單片機字符點陣課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計使用單片機AT98S51構成的最小系統(tǒng)作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅動16×16點陣LED顯示屏。本設計通過兩片74HC138 3線-8線譯碼器作為點陣行驅動，兩片74HC595 8位串入并出移位鎖存寄存器級聯(lián)后構成點陣列驅動，最終能夠實現(xiàn)分時循環(huán)顯示“河南理工大學電氣學院”十個漢字。</p>

2、;<p>　　硬件方面，主要包括四個部分：由時鐘電路、復位電路構成的單片機最小系統(tǒng)；由兩片74HC138構成的行驅動電路；由兩片74HC595構成的列驅動電路； 16*16 LED點陣屏。</p><p>　　軟件方面，在繪制出硬件電路圖的基礎上，用單片機C語言C51編寫出源程序后，通過proteus軟件構成仿真電路，進行仿真調試，找出程序的錯誤，直至能夠調試出設計要求的結果。</p>

3、<p>　　最后，進行硬件調試。通過燒錄器，將源程序生成的HEX文件燒寫入單片機，并插入已經(jīng)焊好的電路板進行調試，找出虛焊及設計不合理的地方，進行修改。</p><p>　　通過以上步棸設計出的顯示屏，字體顯示清晰，肉眼觀察無明顯閃動，能夠基本滿足題目要求。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

4、t;　　1 概述3</b></p><p>　　1.1 LED及LED顯示屏3</p><p>　　1.2 功能要求4</p><p>　　1.3 方案論證4</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計5</p><p>　　2.1 顯示屏總體方案5</p><p

5、>　　2.2 行驅動電路5</p><p>　　2.3 列驅動電路7</p><p><b>　　3 軟件設計10</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)主體流程10</p><p>　　3.2 顯示一個漢字10</p><p>　　3.3 列驅動輸出更新11<

6、/p><p>　　3.4 行驅動輸出更新12</p><p>　　4 Proteus軟件仿真13</p><p>　　4.1 Proteus軟件簡介13</p><p>　　4.2 Proteus仿真過程13</p><p>　　4.3 Proteus仿真效果圖14</p><p>

7、;　　5 課程設計體會15</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　附1 源程序代碼17</p><p>　　附2 系統(tǒng)原理圖20</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 LED及LED顯示屏</

8、p><p>　　LED發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體器件。它利用固體半導體晶片作為發(fā)光材料，在半導體中通過載流子發(fā)生復合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED的內在特征，決定了它與傳統(tǒng)光源相比具有很多的優(yōu)點，如體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度低熱量、環(huán)保、堅固耐用等。</p><p>　　LED顯示屏，則是利用眾多LED發(fā)光二

9、極管按一定規(guī)則排列構成的點陣顯示屏，是一種通過控制燈的亮滅，來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻等各種信息的顯示屏幕。LED顯示屏按顏色劃分，可以分為以下幾種：全彩顯示屏，單基色顯示屏（單紅、單白、單黃）和雙基色顯示屏（紅綠色、藍綠色）；按顯示性能，則可分為：視頻顯示屏（一般為全彩），文本顯示屏（一般為單基色），圖文顯示屏（一般為雙基色），行情顯示屏（一般為數(shù)碼管或單基色）。</p><p>　　LED點陣顯

10、示屏與其他顯示屏相比，具有以下優(yōu)點：</p><p>　　亮度高：戶外LED顯示屏的亮度大于8000mcd/m2，是目前唯一能夠在戶外全天候使用的大型顯示終端。</p><p>　　壽命長：LED壽命長達100,000小時（十年）以上，保證了顯示屏的長期有效利用。</p><p>　　視角大：室內視角可大于160度，戶外視角可大于120度。視角的大小取決于LED發(fā)光

11、二極管的形狀。</p><p>　　使用靈活：屏幕面積可大可小，小至不到一平米，大則可達幾百、上千平米。與電腦借口簡便，可方便修改顯示的圖像、文字內容。</p><p>　　正是基于以上這些優(yōu)點，現(xiàn)在的LED顯示屏已經(jīng)廣泛運用于日常的生產(chǎn)生活服務中，如：商場促銷宣傳，發(fā)布促銷廣告信息，起到公告板的作用；廠礦企業(yè)、機關、學校等主要建筑正門上方，顯示歡迎語，節(jié)日助詞等，既烘托了氣氛，又省去了懸

