2282 1616點陣LED電子顯示屏,點陣,led,電子顯示屏 基于51單片機的4個16×16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計,姓名： 學(xué)號： 學(xué)院： 班級： 指導(dǎo)老師：,問題陳述,LED具有：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。 隨著LED顯示屏在廣告?zhèn)髅筋I(lǐng)域逐漸嶄露頭角，其控制系統(tǒng)也如雨后春筍，層出不窮。由于它的控制系統(tǒng)均是基于嵌入式微處理器開發(fā)，所以單片機在其中也占有一席之地。但是，由于LED顯示屏控制較復(fù)雜，特別是對于顯示特殊效果，如循環(huán)移動、覆蓋霓虹燈效果，要求處理器運算速度快、執(zhí)行效率高，所以很多控制卡生產(chǎn)廠家采用高端嵌入式系統(tǒng)進行設(shè)計。這樣做雖然能在一定程度上提高數(shù)據(jù)處理速度，但是并不能完全滿足所有顯示效果要求，而且開發(fā)和產(chǎn)品成本也會隨之成倍增加，甚至由于其設(shè)計不當(dāng)可能在顯示時出現(xiàn)抖動、閃爍、重影等現(xiàn)象。歸根結(jié)底，LED顯示屏控制卡的設(shè)計中硬件是一方面因素，同時還要考慮到顯示數(shù)據(jù)組織方式，通過軟硬件結(jié)合的方法才能設(shè)計出一款性價比較高的控制卡。本論文提出基于普通51系列單片機實現(xiàn)LED顯示屏控制的原理及方法。,項目概述,本設(shè)計是4個16×16點陣LED電子顯示屏的設(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行驅(qū)動器74LS154和八個列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示4個漢字，采用16塊8 x 8點陣LED顯示模塊來組成4個16x16點陣顯示模式。顯示采用動態(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。文中詳細介紹了LED點陣顯示的硬件設(shè)計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計，以及使用說明等。,,功能要求和方案論證 一.功能要求 本方案設(shè)計一個電子顯示屏，具體要求滿足以下條件： 1.要求采用51單片機作為微控制器； 2.通過四個16ｘ16的點陣LED進行文字顯示； 3.在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足、穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。 4.文字顯示具有每排字有滾動和逐排等顯示方式。,二. 方案論證 方案論證分為顯示模塊論證和數(shù)據(jù)傳輸論證兩部分 1.顯示模塊論證 點亮LED數(shù)碼管的方式有靜態(tài)和動態(tài)2種方法。本文以8段LED作為示例來論證方案,,如畫出了室內(nèi)直插式8×8點陣雙基色LED模塊實物圖。這種模塊由64個發(fā)光LED芯片以8×8的形式構(gòu)成一個正方形模塊，然后用2列8針引腳將內(nèi)部電路接口引出，供驅(qū)動電路使用。 行對應(yīng)的給LED的陽極，先給第一行以高電平，如果送給16列的代碼為EFFF，則第一行的第4個LED被點亮，再給第二行以高電平，如果送給16列的代碼為EF07，則第二行的第4、9、10、11、12、13個被點亮，接著給第三行以高電平，同時給列以驅(qū)動代碼，這樣不斷地進行行行的掃描，只要速度夠快，由于人的視覺暫留作用，就不會感覺到明顯的閃爍感。點陣上會看到一個清晰的“機”字,1.靜態(tài)顯示方式 靜態(tài)顯示方式，即8段LED數(shù)碼管在顯示某一個數(shù)碼時，加在數(shù)碼管上的段碼保持不變，直至換顯其他數(shù)碼為止。這樣數(shù)碼管的每一段均應(yīng)由一條輸出線來控制，每顯示以為數(shù)碼需要8根輸出線，當(dāng)N位顯示則需N×8根輸出控制線。占用較多I/O資源。 2.動態(tài)顯示方式 為解決靜態(tài)顯示占用較多I/O資源的問題，在多位顯示時通常采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的段碼線對應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的輸出口控制，每位數(shù)碼管的公共端分別出一位I/O線控制。顯示不同數(shù)碼時，由位線控制各位輪流顯示。位線控制某位選通時，該位應(yīng)顯示數(shù)碼的段碼同時加在段碼線上，即每一時刻僅僅有一位數(shù)碼管是被點亮的，當(dāng)輪流顯示的速度較快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，看起來就像所有位同時顯示一樣，這時，我們就能看到穩(wěn)定的圖像了,二. 數(shù)據(jù)傳輸論證 采用動態(tài)顯示方式進行顯示時，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(yīng)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(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)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?，控制電路可以只用一根信號線，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(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢螅@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(zhǔn)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(zhǔn)備時間可能相當(dāng)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(zhǔn)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)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)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(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。,顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖,4個16×16點陣顯示屏硬件原理圖,系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計,硬件電路大致上可以分成單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路三部分 1.單片機系統(tǒng)和外圍電路 單片機采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時期顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅(qū)動器相連，用來顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號；P1.5～P1.7口則用來發(fā)送控制信號。P0口和P2口空著，在有必要的時候可以擴展系統(tǒng)的ROM和RAM。,2.行驅(qū)動電路,,由于16x64點陣顯示器有16行，為充分利用單片機的接口，本電路中加入了一個 4-16線譯碼器74LS154，其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號，它們的管腳示意圖如圖4所示。把74LS154的G1和G2引腳接地，然后以A、B、C、D四腳為輸入端。就會形成16種不同的輸入狀態(tài)，分別為0000～1111，然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即會有16路輸出,列驅(qū)動電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達到重疊處理的目的。,系統(tǒng)程序的設(shè)計,顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。,顯示驅(qū)動程序 顯示驅(qū)動程序在進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，掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下： 刷頻率（幀頻）=1/16× 溢出率=1/16× 其中f位晶振頻率， 為定時器T0初值（工作在16位定時器模式）。 然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約3s；接著向上滾動顯示漢字及一個圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。,顯示驅(qū)動程序流程圖,系統(tǒng)主程序流程圖,LED顯示屏硬件電路只要硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，一般無需調(diào)試即可 正常工作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由定時器T0的溢出率和單片機的晶振頻率決定， 下表給出了實驗調(diào)試時采用的頻率及其對應(yīng)的定時器T0初值。 從理論上來說，24Hz以上的刷新頻率就能看到穩(wěn)定的連續(xù)的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時刷新頻率越高，顯示驅(qū)動程序占用的CPU時間越多。試驗證明，在目測條件下刷新頻率40Hz一下的畫面看起來閃爍較嚴重，刷新頻率50Hz以上的已基本察覺不出畫面的閃爍，刷新頻率達到85Hz以上時再增加畫面閃爍沒有明顯的改善。,謝謝欣賞,END,