LED顯示器報告

1、 課程設(shè)計報告(黑體1號)課程名稱： 計算機組成原理課程設(shè)計 課 題： 8*8LED顯示器系統(tǒng)的實現(xiàn) 專業(yè)班級： 計算機系0901班 學(xué) 號： 姓 名： 羅燕 指導(dǎo)老師： 周慧燦 日 期： 2011年12 月25 日 教師評語：成績評定： 指導(dǎo)教師（簽名）： 目錄1課題簡介32.設(shè)計方案32.1 總體設(shè)計要求32.2 系統(tǒng)框圖43.詳細(xì)設(shè)計43.1電路原理43.1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計43.1.2 顯示器及接口設(shè)計63.1.3 電源電路的設(shè)計93.1.4 具體電路及功能分析103.2系統(tǒng)程序設(shè)計103.2.1 軟件設(shè)計思想103.2.2 主程序設(shè)計113.2.3 子程序設(shè)計134.測試及分析

2、184.1 軟件調(diào)試184.2 性能分析19總結(jié)19設(shè)計體會20參考文獻(xiàn)21附 錄22附錄A 硬件結(jié)構(gòu)圖22附錄B 主程序清單231課題簡介本設(shè)計是基于AT89C5151的88點陣LED數(shù)碼顯示器的設(shè)計，整機以美國ATMEL公司生產(chǎn)的40腳單片機AT89C51為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED點陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開發(fā)過程。通過該芯片控制一個驅(qū)動器來驅(qū)動顯示屏顯示，該電子屏可以各種文字或單色圖像，采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。LED點陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個獨立的LED發(fā)光二極管封裝而成. LED點陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號, 通常用來

3、顯示時間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。本文講述了基于AT89C51單片機88 LED數(shù)碼字符顯示器的基本原理、硬件組成與設(shè)計，Proteus軟件仿真，程序設(shè)計等基本環(huán)節(jié)與相關(guān)技術(shù)。LED電子顯示屏具有所顯內(nèi)容信息量大，外形美觀大方，操作使用方便靈活。適用于火車，汽車站，碼頭，金融證券市場，文化中心，信息中心體育設(shè)施等公共場所。該項目廣泛涉及了計算機及電子技術(shù)中的電源技術(shù)，單片機技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，顯示技術(shù)，存儲技術(shù)，系統(tǒng)軟件技術(shù)，接口及驅(qū)動等技術(shù)。2.設(shè)計方案2.1 總體設(shè)計要求本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為LED顯示屏的控制核心，制造一種簡單的88顯示屏，能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充

4、足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_，圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。根據(jù)設(shè)計要求，初步確定設(shè)計方案如下：1. 選擇AT89C51單片機（晶振頻率為f=12MHZ）作為整個系統(tǒng)的核心器件，對整個系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，發(fā)送并時時處理系統(tǒng)信息。2通過編程顯示數(shù)字：“，心形圖”。3動態(tài)顯示，即跑馬燈文字幕，每0.25秒左移一次。 4. 掃描信號連接到單片機的P0口，顯示信號連接到單片機的P2口。5點陣的點亮過程有程序控制，由驅(qū)動電路完成，點陣采用單色顯示，其中驅(qū)動電路采共陰型高態(tài)掃描、高態(tài)顯示信號的驅(qū)動電路。2.

5、2 系統(tǒng)框圖本文設(shè)計行、列驅(qū)動電路，顯示屏電路，運用單片機的智能化，系統(tǒng)的將每個功能電路模塊連接在一起，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖1-1所示：圖 2.1 系統(tǒng)框圖3.詳細(xì)設(shè)計3.1電路原理本系統(tǒng)的硬件電路是由單片機最小系統(tǒng)、動態(tài)顯示驅(qū)動電路兩部分組成。其中，單片機最小系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成；顯示部分使用共陰型高臺掃描、高態(tài)顯示信號驅(qū)動電路，完成“跑馬燈”文字幕效果。3.1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計（1） 單片機的時鐘電路 AT89C51單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反向放大器，引線X1和X2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。AT8

