基于单片机的led点阵设计毕业论文

基于单片机的led点阵设计毕业论文内容摘要：

要扫描速度大于 24Hz，由于扫描 的速度 很快， 而 人眼 睛 的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字。 C1L E DC3L E DC5L E DC7L E DC2L E DC4L E DC6L E DC8L E DC9L E DC 1 1L E DC 1 3L E DC 1 5L E DC 1 0L E DC 1 2L E DC 1 4L E DC 1 6L E D行 1行 2行 3行 4列 1 列 2 列 3 列 4 图 11 4*4 共阳极 LED 点阵 4 例如，若要图中所示 16 个 LED 显示一个“口”字的方框，则首先在列 1～４上写入列编码 信号，接着应将对应的行上加选通信号，即在行、列的信号端分别加上如表 11所示数据： 表 11 在点阵上所加的行信号以及列选择信号 列 1 列 2 列 3 列 4 行 1 0 0 0 0 行 2 0 1 1 0 行 3 0 1 1 0 行 4 0 0 0 0 这样，当第一行选通时列信号为 0000；第二行选通时列信号为 0110；第三行选通时列信号为 0110；第四行选通时列信号为 0000；再选通第一行送列信号 0000„„如此循环下去，当刷新频率足够高时（大于 24Hz），由于人眼的视觉暂留特性，便可观察到稳定的方框 [8]。 如果从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式 [9]。 16*32 的点阵共有 512 个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按 8位的锁存器来计算， 16*32的点阵需要 64个锁存器。 这个数字显然也是很庞大的，而且成本很昂贵，我们仅仅是 16*32的 2 个汉字点阵，然而在实际应用中需要的数量是很巨大的，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静态驱动显示方式，而采用另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 4 行 )的同名列共用一套列驱动器。 具体就 16*32 的点阵来说，把所有同一列的发光二极管的阴极连在一起，再去驱动这一列 LED (共阳接法 )，每一列先送出对应第 1 行发光管对应的数据并锁存，再选通第 1 行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第 2行的数据并锁存，再选通第 2 行使其点亮相同的时间，然后熄灭„„第 4行之后，又重新点亮第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了。 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。 5 显示数据通常存储在单片机的程序存储器中，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串行方式。 采用串行传输的方法，控制电路可以只用 2 根线：数据线、时钟线。 将行数据一位一位传往行驱动器，在硬件方面是 非常 经济的。 但是，串行传输过程较长，数据 按顺序一位一位地输出给行驱动器，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。 这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备 (传输 )和列数据显示两个部分。 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，留给显示的时间就太少了，以致 用眼观察 到 的 LED 的亮度 降低。 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。 即在显示本行数据的同时，传送下一行的数据。 为了达到重叠处理的目的，列数据的显示驱动电路就需要具有锁存功能。 经过上述分析，可以 归纳出列驱动器电路应具备的主要功能：对数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对数据显示来说，应具有并行锁存的功能。 这样，本行已准备好的数据打人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。 同时为了 LED 显示的亮度，采用 4行扫描，每个汉字上面有 2 个 16 列驱动器驱动，列驱动器的位置应该是在第 1 行 ， 第 5行， 第 9行与第 13 行， 即每个 16*16 的汉字点阵是有 4 个 8*8 的点阵组成的阵列，扫描的时候同时扫描显示第 1行 ，第 5 行，第 9行与第 13 行 ，第二次扫描的时候显示第 2行 ，第 6 行 ，第 10 行与 第 14行，以此类推，最后显示第 4行 ，第 8 行，第 12 行与 第 16行，如图 ： 第 1 行全亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 2 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 3 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 4 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 5 行不亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 6 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 7 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 8 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 6 第 9 行全亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 10 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 11 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 12 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 13 行不亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 14 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 15 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 16 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 图 12 LED 点阵顺序点亮 综合上述可以看出整个点阵显示的实现电路结构应该如图 13 所示： 图 13 显示屏电路框图 硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电 路、列驱动电路和行驱动电路以及LED 点阵阵列三大部分。 