【正文】 目 錄 一、 緒論 ……………………………………………………………… 4 提出及研究背景 ……………………………………… 4 ……………………………… …… 4 所做的主要工作 ………………………………………… 6 …………………………………………… ……… …… 6 二、 系統(tǒng)硬件部分 設計 ……………………………………………… … 7 ………………………………………………… … 7 …………………………… ……………… 8 ……………………………………………………… 9 …………………………………………… ……… … 9 ………………………………………………… 10 ………………………………… 10 總體硬件電路 ………………………………………… …… … 10 三、 系統(tǒng)軟件部分設計 ………………………………………………… 11 系統(tǒng)主程序設計 ……………………………………………… 11 顯示驅(qū)動程序 ……………………………………… …… …… 11 四、 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果分析 ……………………………………… 12 結果及分析（遇到的問題及解決方案） ……………………… 12 實習心得 …………………………… …………… …………… 12 五、附錄 附錄一、系統(tǒng)總程序 ……………………………………………… 13 附錄二、系統(tǒng)總體原理圖 ………………………………………… 42 一、緒論 設計意義提出及研究背景 八十年代以來出現(xiàn)了組合型 LED 點陣顯示器，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成 。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。 點陣顯示器有單色和雙色兩類，可顯示紅，黃，綠，橙等。 LED 點陣有 4 4 5 5 8 16 1 24 2 40 40 等多種；根據(jù)像素的數(shù)目分為雙基色、三基色等，根據(jù)像素顏色的不同所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同，單基色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮時可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮時間，則可實現(xiàn) 256 或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。 LED 點陣顯示器 單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號， 如 5 7 點陣顯示器用于顯示西文字母， 5 8 點陣顯示器用于顯示中西文， 8 8 點陣用于顯示中文文字，也可用于圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構成大屏幕顯示器，一般這類實用點陣顯示器常通過微機或單片機控制驅(qū)動。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 LED 點陣顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構成的點陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，以可靠性高、使用 壽命長、環(huán)境適應能力強、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。 LED 點陣顯示屏發(fā)展的簡要回顧： 發(fā)光二極管（ LED）是六十年代未發(fā)展起來的一種半導體顯示器件，七十年代，隨著半導體材料合成技術、單晶制造技術和 PN 結形成技術的研究進展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進入批量化和實用化。進入八十年代后， LED 在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即 LED 點陣顯示屏。 [2] LED 點陣顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了 三個階段： 1） 1990 年以前 LED 點陣顯示屏的成長形成時期。一方面，受 LED 材料器件的限制， LED 點陣顯示屏的應用領域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的 LED 點陣顯示屏在國外應用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點 4 級調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。 2） 19901995 年，這一階段是 LED 點陣顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術各個領域不斷突破， LED 點陣顯示屏在 LED材料和控制技 術方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED點陣顯示屏進入市場，電子計算機及微電子領域的技術發(fā)展，在顯示屏控制技術領域出現(xiàn)了視頻控制技術，顯示屏灰度等級實現(xiàn) 16 級灰度和 64 級灰度調(diào)灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這一階段， LED 點陣顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾家企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、 年產(chǎn)值幾億元，產(chǎn)品應用領域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領域，特別是 1993 年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了 LED 點陣顯示屏市場的大幅增長。 LED 點陣顯示屏在平板顯示領域的主流產(chǎn)品局面基本形成， LED 點陣顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。 3） 1995 年以來， LED 點陣顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。 1995 年以來， LED 點陣顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價格大幅回落，應用領域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標準化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題，有關部門對 LED 點陣顯示屏的發(fā)展予以重視并進行了適當?shù)囊?guī)范和引導，目前這方面的工作正在逐步深化。 