【正文】 89C51 單片機 16 16 LED 漢字點陣滾動顯示的基本原理 、硬件組成與設(shè)計、程序編寫與調(diào)試、 Proteus 軟件仿真等基本環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制 等領(lǐng)域 。目前一種新的顯示材料 OLED 正處于研發(fā)階段， OLED顯示屏通過有機材料自發(fā)光技術(shù)，使人們在陽光下也能看到顯示屏顯示的內(nèi)容，當然它還有其它有點。 本文是 基于單片機的 LED 滾動漢字顯示器 設(shè)計 ，只 是單片機的一個簡單應(yīng)用， 它能夠?qū)崿F(xiàn)多種圖文顯示。 第 1 章 LED 顯示屏的介紹 LED 顯示屏的發(fā)展背景及國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用 LED 點陣顯示圖形和漢字。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， LED 顯示作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所，例如戶內(nèi)外公共場所廣告宣傳、機場車站旅客引導(dǎo)信息、公交車輛報站系 統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息豆示、高速公路可變情報板、體育場館比賽轉(zhuǎn)播、樓宇燈飾、交通信號燈、景觀照明等。 LED 點陣設(shè)計主要應(yīng)用于顯示屏，它是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。 1970 年代最早的 GaP、 GaAsP 同質(zhì)結(jié)紅、黃、綠色低發(fā)光效率的 LED已開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。到 1996 年 LED 在全世界的銷售額已達到幾十億美元。最近十年，高亮度化、全色化 問題 一直是 LED材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題。高亮度 A1GaInP 和 InGaN LED的研制進展十分迅速，現(xiàn)已達到常規(guī)材料GaA1As、 GaAsP、 GaP 不可能達到的性能水平。同年，東芝公司研制 InGaA1P 573nm 黃綠色超高亮度 LED，法向光強達 2cd。至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的 LED都達到了坎德拉級的發(fā)光強度，實現(xiàn)了超高亮度化、全色 化，使發(fā)光管的戶外全色顯示成為 現(xiàn)實。全國約有 100 多家企業(yè)， 95%的廠家都從事后道封裝生產(chǎn)，所需管芯幾乎全部從國外進口。 LED 顯示屏的分類 類 單基色顯示屏 :單一顏色（紅色或綠色）。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色， 256級灰度的全彩色顯示 屏可以顯示一千六百多萬種顏色。 LED 點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般 Φ3mm Φ8mm ，顯示面積一般幾至十幾平方米。 室內(nèi)屏： Φ3mm 、 、 Φ5mm 。 LED 顯示屏的顯示方案 ： 最早的設(shè)計方案，由室內(nèi)偽彩點陣屏發(fā)展而來 。 缺點：色彩一致性差，馬賽克現(xiàn)象較嚴重，顯示效果較差。 優(yōu)勢：色彩一致性比點陣模塊方式的好。加工較復(fù)雜，抗靜電要求高。 ： 采用貼片發(fā)光管為顯示元件的方案。 缺點：加工工藝麻煩，成本太高。 優(yōu)勢：在顯示色彩一致性 ，視角等首要指標和 標貼方案差別不大了，但成本較低，顯示效果很好 ，分辨率高。 LED 的作用及市場前景 顯示屏的作用 （ 1） 起到商品宣傳，吸引顧客的作用。 （ 3） 起到照明，標新立異的作用。 （ 5） 起到公告板的作用（促銷，招聘信息發(fā)布 等 ） 。通過顯示屏幕可播放上級領(lǐng)導(dǎo)及各種貴賓蒞臨參觀、指導(dǎo)的歡迎詞，各種重大節(jié)日的慶祝詞等。而 LED 廣告牌正是為了實現(xiàn)這個目的成為企業(yè)宣傳的頭項選擇。單雙色 LED 顯示屏主要應(yīng)用于交通 ,高速公路 ,銀行、證券交易等金融場所。 