16×16点阵led电子显示屏设计报告单片机报告-本科论文.doc资源-CSDN文库

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单片机课程设计报告

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16×16 点阵 LED 电子显示屏的设计

摘要：本文介绍了基于 STC89C51 单片机的 16×16 点阵 LED 电子显示屏的设计。

分别介绍了显示屏显示的基本原理，硬件设计、控制方法及其程序的实现。经过

调试和分析，本设计基本满足了题目设计的要求。

关键字：STC89C51 16×16 点阵 LED 74LS154 74LS595

前言：LED 电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。

他具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。

并广泛用于公交汽车、码头、商店、学校和银行等公共场合用于信息的发布和广告宣传。

自 20 世纪八十年代开始，LED 电子显示屏的应用领域已经遍布了交通、电信、教育、广告

宣传等各方面。LED 电子显示屏发展较快，其无论在成本和产生的社会效益等方面都有其

独特的优势。

一、功能要求

设计一个 2 位 16×16 点阵 LED 电子显示屏显示汉字，显示的内容的切换方式可以有左

移、右移、上移、下移等，程序中应要包含上位机程序，即可通过上位机（PC 机）更新显

示内容。

二、方案论证

2.1 LED 驱动显示方案

大屏幕显示广泛应用于各个领域，动态大屏幕显示系统显示的文字，数字，图形等生

动逼真，立体感强。用单片机驱动 LED 点阵有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动

态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。

静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再

管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的 CPU

时间。动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的 CPU

时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的 CPU 时间，但每

个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的

CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

如果用静态显示的方法，16×16 的点阵共有 256 个发光二极管，单片机没有那么多的

端口，如果用锁存器来扩展端口，按 8 位锁存器来计算，也需要 32 个锁存器。两位显示就

需要 64 个锁存器。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用静态显示，而是采用动态扫描

的显示方法。

本次设计的要求是 2 位的 16×16 点阵显示，采用动态显示，扫描电路就可以实现多行

的同名列共用一套列驱动器。具体就 16×16 的点阵来说，把所有同一行的发光二极管的阳

极连在一起，把同一列的发光二极管的阴极连在一起（共阳接法），先送出对应的第一行发

光二极管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1 行使其亮灭的时间，然后熄灭；再送对应的第二

行的数据，依次下去，直到第 16 行。整个来回的时间只要能够达到每秒 24 次以上，由于人

眼的视觉暂留现象，就可以看到显示在屏幕上的稳定的图像了。

2.2 数据传输和显示方案

采用扫描方式进行显示时，每行一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示

数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各

列的数据都传送到相应的列驱动器上，这就存在着一个显示数据传输的问题。从控制电路到

列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到

列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案不可取。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，

在硬件方面比较经济。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，

只有当一行的各列数据都已传输到位后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一

行的显示过程就可以分解为列数据传输和列数据显示两个部分。

解决串行传输中列数据传输和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。

即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的

显示就需要具有锁存的功能。经过上述分析，归纳出列驱动器电路应具备的主要功能，对于

列数据段传输来说，应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存

的功能。

综上所述，本次设计采用动态扫描方式驱动 LED 显示，采用串入并出的方法实现数据

传输和采用并行锁存的方法实现数据显示。

2.3 系统整体方案框图

经过分析，给出系统电路原理框图如图 1-1。

三、系统硬件电路设计

硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。

3.1 单片机系统及其外围电路

本次设计采用单片机 STC89C51，使用 11.0592MHZ 的晶振。单片机的串口与列驱动器

相连，用来送显示数据。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

送控制信号。P0 和 P2 空着，在有必要时可以扩展系统的 ROM 和 RAM.设计的显示界面可显示

2 个汉字，需要 8 个 8×8 LED 点阵模块，组成 16×32 的矩形点阵。

3.2 行驱动电路

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，54/74154 还可作 1 线－16 线数据分配器。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，32 个 LED 同时发光时，需要 640mA 电

流，选用三极管 8550 作为驱动管可满足要求。

3.3 列驱动电路

列驱动器由集成电路 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。

引脚 SI 为串行数据输入端，与单片机串口 RXD（P3.0）相连，用来传送数据；引脚 SCK

为移位寄存器的移位时钟脉冲，与单片机串口 TXD(P3.1)相连；引脚 SCLR 信号是移位寄存

器的清 0 输入端，低电平有效，接与单片机 P1.5 口；RCLK 是输出寄存器的打入信号，与

单片机 P1.6 口相接；

LED 点阵屏

电源

行

驱

动

器

图 1-1 系统电路原理框图

单

片

机

列驱动器

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