工业出版社[3]朱清慧，PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M]，清华大学出版社[4]单片机实验指导书，天煌教仪[5]彭伟，单片机C语言程序设计实训100例[M]，电子工业出版社完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：年月日目录第一章引言 (1)1.1 概述 (1)1.2 LED显示屏简介 (1)1.3设计目的 (1)第二章设计方案及内容 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计内容 (2)第三章硬件设计 (3)3.1设计框图及介绍 (3)3.2电路分析 (4)3.3点阵电路原理图 (4)3.4 LED点阵介绍 (4)3.5 LED显示方式 (6)3.7 80C51单片机结构介绍 (8)3.8 74HC154结构介绍 (9)第四章软件设计 (11)4.1 单片机延时子程序 (11)4.2软件设计流程图 (12)4.3取字模软件介绍 (14)4.4汇编语言程序 (16)第五章测试数据及性能分析 (19)5.1 HEX文件的生成 (19)5.2 仿真调试 (19)附录 (22)附录1 元器件清单 (22)参考文献 (22)结论 (23)致谢 (23)第一章引言1.1 概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支。

单片机是20世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和终端系统与同一硅片的器件。

20世纪八十年代以来单片机发展迅速各类新产品不断涌现出现许多新产品，出现了许多高性能新型机种现已成为工业控制和各控制领域的支柱产业之一。

由于单片机功能强、体积小、可靠性好、价格便宜等独特优点因而受到人们的高度重视并取到了一系列的科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，并具有广阔的发展前景。

本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件驱动LED点阵显示所想要显示的文字。

1.2 LED显示屏简介LED点阵块具有亮度高、发光均匀、可靠性好、拼装方便等优点，能构成各种尺寸的显示屏。

目前，LED显示屏已被广泛应用于商场、车站等公共场合的文字图形显示，并取得了很好的效果。

LED显示屏的种类较多，大致有以下四种分类法：一是按室内室外分类，二是按工作方式分类，三是按颜色的数量分类，四是按LED管的单位密度大小分类。

不同类型的显示屏用途不同，各有优缺点，室内LED显示屏与户外LED显示屏差别很大，可根据需要侧重选择。

首先是亮度不同，室内屏的发光亮度要比户外屏低出几倍到几十倍，因此，户外屏必须采用超高亮度LED，而且为了进一步提高亮度和增加可视距离，在一个像素内往往要封装多只超高亮度LED。

其次，户外屏必须防雨水、阳光直射、防尘、防高温、及防雷击等，而室内屏则无须考虑这些问题。

此设计是基于单片机89C51对点阵16×16汉字显示的设计，在实际生活中得到了广泛的应用。

1.3设计目的加强对51系列单片机的构造了解及应用，熟悉汇编语言或C语言编程，综合掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、芯片器件的选择方法、模块化编程等多项知识。

（1）用单片机模拟实现具体应用使个人设计系统能够真正使用；（2）把理论知识与实践知识相结合，充分发挥个人能力，并在实践中得到锻炼；1（3）提高利用已学的知识分析和解决问题的能力；（4）提高动手实践能力。

第二章设计方案及内容2.1 设计任务结合教材及参考资料，用80C51单片机模拟实现LED点阵屏核心功能即汉字、数字、字母的多样化显示。

2.2 设计内容（1）填写设计任务书；（2）进行总体设计，画出设计原理图；（3）用PROTEUS软件画出设计电路图；（4）用Keil软件编写程序；（5）在PROTEUS里模拟并调试程序达到期望功能。

2第三章硬件设计3.1设计框图及介绍LED点阵总体框图如下图所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。

控制电路部分包括一个52 CUP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到一起，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。

由列译码器给出的列选通信号，从第一列开始，按顺序依次对各列进行扫描(把该列与电源的一端接通)。

另一方而，根据各行锁存的数据，确定相应的行驱动器是否将该行与电源的另一端接通。

接通的行，就在该列该列点燃相应的LED；未接通的行所对应的LED熄灭。

图3.1.1点阵显示的总体框图3.2电路分析该电路主要将单片机发送来的输出点阵数据，通过锁存器芯片扩展的I0口，来3控制LED点阵的16个列线端。

本设计中用的是1片4/16译码器74LS154对LED点阵的16行进行扫描。

通过74LS154将数据一起送到LED点阵的各列。

3.3点阵电路原理图图3.3.1点阵电路原理图3.4 LED点阵介绍8×8单色点阵共需要64个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。

本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是单色点阵。

考虑到元器件的易购性，使用4个8×8的点阵发光二极管模块，组成了16行16列的发光点阵。

实际使用时可以根据原理自行扩充显示的字数。

对比下面的8×8单色点阵和8×8双色点阵可以看出，其实8×8双色点阵就是4两块8×8单色点阵组合在一起的。

要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。

8×8单色点阵LED结构分别如下图所示：图3.4.1 8×8点阵外观及引脚图5图3.4.2 8×8单色点阵内部图3.5 LED显示方式汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、银行、医院及户外广告等地方都有广泛的应用。

下面是简单的汉字显示屏的制作，由单片机控制汉字的显示内容。

为了降低成本，使用了4块8×8的LED点阵发光管的模块，组成了一个16×16的LED点阵显示屏，图2.5.1所示。

在实际的使用中可以自行的扩展显示的汉字，下面是介绍汉字显示的原理。

6图3.5.1 16×16的LED点阵LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。

以16×16点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2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；….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，就能看到显示屏上稳定的图形。

该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。

显示数据传输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已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。

对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，7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。

采用串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾，可以采用重叠处理的方法。

即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。

为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要有锁存功能。

对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能。

这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串行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。

LED点阵显示模块进行的方法有两种：（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：此时用一个P口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个P口输出行码（列数据），决定该行上那哪个LED亮（相当于段码）。

能亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。

（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：此时用一个P口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个P口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵旋转90度的数据）决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。

能亮的行从上向下扫描完16行（相当于位码循环移位16次）即显示一帧完整的图像。

3.7 80C51单片机结构介绍80C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

1.微处理器该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。

2.数据存储器片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。