6、9C51的時鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時鐘電方式和外部時鐘方式。由于外部時鐘方式用于多片單片機組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式：利用其內(nèi)部的振蕩電路在X1和X2引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 X1和X2之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖2-1電路所示為單片機最常用的時鐘振蕩電路的接法，其中晶振可選用振蕩頻率為12MHz的石英晶體，電容器一般選擇30PF左右。圖3.1使用片內(nèi)振蕩電路的時鐘電路（2）單片機的復(fù)位電路 本設(shè)計中AT89C51是采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡單的復(fù)位電路如圖2-2所示。上電瞬間，RC電路充電，RST引

7、線端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效地復(fù)位。其中R1和R2分別選擇200和2K的電阻，電容器一般選擇22F。圖3.2 AT89C51的復(fù)位電路（3）AT89C51的最小應(yīng)用系統(tǒng) AT89C51是片內(nèi)有程序存儲器的單片機，要構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時只要將單片機接上外部的晶體或時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖2-3所示。這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶使用的大量的IO線。圖3.3 AT89C51單片機構(gòu)成的最小系統(tǒng)3.1.2 顯示器及接口設(shè)計（1） 88點陣LED顯示器的組成原理及控制方式 本次設(shè)計中采用88點陣LED顯示器，簡稱LED點陣板或L

8、ED矩陣板。它是以發(fā)光二極管為像素，按照行與列的順序排列起來，用集成工藝制成的顯示器件。有單色和雙色之分，這種顯示器有共陽極接法和共陰極接法兩種，設(shè)計中用到的是共陽極的顯示器。共陽極接法的原理圖如圖2-4所示，圖中畫出了88點陣的二極管。每一行發(fā)光二極管的陽極接在一起，有一個引出端r，每一列發(fā)光二極管的陰極接在一起，有一個引出端c。當(dāng)給發(fā)光二極管陽極引出端r1加高電平，陰極引出端c1加低電平時，左上角的二極管被點亮因此，對于行和列的電平進(jìn)行掃描控制時，可以達(dá)到顯示不同字符的目的。圖3.4 88點陣LED顯示器組成原理圖 “”在8X8LED點陣上顯示圖如下圖所示1234567812H，14H，3

9、CH，48H，3CH，14H，12H，00H “”在8X8LED點陣上顯示圖如下圖所示1234567800H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H心形圖在8X8LED點陣上顯示圖如下圖所示1234567830H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H圖3.5 88點陣LED引腳的排列圖（2） 88點陣LED顯示器與單片機的接口 88點陣LED的引腳圖如圖2-5所示，當(dāng)采用單片機進(jìn)行控制時，連接點陣顯示器的共陽極r端需經(jīng)驅(qū)動三極管9012與單片機的P2口相連，而共陰極c端需經(jīng)限流電阻與單片機的P0口相連。在編程控制時，將88點陣LED顯示分成行和列兩部分，字符數(shù)

10、據(jù)從P0口輸出，掃描控制字從P2口輸出，每一列由一個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)可一次送入，然后掃描一行，顯示一個字需要掃描8次。（3） 驅(qū)動電路的設(shè)計顯示器驅(qū)動是一個非常重要的問題，如果驅(qū)動能力差，顯示器亮度就低；而驅(qū)動器長期在超負(fù)荷下運行則很容易損壞。如果是靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器工作電流相匹配即可。而且只須考慮段的驅(qū)動，因為，共陽極接+5V，而共陰極接地，所以位的驅(qū)動無須考慮。動態(tài)顯示則不然，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，必須同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。理論分析表明，同樣的驅(qū)動器，當(dāng)其驅(qū)動靜態(tài)顯

