第一篇：点阵实验报告
1.实验目的
（1）掌握LED16X16点阵显示与单片机接口的方法；
（2）了解LED16X16点阵显示的基本原理与功能；
（3）掌握LED16X16点阵显示软件编程方法。
2.点阵显示简介
汉字显示屏到处可见，被广泛应用于汽车报站器，广告屏等。本文中的16*16LED显示屏是采用4块8*8LED合并而成的，实验介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，采用了16×16的点阵模块，汉字显示的原理我们以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。
LED阵列的显示方式是按显示编码的顺序，一行一行地显示。每一行的显示时间大约为4ms,由于人类的视觉暂留现象，将感觉到8行LED是在同时显示的。若显示的时间太短，则亮度不够，若显示的时间太长，将会感觉到闪烁。本文采用低电平逐行扫描，高电平输出显示信号。即轮流给行信号输出低电平，在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态，其它行都处于熄灭状态。
3.点阵屏有两个类型，一类为共阴极（左），另一类则为共阳极（右），下图给出了两种类型的内部电路原理及相应的管脚图.系统电路设计
（1）单片机系统及外围电路
单片机采用MSC-51 或其兼容系列芯片，采用24MHZ 或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。P1 口低4 位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5～P1.7 口则用来发送控制信号。P0 口和P2口空着，在有必要的时候可以扩展系统的ROM 和RAM。（2）列驱动电路
列驱动电路有集成电路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列数据的同时，传送下一行的列数据，既达到重叠处理的目的。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，否则为高组态。SCLR 信号是移位寄存器清零输入端，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。但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。（3）行驱动器
单片机P1 口低4 位输出的行号经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LED 器件20MA 电流计算，16 个LED 同时发光时，需要320MA 电流，选通三极管8550作为驱动管可满足要求。
5.LED16X16点阵显示的基本原理
为了让大家更清楚的理解点阵的扫描过程，在这我们以显示汉字“计”为例，来说明其扫描原理：
单片机首先由P2口输出显示数据信号给右部分的第一行如图9所示，即第一行的P20---P27口。方向为P20到P27 ,显示汉字“计”时，P22点亮,由左到右排，为P20灭，P21灭, P22亮，P23灭, P24灭, P25灭, P26灭, P27灭。即二进制00000100，转换为16进制为 0x05。
右部分的第一行完成后，继续扫描左半部的第一行，为了接线的方便，我们仍设计成由左往右扫描，即从P00向P07方向扫描，从上图可以看到，这一行没有LED亮，均灭，即为00000000，16进制则为0x00。然后单片机再次转向右半部第二行，仍为P22点亮，为00000100，即16进制0x05。这一行完成后继续进行左半部分的第二行扫描，P03点亮，为二进制00001000，即16进制0x09 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，6.LED16X16点阵显示软件编程如下
#include
0x02,0x02,0x42,0x33,0x00,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x02,0x02,0x06,0x02,0x00，0x00,0x00,0x00,0xFE,0x04,0x08,0x10,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00，/*“算”,*/
0x10,0x20,0xC0,0x5F,0x75,0x55,0x55,0x35,0xD5,0x55,0x75,0x5F,0x40,0x40,0x00,0x00，0x10,0x10,0x11,0xD2,0x7C,0x50,0x50,0x50,0x50,0x50,0x7F,0xD0,0x10,0x30,0x10,0x00，/*“机”, */ 0x08,0x08,0x0B,0xFF,0x09,0x08,0x00,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x7F,0x20,0x00,0x00,0x00，0x20,0xC0,0x00,0xFF,0x01,0x82,0x04,0xF8,0x00,0x00,0x00,0xFC,0x02,0x02,0x0E,0x00, void delay(unsigned int i){ unsigned int j,k;for(k=0;k y=_crol_(y,1);//位码左移,显示左移效果 } c=0;y=0x01;while(counter2<0x08)//描扫右8列 { counter2++;pc8255=table[x];//输出右半字的上半字段码 temp=0x10+x;P1=table[temp];//输出右半字的下半字段码 x++;temp=x;temp=temp&0x0f;if(!temp){temp=0x10+x;x=temp;} c=0;tp=~y;pb8255=tp;//依次选中右半字的各列 d=70;while(d--){};pa8255=0xff;pb8255=0xff;y=_crol_(y,1);//位码左移,显示左移效果 } } } x1++;temp=x1;temp=temp&0x0f;if(!temp){temp=0x10+x1;x1=temp;} //显示完一个字后取下一个字的字模 } while(x!=16*16*2);} } 7.实习总结 通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED 的发光原理和LED 显示屏的原理，了解了LED 的现状，清楚地了解了LED 显示屏与其它显示屏相比较有那些 优点，明确了研究目标.总结这次实习，遇到一些问题，如显示时间的长短，显示时间短，会出现亮度不强，显示时间长，会出现闪烁，只有合理选择时间，才可出现理想的结果。通过这次实习，使我受益匪浅，只有自己动手才可发现问题，解决问题、、、、8.参考文献 （1）《单片机原理及接口技术》 胡汉才 2010年第三版（2）《51单片机C语言编程》 郭天祥 （3）《单片机技术实验实训教程》 周越 中国水利水电出版社 2009年（4）《Protel电路设计与制版宝典》 赵建 电子工业出版社 2009年（5）《单片机技术与应用》 东南大学出版社 郭建江 16*16点阵式广告牌报告 组员：赵泽翔 班级：圆方1301 指导老师：夏敏磊 童景哲 王诵鉴 一、设计思路 此次点阵是16*16规格，用红色LED逐个焊在板子上，行驱动用74hc138芯片，列驱动用74hc595芯片，中央控制器用89c51芯片。 二、MCU—89c51 三、74HC138驱动模块 74HC138 原理图 真值表： 软件设计思路:两块74C138直接A、B、C口直接接单片机的P2前3个口，利用P2.3和P2.4分别控制两块138芯片的使能端，设置单片机初始是0x80，这样第一块芯片就能运行了，当数值加到0x10时就能控制第二块芯片，利用row++；P2=row；这样就能实现行扫描。 四、595驱动模块 74HC595简单说明 74hc595模块原理图 74ls595能实现串行输入并行输出的功能，利用这一功能直接将模传输进去，就能实现列的扫描。 void send(unsigned int lie4data) //74ls595传输子程序 { unsigned int i;//列 for(i=0;i<8;i++){ SH_CP=0;DS=(lie4data&0x80)>>7;lie4data=lie4data<<1;SH_CP=1;} } 五、点阵 使用256个红色LED焊在板子上，红色led的电压、电流承受能力有点低，和绿色的没法比，不过红色的led比较好看。所以我们选用红色LED。 六、主程序 void main(){ while(1) { unsigned char n;// unsigned char row=0x07; unsigned int c; unsigned char a; for(c=0;c<=37*16;c++){ for(a=0;a<=v;a++){ // row=0x07; for(n=0;n<16;n++) { ST_CP=0; send(lie1[2*n+2*c]); send(lie1[2*n+1+2*c]); P2=row[n];// row++;// P2=row; ST_CP=1; //扫描行列 } delay(); } } } } 七、总结 这次点阵的实验耗费了我大量的时间，并且通宵焊板子焊了好几夜，通宵写程序写了好几夜，程序全部是自己写的，脑袋都快想破了，真想不出那些人是怎么把那些无线、彩屏那些程序写出来，经过这次党的点阵实验，我觉的自己效率太低，写了两个月的程序才把他写出来，虽然全是自己写的，不过感觉两个月的时间可以给我学到很多别的知识，最后只学到点阵这一块知识点，哎。