第 2 章 系統(tǒng)總體分析 設(shè)計目標及 采取的方案 設(shè)計目標 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃達到培養(yǎng)目標的重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是教學(xué)計劃中綜合性最強的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它對于培養(yǎng)學(xué)生正確的思想和工作作風(fēng)，提高學(xué)生綜合運用專業(yè)知識和分析解決實際問題的能力，達到工程技術(shù)人員所必須具備的基本素質(zhì)等方面具有重要的意義。 本設(shè)計的理論基礎(chǔ)是單片機技術(shù)基礎(chǔ)，微機 原理，模擬電子技術(shù)和數(shù)子電子技術(shù)。8255 芯片的工作方式是在微機原理介紹的。 通過本設(shè)計不僅把以前學(xué)過的知識重新溫習(xí)，而且在查閱課外資料時還有好多芯片都是以學(xué)過的芯片為基礎(chǔ)，并且在其基礎(chǔ)上改進和完善。 設(shè)計采取的方案 （ 1） 利用單片機控制技術(shù)控制 LED 的顯示，再結(jié)合單片機的程序作線路布置，即硬件設(shè)計。 （ 3） 進行系統(tǒng)分析，通過系統(tǒng)分析，確定該系統(tǒng)該具有哪些功能，有哪些模塊，各個模塊之間是怎樣聯(lián)系的，以及怎樣組合的。 （ 5） 集合程序調(diào)試，調(diào)試整個系統(tǒng)模塊的功能，看各個功能是否能正常運行，并找出程序中的錯誤，改正這些錯誤。 工作原理 LED 漢字滾動顯 示屏 設(shè)計與制作是利用單片機 的控制技術(shù)， 通過程序控制LED 的顯示 所要顯示的內(nèi)容。 本設(shè)計介紹一種實用的漢字 滾動 顯示屏的制作， 顯示屏通過四塊 8*8LED 點陣屏組合成 16*16LED 顯示屏，通過程序控制所要顯示的漢字， 實際使用時可根據(jù) 需要顯示的漢字改寫程序 。 如果 將 LED 點陣的行列端口全部直接接入 AT89C51單片機， 則需要使用 32條 I/O口，這樣會造成 I/O資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴充的余地 ，因此，我在 設(shè)計 中 將 LED 點陣的 16條 行 線 與兩片 74HC595 的并行輸出端之間通過 的電阻連接 ， 列 選掃描信號 由 416 線譯碼器 74HC154來選擇控制，這樣一來列選控制 和行選控制共 使用了單片機的 8個 I/O口，節(jié)約了很多 I/O資源，為系統(tǒng)擴 展 提供了條件 ?？傮w設(shè)計框圖如圖 : 圖 總體設(shè)計框圖 單 片 機 LED顯示屏 列驅(qū)動器 行 驅(qū)動器 時鐘電路 復(fù)位電路 電源 電路 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 AT89C51 芯片的 簡要 介紹 AT89C51 是一種帶 4kB 閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS型 8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行 1 000 次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為 10 年。因此，在智能化電子設(shè)計與 制作過程中經(jīng)常用到 AT89C51 芯片。 圖 AT89C51引腳圖 AT89C51 擁有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 在這次設(shè)計中所用到的 AT89C51 管腳說明： P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1 口緩沖器能接出 4 個 TTL 門電流， P1 口管腳寫入“ 1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8個內(nèi)部帶上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 表 P3口的特出功能 管腳號 管腳名 備選功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 記時器 0外部輸入 T1 記時器 1外部輸入 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 本設(shè)計的時鐘電路由 AT89C51 的 18,19 腳的時鐘端（ XTAL1 及 XTAL2） 以及12MHz 晶振 X瓷片電容 C2， C3 組成，采用片內(nèi)振蕩方式。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。 