11、示器時，其亮度為驅(qū)動動態(tài)顯示器的n倍，n近似為顯示位數(shù)。所以要使動態(tài)顯示器達(dá)到靜態(tài)顯示器的亮度，必須將驅(qū)動器能力提高n倍。本設(shè)計中，因為采用了88點陣LED顯示器，用AT89C51單片機進(jìn)行控制，因此它很適宜于按掃描方式動態(tài)顯示多個字符數(shù)據(jù)，所以我們只選用了8個PNP型三極管作為驅(qū)動顯示器的電路。如圖2-6所示，因AT89C51單片機的IO口有20mA的吸入電流，正因為這一特點，使的本設(shè)計中的驅(qū)動電路部分大大簡化，不用附加專門的驅(qū)動電路即可正常工作。圖3.6 顯示驅(qū)動電路3.1.3 電源電路的設(shè)計 電源電路采用普通集成穩(wěn)壓電路，在本設(shè)計中，由于考慮到成本問題，這部分電路就以輸出+5V的穩(wěn)壓電源

12、代替。3.1.4 具體電路及功能分析（1） 顯示電路 本設(shè)計采用雙色88點陣模塊顯示，但是在設(shè)計中我們只用單色顯示，我們通過改變限流電阻的阻值的大小來改變顯示字符的亮度。（2）電源電路 電源電路采用普通的三端集成穩(wěn)壓電源。為整個系統(tǒng)提供+5V的電壓。（3）電路原理圖： 圖3.7 電路原理圖3.2系統(tǒng)程序設(shè)計3.2.1 軟件設(shè)計思想主程序先進(jìn)行設(shè)置中斷，并啟動，再進(jìn)行鍵盤掃描載入，心形圖，然后判斷一組字型是否掃描完，按不同情況進(jìn)行循環(huán)調(diào)用子程序。進(jìn)入子程序后，首先設(shè)置相應(yīng)的程序，反復(fù)調(diào)用顯示子程序，并在顯示過程中反復(fù)調(diào)用鍵盤掃描子程序進(jìn)行延時，判斷是否退出相應(yīng)的方式顯示子程序。設(shè)計過程中，能很好

13、得提高按鍵響應(yīng)速度。如圖3.8所示為軟件系統(tǒng)框圖。圖 3.8 軟件設(shè)計框圖字符編碼：88點陣可以看成是從上至下8個字節(jié)，每個字節(jié)8位，因為該點陣為共陰型點陣，因此若該燈亮，則該位為“1”；該燈不亮，則該位為“0”。所以，心形圖的編碼為，從上至下：“”： 12H，14H，3CH，48H，3CH，14H，12H，00H“”： 00H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H“心形圖”： 30H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H3.2.2 主程序設(shè)計主程序首先設(shè)置并啟動T0中斷，然后調(diào)用初始化程序，為后面程序要用到的數(shù)據(jù)調(diào)入，并清零一些用到的數(shù)據(jù)單元，然后載入，心

14、形圖，進(jìn)行掃描。圖3.9為主程序流程圖。 圖 3.9 主程序流程圖主程序如下：COLUMN REG P0 ；行ROW REG P2 ；列SCANCODE EQU B ；掃描碼SPEED EQU 1 ；0.25s延遲S_TIME EQU -2500 ；2.5ms掃描時間 ORG 0000H ；程序從0000H地址開始 JMP MAIN ；跳至MAIN ORG 000BH ；TIMER0中斷向量 JMP TIMER0 ；跳至TIMER0中斷子程序MAIN: MOV IE,#82H ；設(shè)定TIMER0中斷 MOV TOMD,#01H ；使用T0定時器，方式1 MOV SP,#60H ；移開堆棧指針

15、SETB RS0 ；切換到RB1 MOV R1,#20H ；顯示存儲起始地址 MOV R2,#8 ；掃描8行 MOV R3,#SCANCODE ；載入掃描碼 CLR RS0 ；切換回RB0 MOV TH0,#0F6H ；設(shè)定每行掃描時間 MOV TL0,#3CH ；設(shè)定每行掃描時間 SETB TR0 ；啟動TIMER0LOOP: MOV DPTR,#TABLE ；將數(shù)據(jù)指針指向TABLE地址 MOV R4,#4 ；4組字型 SJMP $ ；等待中斷或其他3.2.3 子程序設(shè)計子程序中包括動態(tài)顯示程序、按鍵程序、延時程序和中斷程序四種，下面依次詳細(xì)介紹。（1）動態(tài)顯示程序設(shè)計本系統(tǒng)中采用左移動態(tài)