说起点阵，这点阵之路也是很坎坷的，开始想做32*16的，结果变成16*16，后来说点阵的pcb画不出，把点阵改成8*8的，我越想越生气，最初的梦想还有吗？当天晚上就焊了256个小灯的16*16点阵，然后是画驱动的pcb，总共腐蚀了4遍，改了4遍的pcb图，最后我把驱动的板子调出来，由于16*16点阵板经常有人好奇的拿起来看，所以也不知是谁，把我的点阵板中烧了2个led，查了一个晚上才查出是点阵的问题并把其中的2个led补上去。程序的话，写了一个月，期间跟傻子没什么两样，一大早起来，想到程序这样可能回对，飙车到实验室，一试没用，这样的情况有过10几次，记得自动控制考试的时候，刚开始考试，就想到程序可能是这样写的，结果考试都没有心情了，还没做完就直接交卷跑了，电力电子考试也是这样，结果两次都不能用，把我打击的不像样子了，不过在我最后的一次通宵的晚上，终于把点阵的程序搞定了。不过当我把驱动板调出来，并接上点阵时，效果和预想的一样的时候，我的脸上并没有露出久违的笑容，而是淡淡的送了口气，本 来我以为自己会哈哈大笑的，可能花的心血太多了吧，成功已是预料之内的事了吧。 基于单片机的Led点阵广告牌设计 目录 LED概述.........................................................................3 1.1 LED电子显示屏概述......................................................3 1.2 LED电子显示屏的分类...................................................3 2 显示原理及控制方式分析.................................................4 2.1 LED点阵模块结构.........................................................4 2.2 LED 动态显示原理.......................................................4 2.3 LED常见的控制方式.....................................................5 3 硬件电路设计..................................................................7 3.1 系统硬件概述..............................................................7 3.2 16×16LED点阵显示制作..............................................8 3.2.1 16×16LED点阵的内部结构及工作原理......................8 3.2.2 用8×8LED点阵构成16×16LED点阵..........................9 3.3主控单片机的接口说明.................................................11 3.4 LED显示驱动电路.......................................................11 4 字模生成.......................................................................13 4.1 字模简介...................................................................13 4.1.1 LED显示屏领域字模实现技术...................................13 4.1.2 软件控制系统字模提取的分析与设计.........................13 4.2 字模存储技术.............................................................14 4.3 字库生成...................................................................14 5软件设计........................................................................16 5.1 程序设计总体思路和结构..............................................16 5.1.1 程序设计总体思路.................................................16 5.1.2 程序流程图...........................................................16 5.2 各模块程序设计..........................................................17 5.2.1 系统初始化...........................................................17 5.2.2 LED动态显示........................................................17 5.2.3 汉字显示的原理....................................................17 6系统功能测试..................................................................19 6.1 单元模块电路测试.......................................................19 6.2 系统整体功能测试.......................................................19 总结.................................................................................20 致谢.................................................................................21 参考文献...........................................................................22 附录.................................................................................23 引 言 LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。 多个 LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16 点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。 LED点阵显示具有如下特点： （1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。 （2）效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。（3）适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。 （4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。 （5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。（6）对环境污染：无有害金属汞。 （7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。 由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：（1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。 （2）、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%—25%，显示屏幕可分为单色和彩色。 （3）、照明应用：便携灯具，汽车用灯，特殊照明。由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。以及投影仪用RGB光源。 LED概述 1.1 LED电子显示屏概述 LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，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。