圖 復(fù)位電路圖 驅(qū)動電路設(shè)計 行驅(qū)動電路設(shè)計 為節(jié)省 I/O 口資源，方便于擴展，行驅(qū)動電路采用串口輸入。 74HC595 是一款低噪聲、低功耗、高速的 COMS 移位寄存器，能夠驅(qū)動 15 個 TTL 的負載。移位寄存器和存儲器分別由獨立的時鐘提供信號。時鐘的上升沿觸發(fā)移位寄存器和存儲器。 74HC595 的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位 的過程中，輸 出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。 74HC595 有很多功能，在點陣顯示中用到的串行輸入并行輸出是其中的一個功能，是通過寄存器 選擇 的 。 在 LED 點陣 顯示 屏中， 74HC595 的主要作用應(yīng)該為： （ 1） 驅(qū)動， CMOS 的 74HC595 驅(qū)動 LED 點陣 顯示 屏沒有問題 。 （ 3） 具有三態(tài)輸出鎖存 。 74HC595 引腳見圖 。 X ↑ L H X NC Qn 移位寄存器的 內(nèi)容到達保持寄存器并從并口輸出 ↑ ↑ L H X Q6’ Qn 移位寄存器內(nèi)容移入，先前的內(nèi)容到達保持寄存器并輸出 74HC595 引腳見圖 ，其引腳功能為 : Q1～ Q7: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8個段。: 級聯(lián)輸出端 ， 它 可 接下一個 595 的 SI端。 SHCP： 移位寄存器時鐘輸入 ， 上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位 ， 下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。通常將 RCK 置為低電平，當移位結(jié)束后，在RCK 端產(chǎn)生一個正脈沖，更新顯示數(shù)據(jù)。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。 DS： 串行數(shù)據(jù)輸入 。 Q0：鎖存器輸出端。 GND：接地。 而 選取串口輸入， I/O 口資源使用較少。 本設(shè)計中列方向 由 4— 16 譯碼器 74HC154 完成掃描，它由 AT89C51 的 控制。 只要控制端 /E /E2 任意一個為高電平， A、 B、 C、 D 任意電平輸入都無效。 當兩個選通輸入 /E1 和 /E2 為低時 , 它可將 4 個二進制編碼的輸入譯成 16 個互相獨立的輸出之一。當任何一個選通輸入是高時，所有輸出都為高。 GND：接地。 AOA3：地址輸入端 。 圖 74HC154引腳圖 74HC154 是 4 線 16 線譯碼器 /解調(diào)器 ，其功能為： （ 1） 將 4 個二進制編碼輸入譯成 16個彼 此 獨立的輸出之一 。 （ 3） 輸入箝位二極管簡化了系統(tǒng)設(shè)計 。 電源模塊設(shè)計 由于點陣系統(tǒng)耗電量較大 ,如果 采用干電池作為 LED 點陣系統(tǒng)的電源， 使用干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型 社會 的要求。 基于以上分析，我決定采用 LM7805三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源 ，見圖 。 圖 16*16LED顯示屏圖 對于 8*8 LED點陣顯示有以下兩種方案： 靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用 0 和 1 表示 ,若為0 ,則表示 LED 無電流 ,即暗狀態(tài) 。若給每一個發(fā)光 二極管一個驅(qū)動電路 ,一幅畫面輸入以后 ,所 LED 的狀態(tài)保持到下一幅畫。 動態(tài)顯示，對一幅畫面進行分割 ,對組成畫面的各部分分別顯示 ,是動態(tài)顯示方式。但設(shè)計 上如果處理不當 ,易造成亮度低 ,閃爍問題。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式 , 復(fù)用的程度不是無限增加的 , 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短 , 發(fā)光的亮度等因素。 由于靜態(tài)顯示方式 ,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多 ,引線多而復(fù)雜 ,成本高 ,且可靠性也較低 。且動態(tài)顯示易于制作和理解，又能鞏固所學(xué)知識，達到畢業(yè)設(shè)計的目標，所以我采用動態(tài)