12、掛橫幅的浪費與麻煩；廣場矗立大型顯示屏，播放文明宣傳圖文及新聞、天氣、時事等，豐富人民的文化需求……</p><p><b>　　1.2 功能要求</b></p><p>　　設計一個16*16點陣LED顯示屏，分時顯示“河南理工大學電氣學院”十個漢字。要求屏幕各點亮度均勻、充足；顯示字體清晰、穩(wěn)定，無串擾及明顯的閃動；相鄰漢字切換時，不能因余輝而顯示重疊，出現(xiàn)馬賽

13、克。</p><p><b>　　1.3 方案論證</b></p><p>　　16*16點陣LED顯示屏共有256個發(fā)光二極管，顯然51單片機沒有這么多端口。如果我們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，這里我們僅僅是16×16的點陣，顯然已不合算，而在實際中的顯示屏往往要大的

14、多，這樣在鎖存器上的花銷將是一個很龐大的數(shù)字。因此在現(xiàn)實應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。</p><p>　　動態(tài)掃描，簡單的說就是逐行輪流掃描。具體到本設計，就是LED點陣16行的每一行（LED陰極）分別連在一起，用兩片74HC138的16個端口分別驅動，用于選中要顯示的那一行（低電平選中）；每一列的LED陽極分別連在一起，用兩片74HC595的16個端口分別驅動，用于輸

15、出字型碼（高電平點亮該列的LED）。先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)于74HC595的16個端口并鎖存，然后選通第一行使其點亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其點亮相同的時間，然后熄滅…… 第十六行之后又重新燃亮第一行，這樣反復輪回刷新掃描。當刷新的速度足夠快時，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，我們就能看到點陣屏上的圖形穩(wěn)定顯示了。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計</

16、p><p>　　2.1 顯示屏總體方案</p><p>　　2.2 行驅動電路</p><p>　　行驅動電路采用兩片74HC138 3線-8線譯碼器來實現(xiàn)。</p><p>　　74HC138是一款高速CMOS器件，引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。</p><p>　　圖2-1 74HC138管腳圖&

17、lt;/p><p>　　表2-1 74HC138管腳說明</p><p>　　表2-2 74HC138真值表</p><p>　　74HC138(1)與74HC138(2)譯碼地址輸入端C、B、A分別連在一起，共用單片機P2^2，P2^1，P2^0端口。74HC138(1)的使能端E3與74HC138(2)的使能端、連在一起后接至單片機P2^3端口，同理，74HC1

18、38(2)的使能端E3同74HC138(1)的、連接在一起后接至單片機P2^4端口。如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 兩片74HC138連接圖</p><p>　　這樣，74HC138(1)被選中時，因74HC138(2)的E3=0，=1，=1而輸出~均為高電平。</p><p>　　2.3 列驅動電路</p><p>　　

19、列驅動電路采用兩片74HC595級聯(lián)實現(xiàn)。通過74HC595(1)的QH與74HC595(2)的SI端相連實現(xiàn)。</p><p>　　74HC595是一款漏極開路輸出的CMOS移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出端。</p><p>　　圖2-3 74HC595管腳圖</p><p>　　表2-3 74HC595管腳說明</p><p>

20、　　表2-4 74HC595真值表</p><p>　　由于74HC595是8位串入并出移位鎖存寄存器，因而采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ挥靡桓鶖?shù)據(jù)總線就可以將16位的列代碼輸送到74HC595的輸出端，本設計采用P1^2作為串行數(shù)據(jù)輸出端口，與74HC595的數(shù)據(jù)端口SI相連。P1^0作為數(shù)據(jù)輸入時鐘線，與74HC595的SCK端相連，在SCK的每一個上升沿，都會從SI端移入下一位數(shù)據(jù)到74HC595的最低位Q0。當

21、74HC595的16個輸出端口數(shù)據(jù)全部更新一遍后，單片機的P1^1端口（與RCK端相連）產(chǎn)生一個上升沿，將數(shù)據(jù)鎖存到74HC595的16個端口上。最后，行選通后就可以刷新顯示一行了。如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 兩片74HC595級聯(lián)圖</p><p><b>　　3 軟件設計</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)主體

22、流程</p><p>　　3.2 顯示一個漢字</p><p>　　3.3 列驅動輸出更新</p><p>　　當兩片74HC595的16個輸出端均更新完一遍后，給RCK一個上升沿，則該行的字型碼就鎖存到了74HC595的16個輸出端上。</p><p>　　3.4 行驅動輸出更新</p><p>　　行驅動輸出