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、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。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。1.2 LED电子显示屏的分类 按颜色分类： 单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 按显示器件分类： LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。按使用场合分类： 室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。按发光点直径分类： 室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。 显示原理及控制方式分析 2.1 LED点阵模块结构 八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。LED点阵规模常见的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。 根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。 图2.1示出最常见的8×8单色LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图2.1 8×8单色LED模块内部电路 LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号．如5x7点阵显示器用于显示西文字母．5×8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。2.2 LED 动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。 以8×8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2.1中，红色水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1……X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。 在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。 现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图2.2 图2.2 用动态扫描显示字符“B”的过程 2.3 LED常见的控制方式 目前常见的是并行传输方式（见附录1.1），通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示，各8位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的优点是传输速度快，对微控制器（MCU）的通信速度要求较低。但是这种方案最大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。每增加一个16×16点阵的全角汉字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线冗余量。再一个缺点是，每个单元的PCB随着安放位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。并行传输需要的芯片较多，因此市场上已经出现用FPGA,CPLD等高密度可编程逻辑器件（PLD）来取代传统锁存器IC的方案。成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。因此，并行传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。 随着广告屏显示内容的多媒体化，对控制器传输速度，运算能力的要求越来越高。因此控制器的种类也在不断发展以适应要求，从最初的8051单片机，到PIC单片机，又到FPGA，直到现在的ARM处理器。不同功能档次的广告屏对应着不同的处理器。 一．以传统8051单片机为控制器的LED显示屏。因受到单片机运算速度及通信速率的限制，LED动态显示的刷新率不可能做得太高。对显示效果和移动算法的处理也比较吃力，在实际显示效果上有比较明显的闪烁感。除此之外，传统8051单片机的内部资源贫乏，仅128字节的数据存储器，几K字节的程序存储器，无E2PROM，SPI。这就需要对单片机扩展外设，无疑增加了硬件成本。因此，8051控制的条屏只能用于显示内容及其简单，不需要经常更改显示内容的场合。 二．以PIC单片机为控制器的LED显示屏。因PIC单片机是RISC架构的工业专用单片机，处理指令的速度有所增加，抗干扰能力优秀，型号种类繁多。作为条屏的控制器，可以明显的改善显示效果，同时PIC单片机内部的资源较丰富，可节省外部电路设计难度，同时降低了硬件成本。因此，以PIC单片机为控制器的条屏目前仍是单色条屏市场的主流。 三．以FPGA（复杂可编程逻辑门阵列）为控制器的LED显示屏。FPGA以高速、并行著称。是近年来新兴的可编程逻辑器件。用他作为LED显示屏的控制器，能够高速的处理色阶PWM信号、高速的完成动态扫描逻辑、高速的完成字符移动算法。因此被运用于双基色、三基色的显示系统。但是其成本较高，开发难度较大。 四．以ARM（32位RISC架构高性能微处理器）为控制器的LED显示屏。ARM有着极高的指令效率，极高的时钟频率。因此其运算能力非常强大，内部资源也十分丰富，极大的简化了硬件设计的难度，缩短了开发周期。在条屏的运用中，能用ARM来实现花样繁多的显示方式，以及高色阶，多像素的全彩屏驱动。ARM与FPGA的组合更是功能强大，除了海量存储技术，无线更新技术外，还能实时地显示视频信号。因此，以ARM为控制器的显示屏常为视频全彩屏。 硬件电路设计 3.1 系统硬件概述 整个电路由单片机89C51，8个74LS373，1个74HC154，1个74LS138,4个16×16的LED。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要4个16×16 LED点阵模块，可组成16×64的条形点阵。 AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51引脚即外观如图3.1所示。 图3.1 AT89C51的管脚图 译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，74LS138的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门，74LS138与前面不同，其有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。发光二极管点亮只须使其正向导通即可，根据LED的公共极是阳极还是阴极分为两类译码器，即针对共阳极的低电平有效的译码器；针对共阴极LED的高电平输出有效的译码器。 74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器，内有8个相同的D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。工作原理：74LS373的输出端O0—O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0—O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0—O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。74LS373引脚即外观如图3.2所示 图3.2 74LS373引脚图 74HC154为 4 线－12 线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制 编码在一个对应的输出端，以低电平译出。若将 G1 和 G2 中的一个作为数据输入端，由 ABCD 对输出寻址，还可作 1 线－16 线数据分配器。工作环境温度为0～70℃，对社会的要求非常适合。 LED,50年前人们已经了解半导体材料可产生光 线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧7树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯线的 作用，所以LED的抗震性能好该电路的显示采用逐行扫描方式。工作时，由单片机取出第一行需要显示的内容经延时一段时间后再进行下一行点阵数据的显示。需要注意的是，每次只能选通一行数据，即要通过不断的逐行扫描来实现汉字或字符的显示。3.2 16×16LED点阵显示制作 3.2.1 16×16LED点阵的内部结构及工作原理 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。即国家标准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。这里我们以“高”字说明，如图3.3所示。 