我國 LED 點陣顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀： 產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期規(guī)模：我國的 LED 點陣顯示屏產(chǎn) 業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至 1998 年底，年度銷售總額在1000 萬元以上的企業(yè)有 20 多家，其銷售總額達 6 億元左右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事 LED 點陣顯示屏的各類企業(yè)有 100 余家，從業(yè)人員近 6000人，行業(yè)年度銷售總額近 8 億元人民幣， 1996 年、 1997 年的增長速度均保持 40%左右， 1998 年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn) LED 點陣顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東 機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。 技術水平相對領先：我國 LED 點陣顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術推陳出新，一直保持比較先進的水平。 90 年代初即具備了成熟的 16 級灰度 256 色視頻控制技術及無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色 LED 點陣顯示屏、256 級灰度視頻控制技術、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術和產(chǎn)品出現(xiàn)； LED 點陣顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應用。 本設計所做的主要工作 本文要求設計一個由單片機驅(qū)動的 16 16 點陣 LED 圖文 顯示屏，并且在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。 根據(jù)任務要求，需做的工作如下： 查閱點陣的相關文獻資料，學習最簡單的點陣的使用方法； 將簡單點陣進行擴展，設計成 16 16LED 點陣，使用 Keil uVision 軟件對硬件試驗箱進行調(diào)試，確保硬件電路的完好； 利用 Keil uVision 軟件編寫單片機程序，編譯鏈接生成 Hex 文件，然后下載到 試驗箱中 進行硬件仿真； 仿真調(diào)試成功后 ，對 16*16 點陣模塊做進一步的了解跟認識，確保設 計完美成功。 方案實現(xiàn) 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。 16 16 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這多 的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按 8位的鎖存器來計算， 16 16 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16 16 的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在 實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就 16 16 的點陣來說，把所有同1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復輪回。當 這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳 輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響到LED 的亮度。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本 行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 二、系統(tǒng)硬件部分設計 系統(tǒng)硬件部分電路大致上可以分成電源電路、單片機最小系統(tǒng)電路及外圍電路、列掃描電路、行掃描電路和 LED 顯示屏電路五部分 。 整體模塊設計 本 設計行、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，總體結構設計如下圖 1— 1 所示： 圖 1— 1 系統(tǒng)結構設計總圖 單片機最小系統(tǒng)電路 80C51 單片機最小系統(tǒng)電路由復位電路、晶振電路兩部分組成。 復位電路工作原理： 上電瞬間 RST 引腳的電位與 VCC 等電位， RST 引腳為高電平，隨著電容 C3 充電電流的減少， RST 引腳的電位不斷下降，其充電時間常數(shù)為 T=R3*C3，此時間常數(shù)足以 RST 引腳在保持為高電平的時間內(nèi)完成復位操作。 當單片機已在運行當中時，按下復位鍵 S5 后再松開，也能使 RST 引腳為一段時間的高電平，從而實現(xiàn) 80C51 單片機復位。 晶振電路 ： XTAL1 和 XTAL2 是片內(nèi)振蕩電路輸入端，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 80C51 單片機片內(nèi) OSC 的定時反饋回路。晶振起振后要能在XTAL2 端輸出一個 3V 左右的正弦波，以便使片內(nèi) OSC 電路按晶振 相同頻率自激振蕩。通常， OSC 的輸出時鐘頻率 FOSC 為 6MHZ— 16MHZ，典型值為 12MHZ或 。電容 C1 和 C2 幫助晶振起振，典型值為 30pf，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào) FOSC 的目的。本系統(tǒng)中，晶振為 12MHZ， C1=C2=20pf。 行驅(qū)動 列驅(qū)動 主控制芯片 80C51 LED 點陣顯示模塊 電源指示電路 時鐘電路 鍵盤控制模塊 行掃描電路 行 掃描電路由集成電路 74HC595 構成如圖 2— 2 所示，列的處理信號有三個，SER、 SRCLK、 RCLK， SER 做為列移位寄存器的輸入， SRCLK 是移位時鐘，RCLK 做為鎖存時鐘當將 16 個位數(shù)據(jù)在 SRCLK 的脈沖作用下移位寄存器后，就 可以開啟 RCLK 時鐘，使寄存器的數(shù)據(jù)存入鎖存器，因使能腳接 0 使能，數(shù)據(jù)直接輸出 Q 端， Q 端數(shù)據(jù)經(jīng) 接入點陣行 腳位，即一行的數(shù)據(jù)顯示 。 圖 2— 2 列掃描電路 單片機 P2 口高 4 位輸出的行號經(jīng) 4/16 線譯碼器 74HC154 譯碼后生成 16 條列 選通信號線， 構成的系統(tǒng)原理圖 3— 3， 再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應的行線。一條行線