23、更新采用查表方式。當74HC138(1)的E3=1，==0時，片1有效，片2輸出全為高電平（E3=0）。當C B A端分別為0 0 0時，選通輸出74HC138(1)的第一行=0。此時，P2^4=0，P2^3=1，P2^2=P2^1=P2^0=0，則P2口輸出行選碼0x08 。同理，16*16點陣的上8行的行選通碼為：0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f，下8行的行選通碼為：0x10,0x11,

24、0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17 ，均從P2口輸出。</p><p>　　4 Proteus軟件仿真</p><p>　　4.1 Proteus軟件簡介</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目

25、前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/1

26、6/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　4.2 Proteus仿真過程</p><p>　　將Keil編譯源程序后生成的.HEX文件裝入Proteus的AT89C51仿真模型中。設置好單片機的時鐘頻率為12MHz，點擊“運行”，即可看到

27、仿真結果。</p><p>　　4.3 Proteus仿真效果圖</p><p><b>　　5 課程設計體會</b></p><p>　　在這次課程設計的過程中，我和我的搭檔通過查閱大量的相關資料，詳細了解了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,為將來

28、畢業(yè)設計奠定了基礎。在設計過程中，我熟練掌握了proteus仿真軟件的基本應用，與此同時也感到proteus仿真軟件對我們電氣專業(yè)的學生來說是一門相當有用的課程。不僅如此，通過這次單片機課程設計，復習并進一步學習了MCS-51單片機以及C51編程語言。</p><p>　　尤其是在焊接硬件的過程中，由于出線較多，很容易出現(xiàn)串線、接錯焊點的現(xiàn)象。在調試程序的時候，當?shù)谝淮伟殉绦蛳螺d到單片機并運行時，發(fā)現(xiàn)四塊8*8

29、LED點陣屏的上兩塊和下兩塊顯示的字形一樣，均是一個漢字的上半部分。經(jīng)過認真檢查接線，發(fā)現(xiàn)兩片74HC138 的片選線接成了一樣，造成上下兩塊LED點陣對應行被同時選通，出現(xiàn)錯誤結果。互換兩條接線后，同時只能選中一片74HC138。再次通電后，顯示結果正確無誤。</p><p>　　總之，從這次設計中，我們最重要的感受是：做任何事都有耐心和毅力，否則將一事無成。</p><p><b

30、>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.</p><p>　　[2] 何立民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.</p><p>　　[3] 鄔寬明.單片機外圍器件實用手冊[M].北京：北京航空航天大學出

31、版社，1998.</p><p>　　[4] 張毅剛等.MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)電子出版社，1996.</p><p>　　[5] 張新成，楊志邦.C語言程序設計[M].鄭州：河南科學技術出版社，2009.</p><p>　　[6] 余發(fā)山，王福忠.單片機原理及應用技術[M].徐州：中國礦大出版社，2004.</p>&l

32、t;p>　　[7] 胡漢才.單片機原理及接口技術（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2003.</p><p>　　[8] 李勛，李新民.MCS-96系列8089單微型計算機[M].北京：北京航空航天大學出版社，1991.</p><p>　　[9] 張凱，馬忠梅.MCS-51單片機綜合系統(tǒng)及其設計開發(fā)[M].北京：科學出版社，1996.</p><p>

33、　　[10] 陳偉人.MCS-51系列單片機實用子程序集錦[M].北京：清華大學出版社，1993.</p><p><b>　　附1 源程序代碼</b></p><p>　　/********************************************************************</p><p>　　16*16字

34、符點陣顯示“河南理工大學電氣學院”共10個漢字</p><p>　　********************************************************************/</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include <intrins.h></p>

35、<p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define N 10 //共顯示N個漢字</p><p>　　sbit SCK = P1^0;//引腳定義</p><p>　　sbit RCK = P1^1

36、; </p><p>　　sbit SI = P1^2; </p><p>　　uchar code lie[N][32] = {</p><p>　　{0x40,0x04,0x3F,0xFE,0x10,0x08,0x00,0x08,0x80,0x48,0x67,0xE8,0x24,0x48,0x0C,0x48,</p><p>　　0x

37、14,0x48,0x24,0x48,0xE7,0xC8,0x24,0x48,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x28,0x20,0x10},//河</p><p>　　{0x01,0x00,0x01,0x04,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x04,0x7F,0xFE,0x48,0x24,0x44,0x44,</p><p>　　0x5F,0xF4,

38、0x41,0x04,0x41,0x04,0x5F,0xF4,0x41,0x04,0x41,0x04,0x41,0x14,0x40,0x08},//南</p><p>　　{0x00,0x08,0x13,0xFC,0xFA,0x48,0x22,0x48,0x23,0xF8,0x22,0x48,0xFA,0x48,0x23,0xF8,</p><p>　　0x20,0x40,0x20,0x5

