基于单片机的1616点阵led电子显示屏的设计

基于单片机的1616点阵led电子显示屏的设计内容摘要：

AT89C51 单片机为 40 引脚双列直插芯片 ,有四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS51 单片机共有 4浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 7 个 8位的 I/O口（ P0、 P P P3），每一条 I/O线都能独立地作输出或输入。 P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，每脚可吸收 8TTL门电流。 当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时， 将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2 口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “ 1” 时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故 [9]。 P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：  RXD（串行输入口）  TXD（串行输出口）  /INT0（外部中 断 0）  /INT1（外部中断 1）  T0（记时器 0外部输入）  T1（记时器 1外部输入）  /WR（外部数据存储器写选通）  /RD（外部数据存储器读选通） AT89C51振荡器特性 为： XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 8 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 [10]。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器， 停止芯片其它功能直至硬件复位 ，直到下一个硬件复位为止。 二、 单片机复位原理 单片机刚上电时需要复位一次才能可靠工作，通过电容接 VCC，是利用电容充电来提供》 2个周期的高电平时间让单片机复位，如此单片机可以正常工作。 这之后又不要求单片机复位，所以通过 RESET 脚维持在低电平状态（即不复位状态） [11]。 如图 所示。 图 单片机复位电路 三、 时钟电路 单片机的最小系统如下图所示 ,18引脚和 19 引脚接时钟电路 ,X1接外部晶振和微调电容的一端 ,在片内它是振荡器倒相放大器的输入 ,X2 接外部晶振和微调电容的另一端 ,在片内它是振荡器倒相放大器的输出 [12]。 第 9引脚为复位输入端 ,接上电容 ,电阻及开关后够上电复位电路， 20引脚为接地端， 40引脚为电源端。 31引脚接电源端，如图。 图 单片机时钟电路 16X16点阵 LED显示模块的设计 一、 LED点阵屏介绍 组合型 LED 点阵显示器自八十年代开始出现，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 9 芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。 具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。 LED 点阵有 44 、 48 、 57 、 58 、 88 等多种。 点阵显示 屏有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等 ，本次设计选用单色点阵显示屏。 二、 点阵 LED显示屏的外观和引脚 16 16点阵 LED显示屏由 256 个 LED发光二极管组成 ，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。 它的外观形状如图 所示 ，内部结构如图 所示。 且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列 置 1 电平，某一行 置 0 电平，则相应的二极管就亮 [13]。 如第一列为高电平置 1，第二列为低电平置 0，第三列为高电平置 1， P 行为低电平置 0， O 行为高电平置 1，则显示效果是 P 行上的第一个 LED灯亮，第二个 LED 灯灭，第三个 LED灯亮。 第O 行上的三个 LED 灯全灭 ，如图 所示。 图 16 16 点阵 LED 显示屏实物照片 图 3. 5 16 16 点阵 LED 显示屏内部结构 图 LED 点阵亮灭示意图 浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 10 16 16点阵 LED显示屏的内部结构和外观引脚并不相对应，下面图 管 ，图 为个管教所对应的管教编号。 图 16 16 点阵 LED 显示屏引脚分配表 图 点阵显示屏 各 个管脚对应的管脚号 驱动模块 一、 列驱动模块 浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 11 列驱动电路由集成电路 74HC595构成，它具有一个 8位串入并出的移位寄存器和一个 8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可 以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。 74HC595 的外形及内部结构如图 所示。 它的输入侧有 8 个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。 引脚 SI是串行数据的输入端。 引脚 SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SI的下一个数据打入最低位。 移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。 