北京交大单片机课程设计16×16点阵.doc

一、设计任务书 （一）实验目的 1、了解点阵式LED显示原理。 2、熟悉PROTEUS软件电路仿真的使用。 3、掌握单片机与16×16点阵块之间接口电路设计及编程。 4、掌握74HC154芯片工作原理及与单片机的接口电路设计。 （二）设计任务及要求 利用已学单片机知识，根据点阵式LED显示器的显示原理，自行设计电路，进行PROT EUS软件仿真测试，焊接电路板，完成16×16点阵式LED的显示结果。 要求：在单片机的控制下点阵显示屏显示"电子设计"，显示方式分别为单字循环显示 、左右滚动显示、上下滚动显示。 二、硬件电路设计 （一） 硬件电路框图如下： 图一、16×16点阵显示硬件电路图 本实验采用以AT89C51单片机为核心芯片的驱动电路和显示电路来实现，主要由AT89C51 芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154)、16×16LED点阵5部分组成，如 图一所示。 时钟电路由AT89C51的18、19脚的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12MHz晶振X1、电容C2、C3 组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电 容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。 列扫描驱动电路由74HC154芯片实现，其管脚及功能真值表如图二所示。74HC154是一 个4-16线译码器，A、B、C、D是四个输入，Y0- Y15是十六个输出，且低电平有效。使能端口G1、G2全为低电平时，74HC154芯片方正常 工作，产生输出。 图二、74HC154芯片引脚说明及功能真值表 LED点阵显示屏采用 16×16共256个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚 分布，如图三所示。 图三、16×16点阵引脚排列图 16×16点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉 点上，当对应的某一列置0低电平，某一行置1高电平，则相应的二极管就亮。16×16点阵 的列输入为C0-C15，行输入为A0- A15。要显示某一个字，首先要设计该字的点阵字形，编好行（或列）点阵码，然后在单 片机的控制下对点阵进行逐行（或列）扫描。 本实验采用的是列扫描方式控制字符的显示。若将LED点阵的行列端口全部直接接入 AT89C51单片机，则需要使用32条IO口，这样会造成IO资源的耗尽，系统也再无扩充的 余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口，至于列 选扫描信号则是由4- 16线译码器74HC154来选择控制，这样便大大节约了IO口资源。同时考虑到P0口必需设置 上拉电阻，我们采用10KΩ排电阻作上拉电阻。 实验中，汉字字符的显示过程如下：在C2，C3，X1 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机AT89C51按照设定的程序在P0和P2接口输出与 内部汉字对应的代码电平送至 IED点阵的行选线(高电平驱动)，同时在P1.0、P1.1、P1.2、P1.3接口输出列选扫描信号 (低电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字 的显示。 (二)、汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法 实验中，每一个汉字由16行16列的点阵组成显示。我们可以把每一个点理解为一个象 素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字显示屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在256象素范围内的任何图形。如图四所示。 图四、汉字的点阵显示原理 实验中通过列扫描方法获取汉字的代码，用AT89C51控制显示。由于单片机的总线只 有8位，一个字需要拆分为2个部分。汉字被拆分为上部和下部，上部由8×16点阵组成， 下部也由8×16点阵组成。如图四，本实验通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上 半部分，即第0列的P0.7- P0.0口，显示汉字"毛"时，为全灭，即二进制00000000B，转换为十六进制为00H；第一 列的下半部分，P2.7灭，P2.6灭，P2.5亮，P2.4灭，P2.3灭，P2.2灭，P2.1亮，P2.0灭 ，即二进制00100000B，转换为十六进制为20H。如此，转向第二列、第三列， 直至第十六列的扫描，一共扫描32个8位，这样就可以得出汉字"毛"的扫描代码为： 00H,20H,44H,20H,44H,20H,44H,20H 44H,20H,44H,20H,7FH,0FCH,44H,22H 44H,22H,44H,22H,44H,22H,44H,22H 44H,22H,00H,22H,00H,2EH,00H,00H 依靠人工方法获取汉字代码是非常繁琐的事情，为此，我们采用点阵显示字库软件来 直接提取字符代码。汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描、列扫描3种。本实验采用行扫 描软件提取汉字字符图面如下 《北京交大单片机课程设计16×16点阵》 该文档涉及的是一个基于北京交通大学的单片机课程设计项目，旨在让学生深入理解并实践点阵式LED显示技术，以及掌握单片机与外部设备的接口设计。设计任务主要包括了解点阵LED的工作原理，使用PROTEUS软件进行电路仿真，以及设计并实现16×16点阵LED的显示功能，包括静态显示、滚动显示等。 硬件电路设计部分，设计者采用了以AT89C51单片机为核心的电路系统，包括时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路（由74HC154芯片实现）和16×16LED点阵。时钟电路由12MHz晶振和电容构成，确保单片机正常运行。复位电路则由电阻和电容组成，用于上电复位。74HC154是一个4-16线译码器，用于控制列扫描，其输出端口在低电平时有效。点阵LED由64个发光二极管组成，通过行线和列线的交叉点控制点亮。 在显示原理方面，16×16点阵显示屏可以显示16行16列的点阵图形，每个点对应一个像素。为了节省IO资源，仅将行线连接到单片机的P0和P2口，列扫描由74HC154芯片控制。在单片机的控制下，通过逐行或逐列扫描并改变行线和列线的电平来点亮相应的二极管，形成所需显示的字符或图形。在显示汉字时，由于单片机的8位总线限制，汉字通常被拆分为两个8×16的点阵部分进行处理。 汉字的点阵显示原理涉及到字形编码，每个汉字由16×16的点阵组成，可以理解为一幅图像。通过列扫描方法获取每个汉字的代码，然后由单片机按照这些代码控制LED点阵的点亮状态。例如，汉字“毛”的点阵显示，会通过逐列扫描点亮对应点阵，组合成完整的汉字图像。 在获取汉字代码时，可以借助点阵显示字库软件直接提取，避免手动编码的复杂性。通常汉字显示有三种方式：点扫描、行扫描和列扫描，本设计选择了列扫描方式。 这个课程设计涵盖了单片机基础、接口电路设计、LED显示技术和汉字编码等多个重要知识点，对于提升学生的实践能力和理论知识具有重要作用。通过这个项目，学生不仅能够掌握基本的单片机编程，还能理解硬件电路设计和视觉暂留原理在LED显示中的应用。