图3.3 16*16LED汉字显示 用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般把它拆分为上部和下部，上部由8×16点阵组成，下部也由8×16点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00—p07口。方向为p00到p07 ,显示汉字“高”时,p02点亮,由上往下排列,为p0.0 灭，p0.1 灭, p0.2 灭, p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 亮,p0.6灭,p0.7 灭。即二进制00000100，转换为16进制为 04h。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方 便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫 描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，16进制则为00h。然后单片机转向上半部第二列，仍为p01点亮，为00000100，即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p20点亮，为二进制00000010，即16进制02h.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“高”的扫描代码为：02h，00h，01h, 04h,0FFh,0FEh, 00h, 00h，1Fh,0F0h, 10h, 10h, 10h, 10h, 1Fh,0F0h，00h, 04h, 7Fh,0FEh, 40h, 04h, 4Fh,0E4h，48h, 24h, 48h, 24h, 4Fh,0E4h, 40h, 0Ch。 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码从而显示在屏幕上。不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，就不必自己去画表格算代码了。 3.2.2 用8×8LED点阵构成16×16LED点阵 Proteus中只有5×7和8×8等LED点阵，并没有16×16LED点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个汉字，则至少需要16×16点阵。下面我们就首先介绍使用8×8点阵构建16×16点阵的方法，并构建一块16×16LED点阵，用于本例的显示任务。 首先，从Proteus7.1的元件库中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件，并将四块该元器件放入Proteus文档区编辑窗口中。此时需要注意,如果该元器件保持初始的位置（没有转动方向），我们要首先将其左转90°，使其水平放置，那么此时它的左面8个引脚是其行线，右边8个引脚是其列线（当然，如果你是将右转，则右边8个引脚是行线）。然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行16个LED，列线也相同。并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。连接好的16×16点阵如图3.4所示。 成如上图的16×16点阵只是第一步，这样分开的数块并不能达到好的显示效果,下面我们要将其进一步组合。组合实际上很简单，首先选中如上图中右侧的两块8×8点阵，然后拖动并使其与左侧的两块相并拢，如图3.5所示。 图3.4 点阵模块组合 图3.5 可以看到原来的连线已经自动隐藏了，至于线上的交点，我们不要去动。然后，我们再来最后一步，选中下侧的两块点阵，并拖动使其与上侧的两块并拢,最后的效果如图3.6所示。看到,原来杂乱的连线现在已经几乎全部隐藏了，一块16×16的LED点阵做成了。需要注意，做成的LED点阵的行线为左侧的16个引脚，下侧的16个引脚为其列线，而且其行线为高电平有效，列线为低电平有效。然后，我们将其保存，以便以后使用。 图3.6 3.3主控单片机的接口说明 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复制用口，作为输入口时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写入“1可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令节，而在程序校检时，输出指令字节，校检时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。Flash编程和程序校检期间，P1接收低8位地址。 P2口:P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问外部数据存储器或16位地址的外部数据存储（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程和校检时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。 P3口：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作输入端口，作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻，输出电流I。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校检的控制信号。 RST:复位输入，当震荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于所存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE乃以时钟振动频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 3.4 LED显示驱动电路 LED显示驱动电路如图3.7所示。 图3.7 显示驱动电路图 字模生成 4.1 字模简介 文字的字模是一组数字，但它的意义却与数字的意义有着根本的变化，它是用数字的各 [1]位信息来记载英文或汉字的形状。 在电脑硬件中，根本没有汉字这个概念，也没有英文的概念，其认识的概念只有——内码(将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码)。如果你用启动盘启动系统后用DIR命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那确确实实是汉字，如果你启动UCDOS或其他的汉字系统后，就会看到那是一个个熟悉的汉字。在硬件系统内，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在没有进入系统的CMOS里，也可以让你看到英文字符。而在DOS下，中文的字模信息一般记录在汉字库文件里(将制作好的字模放到一个个标准的库中，这就是点阵字库文件)。 4.1.1 LED显示屏领域字模实现技术 在通过软件实现的技术中，目前有许多字模生成软件，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。在通过硬件实现字模提取的技术中，有在单片机系统中增加硬汉字库的方法，主控器发送的汉字是其机内码，用两个字节来表示一个汉字。根据机内码，显示单元控制模块从汉字库中查取显示字模，实现汉字显示。由于带有硬汉字库，进行动态文字显示时，通用智能显示单元仅接受汉字的机内码即可，这样数据通讯量大大减少。因此，“动态文字显示速度快”。4.1.2 软件控制系统字模提取的分析与设计 而在LED显示屏控制系统具体应用的Windows操作系统下如何提取字模信息是设计的核心。软件控制系统在实际编辑过程中，要求各种字体、字号的文字都能被编辑、保存。所以系统在设计时，把文本区理解为由众多的象素点构成，而把不同字体、字号的文字理解为一幅图像。因为所开启的文本区大小与LED显示屏的大小对应，所以采用16×16点阵为单位，把文本区内的每个像素点都看成一个二维数组，由于系统中各种颜色都有对应的值，赋予每个不同颜色的像素点不同的对应值，再把每个点赋予一个int型的值，这样保存下来的信息就是二进制数据。通过这样的设计，我们不仅可以把任何字型，任何大小的文字保存下来，还可以显示以256个像素点阵为单位的任何图形。在软件控制系统中实现字模的提取，也就避免了在单片机中加载硬汉字库模块，从而简化了硬件模块的设计。以下以单色屏为例，介绍系统采用字模保存的算法设计： 定义COLORREF zimo_ color为像素点的颜色，判断某个点的颜色值。如果值为Oxffffff，说明此点为白色，赋予此点值0。