16、顯示方式。對于88LED陣列，其左移就是顯示4個不同的字型。首先掃描第一個字型，同樣是8行、8次掃描，8次顯示；完成第一個字型后，再掃描第二個字型；完成第二個字型后，再掃描第三個字型依次類推，即可產(chǎn)生“，心形圖”左移的感覺。假如第一個字型的編碼為00H 00H 36H 49H 49H 36H 00H 00H；第二個字型的編碼為00H 1CH 22H 41H 41H 22H 1CH 00H，也就是把第一個字型編碼中，第1行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?行顯示數(shù)據(jù)、第2行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?行顯示數(shù)據(jù)、第3行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?行顯示數(shù)據(jù)、第4行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?行顯示數(shù)據(jù)依次類推。當(dāng)?shù)谝粋€字型掃描完成后，就進(jìn)行

17、這樣的調(diào)整動作，以產(chǎn)生第二個字型的編碼。同樣的，當(dāng)?shù)诙€字型掃描完成后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動作，以產(chǎn)生第三個字型的編碼。這個調(diào)整動作是將8個編碼根據(jù)順序填入存儲器，調(diào)整存儲器地址的程序流程圖如圖3.10所示。圖3.10 動態(tài)顯示流程圖動態(tài)顯示子程序如下： MOV R2,#8 ；轉(zhuǎn)移次數(shù) MOV R0,#20H ；R0內(nèi)置目的存儲器地址 MOV R1,#21H ；R1內(nèi)置來源存儲器地址 MOV 28H,R0 ；先將第一行內(nèi)容搬至28H地址MOVE_L: MOV A,R1 ；將來源存儲器內(nèi)容搬至ACC MOV R0,A ；將ACC內(nèi)容搬至目的存儲器 INC R0 ；下一個目的地址 INC R1 ；下

18、一個來源地址 DJNZ R2,MOVE_L ；跳至MOVE_L,執(zhí)行8次 RET ；返回（2）按鍵程序設(shè)計系統(tǒng)中采用獨立式非編碼鍵盤，在P1口接一個按鍵，P0端口分別控制88LED陣列。當(dāng)有鍵按下時，對應(yīng)的LED亮；反之則滅。如圖3.11所示為按鍵控制流程圖。圖 3.11 按鍵流程圖按鍵子程序如下： ORG 0000HSTART: MOV P1,#0FFH ；置P1口為輸入狀態(tài)LOOP: MOV A,P1 ；讀入P1口狀態(tài)數(shù)據(jù) NOP MOV P0,A ；將狀態(tài)數(shù)據(jù)送入P0口，控制LED陣列 SJMP LOOP ；繼續(xù)循環(huán) END（3）延時程序設(shè)計延時程序在單片機編程中使用非常廣泛,也很重要，

19、在本設(shè)計的程序中用到了延時子程序。已知晶振12MHZ，所以機器周期為1s，但執(zhí)行一次DJZN操作為2s，則延時時間是（1200250）次2s/次=s=100ms。延時流程圖如圖3.12所示。 圖 3.12 延時流程圖程序如下：DELAY: MOV R7，#1D1: MOV R6，#200D2: MOV R5，#250 DJNZ R5，$ DJNZ R6，D2 DJNZ R7，D1 RET（4）中斷程序設(shè)計顯示程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定掃描時間為2.5ms，那么定時器T0定時2.5ms，則定時初值計算公式為：定時時間t時鐘頻率/12

