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基于ATC单片机的xLED点阵显示的专业课程设计.doc
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2022-11-24
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基于ATC单片机的xLED点阵显示的专业课程设计.doc
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单 片 机 课 程 设 计
16×16LED 点阵显示
16×16LED 点阵显示设计
【摘 要】本设计使用 AT89C51 系列高速单片机作为主控制模块,利用简单
外围电路来驱动 64×16 点阵 LED 显示器。利用 AT89C51 系列高速单片机本身强
大功效,能够很方便实现单片机和 PC 机间数据传输及存放,并能利用软件方便
进行显示内容多样改变,其次点阵显示器广泛应用于医院、机场、银行等公共场
所,所以本设计含有很强现实应用性。
本 LED 显示器能够以动态扫描方法同时显示 4 个 16×16 点阵汉字,并能经
过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存放在空闲单片机程序
存放器空间,使本 LED 显示系统能掉电存放 1024 个字符。设计中采取了 SPI 接
口 GB2312 标准字库,支持全部国家标准字符和 ASCII 标准字符显示。因为采取
串行传输方法,使本系统可扩展性得到提升,便于多个显示单元级联。
本文从 LED 显示原理入手,具体叙述了 LED 动态显示过程,和硬件电路设计、
计算和软件算法。
【关键词】LED 动态显示 AT89C51 点阵汉子显示 仿真
引 言
LED 显示器是一个经过控制半导体发光二极管显示方法,用来显示文字、图
形、图像、动画、行情、视频、录像信号等多种信息显示器幕。图文显示器可和
计算机同时显示汉字、英文文本和图形;视频显示器采取微型计算机进行控制,
图文、图像并茂,以实时、同时、清楚信息传输方法播放多种信息,还可显示二
维、三维动画、录像、电视、VCD 节目和现场实况。LED 显示器显示画面色彩鲜
艳,立体感强,静如油画,动如电影,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。
它优点:亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易和集成电路匹配、驱动
简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。当今社会在飞速发展无疑能源、健康、空间
利用,成了大家着重关注对象。而在这个信息传输极速社会,LED 出现给大家带
来了期望之光。LED 特色之处一是节能(直接功耗,间接耗能),二是基础无电
离辐射,三提升空间利用率。而这些特色又恰好处理了上述三种问题。然而 LED
点阵显示器特点不仅仅于此 LED 点阵显示器用是数码管,而数码管含有实用,廉
价等优点。做出来 LED 点阵显示很耐用。LED 点阵显示器之所以受到广泛重视而
得到快速发展,是和 LED 显示器本身所含有优点分不开。LED 点阵显示器发展前
景极为宽广,现在正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均
匀性,可靠性、全色化方向发展。本文要求设计一个能显示 16X16 点阵图文 LED
显示器,要求能显示图文或文字,显示图文或文字应稳定、清楚,图文或文字显
示,以卷帘形式向上下左右滚动显示。
总体设计:
设计论证:
图文显示通常有静态和动态显示两种方案,静态方案即使设计简单,但其使
用管脚太多,如本设计中 16x16 点阵共有 256 个发光二极管,显然单片机没有
这么多端口,假如我采取锁存器来扩展端口,按 8 位锁存器来计算,16x16 点
阵需要 256/8=32 个锁存器。这个数字很庞大,因为我们仅仅是 16x16 点阵,在
实际应用中显示器往往要大得多,这么在锁存器上花成本将是一个很庞大数字。
所以在实际应用中显示器几乎全部不采取这种设计,而采取另外一个称为动态扫
描显示方法。
单
片
机
列驱动器
行
驱
动
器
16X16LED 显示
点阵
电源
动态扫描意思简单地说就是逐行轮番点亮,这么扫描驱动电路就能够实现多
行(比如 16 行)同名列共用一套驱动器。具体就 16x16 点阵来说,把全部同 1
行发光管阳极连在一起,把全部同 1 列发光管阴极连在一起(共阳极接法),先
送出对应第一行发光管亮灭数据并锁存,然后选通第 1 行使其燃亮一定时间,然
后熄灭;再送出第二行数据并锁存,然后选通第 2 行使其燃亮相同时间,然后熄
灭;以这类推,第 16 行以后,又重新燃亮第 1 行,反复轮回。当这么轮回速度
足够快(每秒 24 次以上),因为人眼视觉暂留现象,就能够看到显示器上稳定图
形了。
采取扫描方法进行显示时,每一行有一个行驱动器,各行同名列共用一个驱
动器。显示数据通常存放在单片机存放器中,按 8 位一个字节形式次序排放。显
示时要把一行中各列数据全部传送到对应列驱动器上去,这就存在一个显示数据
传输问题。从控制电路到列驱动器数据传输能够采取并列方法或串行方法。显然,
采取并行方法时,从控制电路到列驱动器线路数量大,对应硬件数目多。当列数
很多时,并列传输方案是不可取。
采取串行传输方法,控制电路能够只用一根信号线,将列数据一位一位传往
列驱动器,在硬件方面无疑是十分经济。不过,串行传输过程较长,数据按次序
一位一位地输出给列驱动器,只有当一行各列数据全部以传输到位以后,这一行
各列才能并行地进行显示。这么,对于一行显示过程就能够分解成列数据准备
(传输)和列数据显示两部分。对于串行传输方法来说,列数据准备时间可能相
当长,在行扫描周期确定情况下留给行显示时间就太少了,以致影响到 LED 亮度。
处理串行传输中列数据准备和列数据显示时间矛盾问题,能够采取重合处
理方法。即在显示本行各列数据同时,传送下一列数据。为了达成重合处理目标,
列数据显示就需要含有所存功效。经过上述分析,就能够归纳出列驱动器电路应
含有功效。对于列数据准备来说,它应能实现串入并处移位功效;对于列数据显
示来说,应含有并行锁存功效。这么,本行已准备好数据打入并行锁存器进行显
示时,串并移位寄存器就能够准备下一行列数据,而不会影响本行显示
一、硬件设计
单片机系统及其管脚
常见时钟电路设计有两种方法,一个是内部时钟方法,一个是外部时钟方法。
本试验采取内部时钟方法,将 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接一个石英晶振和微调
电容,从而组成一个稳定自激震荡器。电容值取 30pF 左右,其大小将影响震荡
频率高低、振荡器稳定性和起振快速性。为降低线间寄生电容,晶振和电容应尽
能安装得和单片机靠近,确保晶振稳定可靠工作。
另一部分是复位部分。上电自动复位电路是最简单复位电路,只需要一个 1K
左右电阻、一个 22pF 左右电容及 12MHZ 晶振。有时还需要按键手动复位,此
时只要在电容上并联一个按键即可。
单片机信号输出采取串行输出,所以在下一模块移位寄存器要和该部分串行
口 P3.0(RXD)及 P3.1(TXD)相连
其图形以下图
关键芯片资料
AT89C51 芯片介绍
图二 AT89C51 单片机管脚
图
图一 单片机线图
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