由于单色屏只有红色和不显色两种，所以可以简单赋值为除白色外其余点赋值为1 CClientDC dc(this); CFile myfile;unsigned int zimo[192] [384]={0};unsigned char zimo_data[192][48]={0}; COLORREF zimo_color; int row, col; this->HideCaret(); for(row=0;row<192;row++){ for(col=0;col<384;col++){ zimo_color=do.GetPixel(col, row); if(zimo color = =Oxffffff) {zimo [row] [col]=0;}else {zimo [row] [col]=1;}}} 定义unsigned int zimo[192][384]={0};//文本区像素点 以8位为一字节(因为在随后的串行通讯中，传输的数据是8位的二进制数据)定义 unsigned char zimo_data[192][48]={0} 4.2 字模存储技术 目前使用最广泛的技术是，通过上位机软件将待显示的字符串转换为对应的点阵字模数 2据，通过烧写的方式将这些字模数据按一定的顺序编址后存储在EPROM中。在条屏显示的2过程中按规定的方式取出EPROM中的字模数据进行处理。对于一个16×16点阵的汉字字模 2数据，需要连续32字节的EPROM空间来存储。照此计算，若有256个需要显示的字符，则 2至少需要32B×256=8192字节（8KB）的EPROM存储空间。通常的单片机内部没有集成这么22大容量的EPROM。因此这种方案，需要在单片机外部扩展大容量的EPROM，增加硬件成本。上位机程序设计由于涉及到汉字取模，取模算法的难度较大。在多字下载的时候传输时间也较长。诸多弊端使本设计放弃了传统方案。而本设计创新使用了专用的点阵字库芯片，成本仅为8元，内含各种点阵规格的GB2312、ASCII等标准字库。专用字库芯片采用微型SO-8封装，使用高速同步串行SPI接口进行读写操作，节省了控制器的I/O。在本设计中，单片2机内部的小容量EPROM，用于存储待显示汉字的GB2312标准机内码，每个全角字符的内码 2占2字节，则在同样需要显示256个汉字的情况下，这种方案仅占用512字节的EPROM空间 4.3 字库生成 因为本设计中为行扫描，列输入，所以“魏”的自摸代码为： DB 49H,40H,4AH,51H,4CH,6AH,7FH,0C4H,4CH,4AH,8AH,71H,88H,42H,3FH,84H DB64H,98H,0A5H,0E0H,3EH,0BEH,24H,81H,24H,89H,7FH,81H,20H,07H,00H,00 “佳”字代码为： DB 01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFH,0E2H,02H,12H,22H,12H,22H,12H,22H DB 12H,22H,0FFH,0FEH,12H,22H,12H,22H,32H,62H,16H,26H,02H,02H,00H,00H “锋”字代码为： DB 01H,40H,02H,40H,0EH,40H,0F3H,0FEH,12H,44H,12H,48H,09H,00H,11H,28H DB 0F2H,0A8H,2AH,0A8H,25H,0FFH,2AH,0A8H,32H,0A8H,23H,28H,02H,00H,00H,00H 5软件设计 5.1 程序设计总体思路和结构 5.1.1 程序设计总体思路 用简短的汇编程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上从左到右的滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示子程序和串行口中断程序。用AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154芯片和4个16×16LED点阵显示器构成一个完整的16位点阵LED显示系统。5.1.2 程序流程图 程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图如图5.1所示。 图5.1 单片机汉字显示程序流程图 5.2 各模块程序设计 5.2.1 系统初始化 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH LJMP TIME0 ORG 0030H START:MOV R1,#00H MOV R2,#00H MOV R3,#00H MOV R4,#00H MOV R5,#00H 5.2.2 LED动态显示 显示要求汉字在显示屏上按从左到右的顺序一个个的出现。设计时可采用如下方法：首先将LED显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即 LED显示空白，然后每间隔一个“软定时器”设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个汉字点阵数据并进行扫描显示，这样就可达到动态显示的效果。实现LED从左向右移动显示程序： TIME0:INC R5 CJNE R5,#3,NEXT MOV R5,#0 INC DPTR INC DPTR INC R1 CJNE R1,#144,NEXT MOV R1,#0 MOV DPTR,#TAB NEXT: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H RETI 5.2.3 汉字显示的原理 我们以中文宋体字库为例，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。LED点阵汉字显示程序： MAIN: MOV P1,R2 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A INC R3 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A INC R3 MOV P3,R4 LCALL DELAY1MS INC R2 CJNE R2,#16,MAIN MOV R2,#0 INC R4 CJNE R4,#3,MAIN MOV R3,#0 MOV R4,#0 LJMP MAIN 6系统功能测试 6.1 单元模块电路测试 在proteus仿真软件中运行测试AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154等芯片和LED显示器均能正常运行并完整的显示出了我所要的效果。所以各个模块功能正常。6.2 系统整体功能测试 在仿真软件proteus中运行测试系统整体功能，一切正常。实现了汉字的左移滚动显示，完整的显示出了“陕西理工学院”浮动汉字。 图6.1 单片机汉字显示系统测试图 总结 在本设计中我用简短的汇编程序在LED显示屏实现了汉字的左移滚动显示。在设计中采用的芯片有AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154和4个16×16LED点阵显示器。其特点：1.内容能从右向左浮动显示。2.硬件结构简单，应用广泛。3.LED数码管动态扫描显示，工作效率高，价格低廉等。 通过本次(64×16位点阵LED)的设计，理论知识学习和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。为后继的学习和工作奠定的基础。 致谢 在完成此设计过程中，我曾多次去找我的指导老师，李建忠老师，每次在遇到实验中遇到困难或者程序看不懂的时候，我都去找李老师，不管上班下班时间，李老师每次都不厌其烦，不辞辛苦的给我细心讲解指导，我才能在实验室完成实验，在写论文过程中老师也给了我很大帮助，在此，我由衷的对李老师对我的指导和教育。 参考文献 [1]李建忠编著.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002 [2]李群芳，肖看编著.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，2005 [3]于海生编著.微型计算机控制技术.北京：清华大学出版社，2008 [4]戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第3版).北京：清华大学出版社，2008 [5]江晓安，董秀峰编著.数字电子技术(第二版).西安：西安电子科技大学出版社，2005 附录 附录：源程序代码 ORG 0000H;初始化 AJMP START ORG 000BH LJMP TIME0 ORG 0030H START:MOV R1,#00H MOV R2,#00H MOV R3,#00H MOV R4,#00H MOV R5,#00H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV IE,#82H SETB TR0 MOV DPTR,#TAB;================ MAIN: MOV P1,R2;单片机输出 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A INC R3 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A INC R3 MOV P3,R4 LCALL DELAY1MS INC R2 CJNE R2,#16,MAIN MOV R2,#0 INC R4 CJNE R4,#4,MAIN MOV R3,#0 MOV R4,#0 LJMP MAIN;=============== TIME0:INC R5;移动显示 CJNE R5,#3,NEXT MOV R5,#0 INC DPTR INC DPTR INC R1 CJNE R1,#144,NEXT MOV