20、中斷流程圖如圖3.13所示。圖3.13 中斷流程圖中斷子程序如下：TIMER0: CLR TR0 ；關(guān)閉TIMER0 PUSH A ；儲存ACC SETB RS0 ；切換到RB1 MOV COLUMN,#0 ；關(guān)閉LED陣列 MOV A,R1 ；取出顯示信號；使用共陽極式LED陣列，則加入下一列指令 CPL A MOV ROW,A ；輸出顯示信號 MOV A,R3 ；載入掃描碼 MOV COLUMN,A ；輸出掃描碼（顯示一行） RR A ；下一個掃描碼 MOV R3,A ；儲存下一個掃描碼 INC R1 ；下一個顯示信號 DJNZ R2,NEXT_C ；未超過8行則跳至NEXT_C MOV

21、R2,#8 ；重新開始掃描 MOV R1,#20H ；從第一行開始掃描NEXY_C: MOV TH0,#F6H ；設(shè)定每行掃描時間 MOV TL0,#3CH ；設(shè)定每行掃描時間 SETB TR0 ；啟動TIMER0 CLR RS0 ；切換回RB0 POP A ；取回ACC RETI4.測試及分析4.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要是利用計算機仿真針對程序中可能存在的錯誤進(jìn)行檢測，直到得到正確的顯示結(jié)果。按照程序流程圖在KEIL C51軟件中編寫好程序，在此軟件中檢測編寫好的程序是否有誤語法錯誤。此次軟件調(diào)試參考前面的子程序，選擇動態(tài)顯示程序和延時程序進(jìn)行調(diào)試，并觀察其結(jié)果，如圖4.1和 4.2所示。圖

22、 4.1 動態(tài)顯示程序調(diào)試結(jié)果圖 4.2 延時程序調(diào)試結(jié)果4.2 性能分析此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，LED顯示屏能很好的顯示信息。這個方案設(shè)計的88的點陣LED圖文顯示屏，電路簡單，成本較低，且較容易擴展成更大的顯示屏；顯示屏各點亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字?？偨Y(jié)通過此次論文設(shè)計，讓我學(xué)到了許多微機原理的知識，在單片機的選擇、顯示屏的組合還有各種器件的選用有了一個明確的認(rèn)識，程序設(shè)計上清晰地思路，理論在實踐方面的運用能力有巨大的提高。在實踐以前，對單片機的概念和設(shè)計方式了解不夠,但是通過這次深層次的學(xué)習(xí)、設(shè)計我有了一定的實踐經(jīng)驗和理

23、論基礎(chǔ)，也讓我可以進(jìn)行更深的研究學(xué)習(xí)，在設(shè)計思路上，通過查閱資料了解了許多方法，認(rèn)識到形式的多樣性，在模仿他人優(yōu)秀作品的同時，加入了自己的思想最終完成了任務(wù)。要拓展自己的知識面，使自己的知識系統(tǒng)化知識需要接觸社會的方方面面，本次設(shè)計不僅讓我學(xué)到了顯示器的工作原理，微機的基礎(chǔ)知識，還提高了對學(xué)習(xí)和設(shè)計的經(jīng)驗，讓我今后在設(shè)計時更加方便、快捷，也為畢業(yè)后的就業(yè)提供了保障。 設(shè)計體會總結(jié)設(shè)計過程中，主要做了下面幾點工作： 一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了LED顯示屏與其它顯示屏相比較有那些優(yōu)點，明確了研究目標(biāo)。并且通過對單片機

24、資料的查閱和應(yīng)用，更進(jìn)一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。并證實了自己的思路：“查資料思考總結(jié)運用找出差錯，再查資料和向別人詢問再次運用”的正確性。二、本文設(shè)計的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。三、本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語言程序設(shè)計與調(diào)試等方面。四、通過這次課程設(shè)計，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步增強了動手的能力，學(xué)以致用，把只是運用到實際生活中才是根本目的。五、存在問題：沒有考慮仿真軟件是一個理想的仿真環(huán)境，而實際連接的電路板會由于譬如連接不當(dāng)，相鄰器件間的干擾等等的問題導(dǎo)致在仿真軟件中能良好運行的程序，出現(xiàn)顯示問題，經(jīng)過排查和合理的器件擺放焊接，問題解決?？傮w來說這次的科研實踐很成功，達(dá)到了預(yù)想的目的：學(xué)到了知識，提