基于单片机的16x16点阵LED.ppt

基于单片机的16 16点阵LED电子显示屏的设计 LED电子显示屏发展史 八十年代后 由于LED在发光波长范围和性能方面的提高 逐渐形成平板显示产品即LED显示屏 LED显示屏发展经历了三个阶段 1 1990年以前LED显示屏的成长形成时期 一方面 受LED材料器件的限制 另一方面 显示屏控制技术基本上是通讯控制方式 客观上影响了显示效果 这一时期的LED显示屏在国外应用较广 国内很少 产品以红 绿双基色为主 控制方式为通讯控制 灰度等级为单点4级调灰 产品的成本比较高 2 1990 1995年 这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期 LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果 蓝色LED晶片研制成功 全彩色LED显示屏进入市场 电子计算机及微电子领域的技术发展 在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术 显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰 显示屏的动态显示效果大大提高 这一阶段 LED显示屏在我国发展速度非常迅速 产品应用领域涉及国民生活的诸多领域 3 1995年以来 LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期 LED显示屏产业内部竞争加剧 形成了许多中小企业 产品价格大幅回落 应用领域更为广阔 产品出现了一系列新的问题 有关部门对LED显示屏在质量 标准化等方面的发展予以重视并进行了适当的规范和引导 目前这方面的工作正在逐步深化 LED电子显示屏应用领域 LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域 主要包括 1 证券交易 金融信息显示 这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50 以上 目前仍为LED显示屏的主要需求行业 上海证券交易所及全国上万家证券 金融营业机构广泛使用了LED显示屏 1990年 上海证券交易所正式成立 是我国内地的第一家也是最大一家证券交易所 2 机场航班动态信息显示 民航机场建设对信息显示的要求非常明确 LED显示屏是航班信息显示系统FIDS FlightinformationDisplaysystem 的首选产品 首都国际机场航班动态信息显示屏 3 体育场馆信息显示 LED显示屏已取代了传统的灯泡及CRT显示屏 在北京奥运会期间大量采用了国产彩色视频LED显示屏 受到普遍好评 北京鸟巢体育馆在开幕式时用了大量的大屏幕LED显示器 以巨型卷轴慢慢拉开而从此开始了北京奥运会开幕式的演出 这幅147米长 27米宽的巨大LED屏幕 展现出了中国五千年历史的长卷 但许多人可能不知道 这一世界最大的地面全彩LED显示屏 生产企业就来自石家庄 4 道路交通信息显示 智能交通系统的兴起 在城市交通 高速公路等领域 LED显示屏作为可变情报板 限速标志等 得到普遍采用 5 广告媒体新产品 除单一大型户内 户外显示屏做为广告媒体外 国内一些城市出现了集群LED显示屏广告系统 西安开元商城 点阵LED汉字显示屏设计的方案选择 点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛 例如 车站发车时间提示 股票大厅中的股票价格显示板 商场的活动广告栏 候机厅的起飞时间表 点阵显示器的特点是可以按照需要的大小 形状和颜色进行组合 用单片机控制实行各种文字或图型的变化 达到广告宣传和提示的目的 封面 学生设计的是16 16点阵LED电子汉字显示屏 从理论上说 只要控制与组成这文字的各个点所在的位置相对应的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 若采用此方法用锁存器数量很庞大 考虑到经济原因 因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计 而采用另外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16行 的同名列共用一套驱动器 具体就16 16的点阵来说 把所有同1行的发光管的阳极连在一起 把所有同1列的发光管的阴极连在一起 共阳极的接法 先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存 然后选通第1行使其燃亮一定时间 然后熄灭 再送出第二行的数据并锁存 然后选通第2行使其燃亮相同的时间 然后熄灭 以此类推 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 由于人眼的视觉暂留现象 就能够看到显示屏上稳定的图形了 点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如下图所示 电路包括单片机 电源电路 时钟电路 复位电路 驱动电路和LED点阵电路等 本设计的核心是利用单片机读取显示字型码 通过驱动电路对16 16LED点阵进行动态列扫描 以实现汉字的滚动显示 本设计选用的单片机为ATMEL公司的AT89C52 显示屏采用16 16LED点阵 电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的 