R1,#0 MOV DPTR,#TAB NEXT: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H RETI;================ DELAY1MS:MOV R7,#2;延时 DEL: MOV R6,#250 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DEL RET;================ TAB:;DB 000H,000H,01FH,0FCH,010H,000H,025H,000H,03BH,004H,000H,048H,00AH,050H,009H,060H;陕 ;DB 07FH,0C0H,010H,0A0H,012H,090H,014H,088H,000H,08CH,000H,004H,000H,004H,000H,000H DB 00H,00H,7FH,0FFH,44H,20H,5AH,10H,61H,0E1H,10H,82H,14H,84H,12H,88H DB 10H,0B0H,0FFH,0C0H,10H,0B0H,12H,88H,34H,86H,11H,83H,00H,82H,00H,00H DB 000H,000H,003H,000H,002H,0F8H,022H,010H,022H,050H,03FH,090H,022H,010H,022H,010H DB 07FH,090H,044H,090H,044H,090H,004H,00CH,004H,030H,007H,0C0H,000H,000H,000H,000H DB 000H,010H,011H,010H,011H,020H,01FH,0E0H,022H,048H,000H,048H,038H,008H,027H,048H DB 025H,048H,03FH,0F0H,04AH,090H,042H,090H,07EH,010H,000H,010H,000H,000H,000H,000H DB 000H,000H,000H,010H,000H,010H,000H,010H,008H,010H,008H,010H,008H,010H,00FH,0E0H DB 010H,020H,010H,020H,010H,020H,000H,020H,000H,020H,000H,020H,000H,000H,000H,000H DB 000H,000H,003H,020H,00EH,020H,044H,020H,024H,020H,005H,020H,04AH,024H,02AH,0C2H DB 00BH,07CH,01AH,040H,0E8H,040H,008H,040H,00CH,040H,008H,000H,000H,000H,000H,000H DB 000H,000H,03FH,0FCH,022H,000H,02DH,004H,033H,008H,004H,010H,018H,0A0H,00AH,0C0H DB 052H,080H,035H,0F8H,015H,004H,011H,004H,018H,004H,000H,038H,000H,000H,000H,000H DB 02H,00H,02H,00H,42H,00H,33H,0FEH,00H,04H,02H,08H,02H,10H,02H,00H DB 02H,00H,0FFH,0FFH,02H,00H,02H,00H,02H,00H,06H,00H,02H,00H,00H,00H DB 10H,10H,20H,10H,0C0H,11H,5FH,0D2H,75H,7CH,55H,50H,55H,50H,35H,50H DB 0D5H,50H,55H,50H,75H,7FH,5FH,0D0H,40H,10H,40H,30H,00H,10H,00H,00H DB 08H,20H,08H,0C0H,0BH,00H,0FFH,0FFH,09H,01H,08H,82H,00H,04H,3FH,0F8H DB 20H,00H,20H,00H,20H,00H,7FH,0FCH,20H,02H,00H,02H,00H,0EH,00H,00H DB 24H,08H,24H,10H,24H,60H,25H,80H,7FH,0FFH,0C5H,00H,44H,80H,00H,40H DB 24H,40H,12H,40H,00H,40H,0FFH,0FFH,00H,80H,01H,80H,00H,80H,00H,00H DB 02H,20H,0CH,20H,88H,20H,69H,20H,09H,20H,09H,22H,89H,21H,69H,7EH DB 09H,60H,09H,0A0H,19H,20H,28H,20H,0C8H,20H,0AH,60H,0CH,20H,00H,00H DB 00H,10H,00H,10H,00H,10H,0FFH,10H,11H,10H,11H,10H,11H,10H,11H,10H DB 11H,10H,11H,32H,11H,11H,11H,02H,33H,0FCH,11H,00H,00H,00H,00H,00H DB 08H,20H,08H,22H,08H,41H,0FFH,0FEH,08H,80H,08H,01H,11H,81H,11H,62H DB 11H,14H,0FFH,08H,11H,14H,11H,64H,31H,82H,10H,03H,00H,02H,00H,00H DB 04H,08H,04H,08H,04H,10H,04H,20H,04H,40H,04H,80H,05H,00H,0FFH,0FFH DB 05H,00H,44H,80H,24H,40H,34H,20H,04H,10H,0CH,18H,04H,10H,00H,00H DB 49H,40H,4AH,51H,4CH,6AH,7FH,0C4H,4CH,4AH,8AH,71H,88H,42H,3FH,84H DB 64H,98H,0A5H,0E0H,3EH,0BEH,24H,81H,24H,89H,7FH,81H,20H,07H,00H,00H DB 01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFH,0E2H,02H,12H,22H,12H,22H,12H,22H DB 12H,22H,0FFH,0FEH,12H,22H,12H,22H,32H,62H,16H,26H,02H,02H,00H,00H DB 01H,40H,02H,40H,0EH,40H,0F3H,0FEH,12H,44H,12H,48H,09H,00H,11H,28H DB 0F2H,0A8H,2AH,0A8H,25H,0FFH,2AH,0A8H,32H,0A8H,23H,28H,02H,00H,00H,00H END 毕业设计（论文）开题报告 题 目 基于单片机的 led点阵显示系统的设计 二〇一二年十二月 开题报告填表说明 1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。 2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。 4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。 5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作。篇二：led点阵显示系统开题报告 电气与信息学院 毕业设计（论文）开题报告 《基于单片机的led点阵显示系统设计》开题报告 一、课题的目的和意义 1、研究目的（1）运用51系列单片机控制技术，编写程序，通过程序控制led的显示，使led显示能够固定，平移，左右跑马，垂帘等多种显示功能，达到熟练使用c51语言进行单片机编程的目的。 （2）以89c51单片机为主要芯片，通过与译码器芯片、行列驱动器件及周围辅助电路的连接，形成硬件电路，并用dxp2004绘制出电路原理图与pcb图。通过设计，达到熟练使用dxp绘图的目的，同时锻炼动手能力，并对51系列单片机熟练应用。 2、研究意义 led是取自 light emitting diode 三个字的缩写，中文译为“发光二极管”，顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件具有二极管的特性。 八十年代以来出现了组合型ied点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，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。点阵显示器有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等。led点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等多种。目前，在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用led点阵显示图形和汉字。led行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，led显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，led显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。 