在实际应用中的大屏幕 LED 点阵显示屏，都是采用很多的显示模块组成，每个模块一般是有 32*64 个点阵组成，每个模块负责自己那部分 LED 的显示。 MCS51 列驱动 行 驱动 LED 点阵序列 7 系统总体方案设计 概述 本章分 阐述了 LED 点阵 控制系统 的 单片机 的 各种动作功能和控制要求 、型号的 原则和单片机 的概述性的介绍。 并且 给出 控制系统操作流程 ， 介绍了 部分软硬件及功能。 单片机 的 选择及 基本功能 的概述 在进行 此设计之前，我们首先要明确使用哪个型号的单片机，通过性能与实际情况的对比，在此我选择 MCS— 51 系列单片机。 MCS— 51 系列单片机的典型产品为 8051,8751,8031。 它们的组成与基本性质都是相同的。 通常我们所说的 MCS— 51 这个术语，泛指以 8051 为内核的单片机。 图 21 是 8051的引脚图。 8051 有 40 个引脚。 其中有两条主电源引脚，两条外接晶体引脚， 4条控制或其他电源复用的引脚， 32 条 I/O 引脚。 图 21 8051 的引脚图 8 8051 是 ROM 型单片机，内部有 4KB 的掩膜 ROM，及单片机出厂时，程序已有生产厂家固化在程序存储器中，它的 内部结构有以下特性： （ 1）面向控制的 8位 CPU； （ 2） 128B 的片内数据存储器； （ 3）可以寻址 64KB 的片外数据存储器； （ 4） 32 根双向和可单独寻址的 I/O 线； （ 5）两个 16 位定时 /计数器； （ 6）含基本指令 111 条， 其中单机器周期指令 64种。 图 22 所示为 MCS51 单片机的基本结构，它由八个部件组成，即中央处理器（ CPU）片内数据存储器（ RAM），片内程序存储器（ ROM），输入输出接口，可编程串行口，位定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（ SFR），各部分通过内部总线连接。 图 22MCS51 单片机基本结构 MCS51 单片机由中央处理器、存储器和 I/O 接口组成 [10]。 CPU 是单片机的核心部分，它的作用时度如何分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。 MCS51单片机内部有一个 8 位的 CPU，它是由运算器和控制 器 组成的。 运算器主要来实现数据的传送、数据的算术运算和逻辑运算。 控制器是用来统一指挥和控制计算器进行工作的部件。 它的功能是从程序存储器中提取指令，送到指令寄存器，在进入指令译码器进行译码，并通过定 时和控制电路，在规定的时间发出各种操作所需要的全部内部控制信息及 CPU 外部所需的控制信号，使各部分协调工作， 完成 微处理器 控制部分 B RAM P0 口 P1 口 程序存储器 P1 口 串行口 定时 /计数器 P3 口 中断系统 特殊功能寄存器（ SFR） XTAL2 XTAL1 PSEN ALE EA RESET 9 指令所规定的各种操作。 MCS51 单片机有 4 个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器，片内数据存储器和片外程序存储器。 8051 内有 4KB 的程序存储器和 128B 数据存储器。 此 外还可以在片外扩展 64KB 的程序存储器和 64KB 的数据存储器。 图 23 示出了 8051 存储器结 构。 图 23 8051 存储器结构示意图 8051 有 4 个八位并行 I/O，记作 P0， P1， P2和 P3，共 32 根线。 实际上它们就是特殊功能寄存器中的四个，在此不作一一介绍。 在单片机工作时，供电电源如果发生停电或瞬间停电，将会是单片机停止工作。 电源恢复时，单片机重新进入复位状态，停电前 RAM 中的数据全部丢失。 这种现象对于一些重要的单片机应用系统是不允许发生的。 在这种情况下，需要进行掉电保护处理 ，这样就可以避免不必要的麻烦发生了。 其余 硬件 的 概述 根据 上述 所要求的 控制任务决定由 8051 来完成后， 下一步我们选择外围硬件。 对 此的选择我们要考虑到下面两个问题： （ 1）功能方面 所有 硬 件即芯片 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的 芯片FFFF 外部RAM 内部ROM EA=1 外部ROM EA=0 0FFF 0000 1000 SFR RAM 位寻址 区 工作寄存器 03组 FF 80 30 20 00 FFFF RAM 外部RAM 0000 10 是否有能力控制任务。 对计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 8051 的位置控制有特殊要求等。 这就要求用户对市场上流行的 芯片 有一个详细的了解，以便做出正确的选择。 （ 2）价格方面 不同厂家的 芯片 价格相差很大， 有的 能相差 40%以上。 在使用 芯片 较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 在此设计中，我主要用到了 74LS245 芯片， 74LS138 芯片 ,74HC595 芯片和 4953 芯片，我主要对前三种新片介绍一下， 4953 芯片只具有控制行电路的 功能，在这我就不介绍了。 软件方案 设计 的概述 1. 单片机 控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在设计 单片机 控制系统时，应遵循以下基本原则： (1)最大限度地满足被控对象的控制对象。 设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密。