RCK 是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。 引脚 G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输 出才开放，否则为高阻态。 SCLR信号是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。 由于 SCK 和 RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。 芯片的输出端为 QA～ QH，最高位 QH 可作为多片 74HC595 级联应用时，向上一级的级联输出。 但因 QH 受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了 QH’ ，作为与移位寄存器完全同步的级联输出，图 74HC595级联 [14]时。 图 74HC595外形及内部结构 浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 12 图 2个 74HC595级联 二、 行 驱动模块 （ 1） 74LS154介绍 74LS154这种 4线 — 16线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。 当两个选通输入 G1 和G2 为低时 , 它可将 4 个二进制编码的输入译成 16 个互相独立的输出之一。 实现解调功能的办法是：用 4 个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。 当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高。 图 74LS154外形及内部逻辑结构。 图 [15]。 图 74LS154 编码器 外形及内部 逻辑 结构 浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 13 图 74LS154 编码器真值表 （ 2） 8550三极管介绍 三极管 8550是一种常用的普通三极管 ， 是一种低电压 ,大电流 ,小信号的 PNP型硅三极管 ，其电流放大倍数为 50300[16]。 图。 1 发射极 2 基极 3 集电极 图 三极管 8550 （ 3） 点阵行驱动模块 单片机 P1口低 4位输出信号对 16行点阵进行驱动，信号经 4/16线译码器 74LS154译码后生成 16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。 一条行线上要带动 16列的 LED进行显示，按每一个 LED器件 20mA电流计算， 16个 LED同时浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 14 发光时，需要 320mA 电流，选用三极管 8550 对电流进行放大从而满足需求。 图 为行驱动模块。 图 74LS154 行驱动模块 浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 15 4 系统软件设计 点阵显示原理 16 16点阵 LED基本显示原理 图 16 16点阵显示字体 图 汉字显示顺序 在 UCDOS中文宋体字库中，每一个字由 16行 16列的点阵组成显示 ，如图。 如果用 8位我们以 UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 16列的点阵组成显示。 即国标汉字库中的每一个字均由 256点阵来表示。 我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。 事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在 256像素范围内的任何图形。 我 们以显示汉 字 的 89C51单片机控制 [17]，由于单片机的总线为 8位一个字需要拆分为 2个部分。 一般我们把它拆分为 左边 和 右边 ， 左边 由 16 8点阵组成， 右边 也由 16 8点阵组成。 在本例中单片机首先显示的是左上角的第一 行 的 左 半部分 ，即第 一 列的 AH口。 方向为 A到 H ,显示汉字“ 家 ” 时， F、 G点亮 ,由 左 往 右 排列，为 A灭， B灭 , C灭 , D 灭 , E灭 , F亮 ,G亮 , H灭。 即二进制 11111001转换为 16进制为 F9h.。 左边 第一 行 完成后，继续扫描 右边 的第一 行 ，即从 I向 P方向扫描，从上图可以 看出 ， 为 I灭， J亮 , K灭 , L灭 , M灭 , N灭 ,O灭 , P灭。 即二进制 10111111转换为 16进制为 BFh。 接着再显示第二行左边部分，后右边部分，依次类推 ，如图。 按照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描 32个 8位，可以得出汉字“家” ，它的扫描代码为： F9, BF, C7, AF, F7, B7, F7, B7 F7, BF, 00, 01, F7, BF, F7, B7, F1, D7, C7, CF, 37, DF, F7, AF, F6, 6D, F7, F5, D7, F9, EF, FD 由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像， 都可以用这个方法来分析出它的扫描代浙江林学院天目学院本科生毕业设计（论文） 16 码从而显示在屏幕上。 这种显示效果就是下面程序中的卷帘出的显示效果。 16 16点阵 LED显示屏上滚屏 显示原理 在 ，在 UCDOS中文 宋体字库中，每一个字由 16 行 16列的点阵组成显示。 如果要在 16 16点阵屏以上滚屏的方式显示以字体，则需以以下方式进行显示。 在 16 16点阵屏中，我们可以把点阵屏看成 16行 LED组成，且每行有 16个 LED灯。 在本例中单片机首先将第二行的显示信息给第一行，使第一行显示图像变成第二行所要显示的。 以“我”字为例，原第一行由。