二、文献综述 发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件具有二极管的特性。目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生。除此之外还有在蓝光 led 上涂上荧光粉将 蓝光转化成白光的白光led。 制造led的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制led所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历史上第一个led所使用的材料是砷(as)化镓(ga),其正向pn结压降(vf，可以理解为点亮或工作电压)为1.424v，发出的光线为红外光谱。另一种常用的led材料为磷(p)化镓(ga)，其正向pn结压降为2.261v，发出的光线为绿光。在实际使用中，led显示屏这种主动发光体一般采用cd／平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外led显示屏须达到4000cd／平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内led，最大亮度在700～2000 cd／平方米左右。当多个led较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据led视角和led的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。 常见的led点矩阵显示器有5* 7、5* 8、8*8等3种阵型。高度有17.78mm、30.48mm,35.56mm,50.80mm,60mm,42mm等多种。尺寸有小到只有0.7英寸的757，也有大到4英寸的4085，最常见的是约2英寸的2057、2058及2088品种。其中5*7阵型主要用于西文显示，5*8阵型用于中西文显示，8*8阵型主要用于中文显示，也可用于西文显示，这几种阵型都可显示图形。l ed 已经有近30 年的历史, 广泛应用于指示灯, 大屏幕显示等, 1996 年l ed 在全世界的销售额已达几十亿美元。由于l ed 具有使用寿命长, 能经受较强的冲击和震动, 可靠性高、工作电流小, 可与数字电路兼容等许多优点, 一直受到研究开发人员的重视。l ed 大屏幕电子显示屏在国内外已被普遍采用。同其它显示媒体相比, 它具有显示内容丰富、动态范围广、画面生动、无污染、寿命长、亮度高、效果好等显著优点, 是目前性能价格比最高的显示媒体。 三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题 1、研究内容 （1）研究单片机i/o接口的扩展与led的行列驱动方式。 （2）以89c51芯片为主体，与行列驱动芯片、译码器及其它外围电路结合进行电路图设计与pcb图绘制。 （3）研究led点阵显示的原理，并用c51语言进行软件编程。 （4）通信电路的设置。（5）在线调试仿真，以达到所需结果。 2、研究途径 收集资料和文献，系统学习led点阵显示系统的原理，根据设计要求进行软件编程，并进行程序调试，仿真。设计以89c51单片机为主芯片、以rs-232作为通信设备，以74hc595做为列驱动，用三极管2n5401来作为行驱动和一片8*8led点阵显示屏来设计电路原理图和pcb。 3、技术路线 （1）首先要了解led点矩阵的结构、种类及用途，并知道led的内部结构及工作方式，最主要的是其行列驱动。 （2）选择合适的行列驱动芯片。（3）选择8位高性能单片机89c51为核心控制器控制led的显示，并设计单片机硬件和软件系统。硬件设计采用dxp2004制作原理图和印刷电路板，软件设计计划采用89c51汇编语言编程，以有效提高软件开发和维护效率。 （4）进行在线调试与仿真，使其实现led能够固定，平移，左右跑马，垂帘等多种显示功能。 4、拟解决的关键问题 （1）led点阵显示系统的硬件设计： l e d 点阵显示系统由计算机、行列驱动电路、控制电路和led点阵显示电路构成。这是完成硬件设计所必需的。在硬件设计中，最重要的是如何选择好需要的芯片，使电路达到最佳效果且成本最低。 （2）led点阵显示的原理及软件设计：本次设计的点阵led显示系统以单片机89c 5l为基础，加以外围电路，实现led显示固定、平移、左右跑马、垂帘等多种功能。在编程过程中，最重要的是明白led点阵显示的原理与单片机的通信原理，理清编程思路。 四、研究（设计）方案与进度计划安排 1、研究（设计）方案：(1)主控制器的选择方案 方案一：采用通用的51单片机at89c51作为主控制器，at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperom—falsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器。at89c2051是一种带2k字节 闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容，且价格低廉。 方案二：采用pic系列的pic17cxx单片机，其特点是速度快，所以适用于高速数字运算的应用场合中，加之它具备一个指令周期内(160ns)可以完成8×8(位)二进制乘法运算能力，所以可取代某些dsp产品。再有pic17cxx单片机具有丰富的i/o控制功能，并可外接扩展eprom和ram，使它成为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备中使用。 但在该设计中，所需存储数据和运算速度都没有太高要求，因此选用方案一。 （2）显示驱动器件的选择 方案一：采用74hc595作为列驱动，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。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。这使列数据的准备和列数据的显示可以同时进行。十分适合本设计。 方案二：采用74ls154与16个三极管来做驱动。74ls154是一个4-16译码器，它需要单片机的四个i/o口来控制，且自身不能完成驱动，需三极管来完成驱动部分。使用74ls154不仅浪费i/o口，而且使电路变得复杂，因此，应选择方案一。 2、进度计划安排 五、预期结果和创新成果 led显示能够固定，平移，左右跑马，垂帘等多种显示功能，并能够保证长时间的显示。设计开始采用16*16的led点阵屏，在此基础上进行扩展，扩大点阵显示屏，使显示屏可动态滚动显示多个字符或图案。篇三：基于单片机的led点阵显示屏的合计的开题报告 衡水学院 毕业设计开题报告 题目:基于单片机的led点阵显示屏的设计 学生姓名 : 肖霄 系 别 : 物理与电子信息系 专 业 : 电子信息工程 年 级 : 2008级 学 号 : 200840513043 指导教师 : 郭海丽 衡水学院教务处印制 毕业设计开题篇四：led点阵电子显示屏开题报告 武汉工程大学邮电与信息工程学院2011届毕业设计（论文） 开题报告 注：此表中的一、二、三项，由学生在教师的指导下填写。 报告 大作业报告 课程：单片机系统项目设计 题目：16X64LED点阵屏设计与制作 系 别 信息工程系 专 业 电子应用技术 学 号 123242**** 学生姓名 lsxc晓 任课教师 完成日期 2014/6/22 目录 1．设计内容及要求………………………………………………………………..3 2．设计方法…………………………………………………………………………..4 3．16X64LED点阵屏PCB板图设计图…………………………………………..5 4．显示字符（汉字）程序设计……………………………………………….7 5．显示汉字图片…………………………………………………………………………..9 6．总结……………………………………………………………………..9 设计题目：16X64点阵屏设计与制作 设计一个16X64 LED点阵屏，并用所设计的LED点阵屏静态或滚动显示汉字。要求完成电路原图、PCB板图的设计及制作（工厂打板），器件焊接及电路调试、汉字显示程序的编写等工作。 2．1 8X8LED点阵的结构及显示字符原理 利用PC上的8*8点阵汉字库，提取后将点阵文件存入ROM，直接利用PC中汉字内码作为单片机系统的编码。并使用外部中断和定时中断，采用74LS373作为地址锁存器。 LED阵列是将多个LED以矩阵方式排列成一个器件，其中各LED的引脚有规律的连接。我们以最常见的8×8单色LED点阵显示器为例。8×8 LED的内部电路结构和外型规格 如图1所示 图1 8X8LED点阵的结构及显示 2．2 16X16LED点阵的结构及显示汉字原理 16×16的点阵显示屏共有256个发光二极管（如图2），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，16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。 就16×16的点阵来说，我们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，先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的 时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；„„ 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。 