39、0,0x23,0xF8,0x3C,0x40,0xE0,0x40,0x40,0x44,0x0F,0xFE,0x00,0x00},//理</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x08,0x7F,0xFC,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,</p><p>　　0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0

40、x00,0x01,0x00,0x01,0x04,0xFF,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00},//工</p><p>　　{0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x04,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x02,0x80,</p><p>　　0x02,0x80,0x02,0x40,0x04,0x40,0x04

41、,0x20,0x08,0x10,0x10,0x0E,0x60,0x04,0x00,0x00},//大</p><p>　　{0x22,0x08,0x11,0x08,0x11,0x10,0x00,0x20,0x7F,0xFE,0x40,0x02,0x80,0x04,0x1F,0xE0,</p><p>　　0x00,0x40,0x01,0x84,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x

42、01,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x02,0x00},//學</p><p>　　{0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x10,0x7F,0xF8,0x42,0x10,0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10,</p><p>　　0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10,0x02,0x00,0x02,0x04,

43、0x02,0x04,0x01,0xFC,0x00,0x00},//電</p><p>　　{0x10,0x00,0x10,0x08,0x1F,0xFC,0x20,0x00,0x2F,0xF0,0x40,0x00,0xBF,0xE0,0x00,0x20,</p><p>　　0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x22,0x00,0x1

44、2,0x00,0x0A,0x00,0x04},//氣</p><p>　　{0x22,0x08,0x11,0x08,0x11,0x10,0x00,0x20,0x7F,0xFE,0x40,0x02,0x80,0x04,0x1F,0xE0,</p><p>　　0x00,0x40,0x01,0x84,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x05,0

45、x00,0x02,0x00},//學</p><p>　　{0x00,0x80,0x78,0x40,0x4F,0xFE,0x54,0x02,0x58,0x14,0x63,0xF8,0x50,0x00,0x48,0x08,</p><p>　　0x4F,0xFC,0x48,0xA0,0x68,0xA0,0x50,0xA0,0x41,0x22,0x41,0x22,0x42,0x1E,0x4C

46、,0x00}//院</p><p><b>　　};</b></p><p>　　/*-----------------------------------------------</p><p>　　x ms 延時子程序</p><p>　　*-------------------------------------

47、---------*/</p><p>　　void delayxms(uint x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p><b>　　while(x)</b></p><p>&

48、lt;b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<125;i++);//12MHz時鐘頻率</p><p><b>　　x--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

49、<p>　　/*-----------------------------------------------</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　*-----------------------------------------------*/</p><p>　　void main(void)

50、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar data hang[16] = {0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,//上8行選通碼</p><p>　　0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17 };//下8行選通碼</

51、p><p>　　uchar row = 0;</p><p>　　uchar n = 0;</p><p>　　uchar count = 0;</p><p>　　uchar subcode = 0;</p><p>　　uchar i,j;</p><p>　　uchar shuaxin=15;

52、//一個漢字刷新次數(shù)</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(count=0;count<N;count++)//共有N個漢字需要顯示</p><p><b>　　{</b></p

53、><p>　　P2 = 0x00;//每顯示一個漢字，全滅0.5s鐘</p><p>　　delayxms(500);</p><p>　　//先顯示1個漢字</p><p>　　for(shuaxin=0;shuaxin<15;shuaxin++) //每個漢字刷新shuaxin次。</p><p><

54、;b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<32;i++)//1個漢字共32個字型碼,每2個字型碼可以點亮一行</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(n=0;n<2;n++)//每次取兩個字型碼，輸出一次，一行</p><p><b

55、>　　{</b></p><p>　　subcode = lie[count][i++];//暫存</p><p>　　for(j=0;j<8;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SI = subcode & 0x80;//取字模代碼最高位</p

56、><p>　　subcode <<= 1; //左移1位</p><p><b>　　SCK = 0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　

57、SCK = 1; //上升沿時移入一位</p><p><b>　　}</b></p><p>　　}//此時74HC595的16個輸出端全部更新了一遍</p><p>　　row = (i-1)/2;//row = 0--15 共16行</p><p>　　P2 = hang[row];//行選通</p

58、><p>　　RCK = 0; //輸出鎖存準備</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　RCK = 1;//上升沿時74HC595并行輸出，顯示1行</p><p>　　delayxms

59、(1);//延時10ms增亮</p><p>　　P2 = 0x00;//行全為高電平</p><p>　　delayxms(1);//全滅，消除拖尾余輝</p><p><b>　　i--; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b