5V工作电压 时钟电路是单片机的驱动电路 复位电路可在需要时 手动使单片机程序计数器复位清零 通过阳极驱动电路向16 16点阵送字型码 本设计采用74LS273 通过阴极驱动电路对16 16点阵进行列扫描 本设计采用74HC138 显示屏电路实现的结构框图 点阵LED汉字显示屏设计的主要元器件介绍 AT89S52引脚结构图 1 At89s52是一种低功耗 高性能CMOS8位微控制器 具有8K在系统可编程Flash存储器 片上Flash允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash 使得AT89S52为嵌入式控制系统提供灵活 高效的解决方案 AT89S52具有以下标准功能 8k字节Flash 256字节RAM 32位I O口线 看门狗定时器 2个数据指针 三个16位定时器 计数器 一个6向量2级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 另外 AT89S52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 74HC138管脚图 2 74HC138是一款高速CMOS器件 74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL LSTTL 系列 74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入 A0 A1和A3 并当使能时 提供8个互斥的低有效输出 Y0至Y7 74HC138特有3个使能输入端 两个低有效 E1和E2 和一个高有效 E3 除非E1和E2置低且E3置高 否则74HC138将保持所有输出为高 利用这种复合使能特性 仅需4片74HC138芯片和1个反相器 即可轻松实现并行扩展 组合成为一个译码器 74HC138与74HC238逻辑功能一致 只不过74HC138为反相输出 74LS273内部结构 3 74LS273是带有清除端的8D触发器 只有在清除端保持高电平时 才具有锁存功能 锁存控制端为11脚CLK 采用上升沿锁存 CPU的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK端相连 74LS273是一种带清除功能的8D触发器 1D 8D为数据输入端 1Q 8Q为数据输出端 正脉冲触发 低电平清除 常用作8位地址锁存器 4 LED点阵模块有16只引脚 8只为行8只为列 不按规律排列 8块LED点阵模块连接遵循的原则是 连接处在同一行的点阵模块对应的行的引脚 连接处在同一列的点阵模块对应的列的引脚 8 8的点阵显示屏的电路图如下图所示 8 8LED等效电路 系统硬件电路的设计 3 单片机的电源电路采用USB插口的1号和4号线 及靠边的两跳线 经变压器使220V交流电转换为5V直流电如图所示 双USB口数据线 变压器 1 单片机的时钟电路采用内部振荡方式 即在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器 或陶瓷谐振器 由于单片机内部有一个高增益反相放大器 当外接晶振后 就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲 内部振荡方式的外部电路如右图所示 电容器C2 C3起稳定振荡频率 快速起振的作用 晶振频率的典型值为12MHZ 相对于外部震荡方式 内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定 所以学生采用内部振荡方式 12MHZ时钟电路 2 单片机的复位电路采用上电开关复位电路 如右图所示 当单片机的复位引脚RST RESET 出现2个机器周期以上的高电平时 单片机就执行复位操作 如果RST持续为高电平 单片机就处于循环复位状态 上电或开关复位要求电源接通后 单片机自动复位 并且在单片机运行期间 用开关操作也能使单片机复位 当单片机已在运行当中时 按下复位键后松开 由于电容C1的充电 使RST持续一段时间的高电平 从而实现上电或开关复位的操作 上电开关复位 1 汉字的点阵字库代码获取若依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情因此 经常采用字库软件查找字符代码 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 把所需要的竖排数据复制到程序中即可 如图所示 系统软件设计 2 系统主程序设计AT89C51单片机是8位机 每次只能送出8位数据 因此要向16 16点阵送出16行阳极驱动 需要送两次 或先送上8行 或先送下8行 为了能够实现每一列字型码的完整显示 采用74LS273进行锁存 否则会出现字型残缺现象 根据设计要求并结合系统硬件电路图的硬件连接进行程序设计 程序设计流程图如图所示 主程序流程图 中断服务程序流程图 实物照片1 实物照片2 总结 一 在完成本次设计的同时 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 发展趋势等 明确了研究目标 二 本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下以移入移出方式且亮度均匀 充足 清晰无串扰的文字 三 通过这次毕业设计 重新复习并进一步学习了AT89S52 熟练掌握了Word和PowerPoint软件的使用 四 存在缺陷 没有考虑抗干扰的问题