图2 16X16LED点阵的结构 2．3 16X64LED点阵设计 本系统采用AT89C51单片机作控制器。整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。本系统场扫描驱动电路的设计可用串人并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器，8片74HC595进行级连，可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样，当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中。此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中。并在使能信号G的作用下．使串人数据并行输出。 从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大或截止状态；同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高，显然，第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号；此外，在第一行LED管点亮的同时。再在74HC595中移人第二行需要显示的数据，随后将其锁存，同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管点亮，以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，这样。只要扫描速度足够高。就可形成一幅完整的文字或图像。 我们来分析一下16*16点阵行控线，列控线。级联方法：如图四个点阵。把00，01相同的行线相连接。把10，11相同的行线相连接。把00，10相同的列线相连接。把，11相同的列线相连接。最后，00，01的列就作为16x16点阵的列控线。00，10的行就作为16x16 点阵的行控线。同理：16*64的点阵也是一样的，将同一行的所有行连在一起，同一列的所有列连在一起！（我们这次点阵用的是共阳型点阵，即行接阳极） 图3 LED显示屏接线图 74HC595介绍： 74HC595 是一款漏极开路输出的CMOS 移位寄存器，输出端口为可控的三态输出 端，亦能串行输出控制下一级级联芯片。10 脚 SCLR 移位寄存器清零端 直接接地,11 脚 SCK 数据输入时钟线 ,12 脚 RCK 输出存储器锁存时钟线,13 脚 OE 输出使能,低电平为输出有效,14脚SI数据线,串行输入数据，亦能串行输出数据到下一级级联芯片。 ME4953介绍： LED点阵显示屏驱动，当每一显示行需要的电流是比较大时，要使用行驱动管，每片4953内部有两个行驱动管，可以驱动2个显示行。其内部是两个CMOS管，1、3脚VCC，2、4脚控制脚，2脚控制7、8脚的输出，4脚控制5、6脚的输出，只有当2脚为“0”时，7、8才会输出，否则输出为高阻状态（漏极开路），只有当4脚为“0”时，5、6才会输出，否则输出为高阻状态（漏极开）。 3．16X64LED点阵屏PCB板图设计图 图4 16X64LED点阵屏PCB原理图设计 图5 16X64LED点阵屏PCB板图 要考虑PCB 尺寸大小。PCB 尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB 尺寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。可以手动布线尽量手动布线。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。数字、模拟元器件及其相应走线尽量远离并限定在各自的布线区域内.。 4．显示字符（汉字）程序设计 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code tab1[]= {DB 00H,70H,7FH,80H,02H,10H,7FH,F8H,04H,00H,FFH,FEH,08H,10H,1FH,F8H，30H,10H,5FH,F0H,90H,10H,1FH,F0H,10H,10H,10H,10H,1FH,F0H,10H,10H}; uchar code tab2[]={DB 01H,10H,11H,10H,11H,10H,11H,10H,11H,14H,FFH,FEH,11H,10H,11H,10H，11H,10H,11H,10H,11H,F0H,11H,10H,10H,00H,10H,08H,1FH,FCH,00H,00H}; uchar code tab3[]= {DB 00H,10H,1FH,F8H,11H,10H,11H,10H,1FH,F0H,11H,10H,11H,10H,1FH,F0H，02H,80H,04H,60H,0CH,50H,34H,4EH,C4H,44H,04H,40H,08H,40H,10H,40H }; uchar code tab4[]={DB 10H,00H,10H,04H,17H,FEH,10H,20H,FCH,20H,10H,40H,30H,40H,38H,D0H，55H,48H,52H,46H,94H,42H,18H,40H,10H,40H,10H,40H,10H,40H,10H,40H }; uchar code hang[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0X0e,0x0f}; sbit DS = P3^0;sbit SH = P3^1;sbit OE = P2^0;sbit ST = P2^1; void CH595(uchar BT7,uchar BT6,uchar BT5,uchar BT4,uchar BT3,uchar BT2,uchar BT1,uchar BT0){ uchar i;for(i=0;i<8;i++){ DS = BT7 >>7; BT7 <<= 1; SH = 0; SH = 1; } for(i=0;i<8;i++){ DS = BT6 >>7; BT6 <<= 1; SH = 0; SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT5 >>7;BT5 <<= 1;SH = 0;SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT4 >>7;BT4 <<= 1;SH = 0;SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT3 >>7;BT3 <<= 1;SH = 0;SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT2 >>7;BT2 <<= 1;SH = 0;SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT1 >>7;BT1 <<= 1;SH = 0;SH = 1;} for(i=0;i<8;i++){ DS = BT0 >>7; BT0 <<= 1; SH = 0; SH = 1; } //ST = 0;//ST = 1;} void main(void){ uint i;CH595(0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff);while(1){ for(i=0;i<16;i++) { OE=0; CH595(~tab4[2*i+1],~tab4[2*i],~tab3[2*i+1],~tab3[2*i],~tab2[2*i+1],~tab2[2*i],~tab1[2*i+1],~tab1[2*i]); P1=hang[i]; ST=1; ST=0; OE=1; } } } 5．显示汉字图片 图6字幕显示 6．总结： 本文设计的一个16ｘ64LED点阵汉字屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，显示文字稳定、清晰无串扰。文字显示为静止显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。 总结本文的研究工作，主要做了下面几点较突出的工作。 一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和16X64点阵屏设计与制作原理，了解了LED的现状和LED显示屏与其它显示屏相比较的优点，明确了研究目标。 二、熟练掌握了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，语言程序设计与调试等方面的内容。加深了对C51芯片的理解和应用。 三、在此次课程设计中认识到还有好多知识缺少，以后我会继续学习攻下难关。因此，通过查资料与动手操作，培养了我们独立思考与主动学习的能力，在电子课程设计中，我们思考交流，将一个个难点攻克，对于原理及其工作过程都比较清楚而深刻。同时，巩固了单片机的知识，收获很大。第二篇：a点阵报告
第三篇：Led点阵广告牌设计
第四篇：LED点阵开题报告
第五篇：LED点阵屏报告
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