目錄
1 選題背景 1
2 方案論證 1
2.1 課設(shè)要求 1
2.2 方案論證 1
3 16×16點(diǎn)陣LED顯示器滾動(dòng)顯示電路驅(qū)動(dòng)過程 2
3.1 系統(tǒng)框圖 2
3.2 硬件電路 2
3.2.1 晶振電路設(shè)計(jì) 2
3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 3
3.2.3 74HC154譯碼電路設(shè)計(jì) 3
3.2.4 整體原理設(shè)計(jì) 4
3.3 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 5
3.3.1 程序框圖簡(jiǎn)介 5
3.3.2 程序分析 6
4 結(jié)果分析 10
4.1 程序調(diào)試與仿真 10
4.2 仿真結(jié)果 10
5 設(shè)計(jì)總結(jié) 10
參考文獻(xiàn) 12
1 選題背景LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 LED點(diǎn)陣顯示屏以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。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。LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：證券交易、金融信息顯示、機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示、港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示、體育場(chǎng)館信息顯示、道路交通信息顯示、調(diào)度指揮中心信息顯示、郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示、廣告媒體新產(chǎn)品等。 2 方案論證2.1 課設(shè)要求熟悉51系列（兼容）單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)Keil C51集成開發(fā)環(huán)境（u Vison系列編譯器）和Proteus電路分析與實(shí)物仿真軟件。 了解點(diǎn)陣LED顯示器結(jié)構(gòu)及字符字模(字符代碼)，熟悉點(diǎn)陣LED顯示器驅(qū)動(dòng)的基本原理。設(shè)計(jì)16×16點(diǎn)陣LED顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)在16×16點(diǎn)陣LED顯示器上的字符滾動(dòng)顯示。16×16點(diǎn)陣LED顯示器可由4塊8×8點(diǎn)陣LED顯示器構(gòu)成�？刹捎脝纹瑱C(jī)并行端口、移位寄存器、譯碼器或鎖存器等4種驅(qū)動(dòng)方式中的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)16×16點(diǎn)陣LED顯示器的驅(qū)動(dòng)。 電路方面主要包括以下3部分。（a）設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)（包括復(fù)位電路和外接的晶振電路），并確定相關(guān)元器件參數(shù)。(b)采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的方式，設(shè)計(jì)單片機(jī)并行端口、移位寄存器、譯碼器或鎖存器等與16×16點(diǎn)陣LED顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，主要包括控制點(diǎn)陣LED行和列的連線。(c)采用移位寄存器、譯碼器或鎖存器驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣LED顯示器時(shí)，設(shè)計(jì)單片機(jī)與移位寄存器、譯碼器或鎖存器間的控制連線。 編寫16×16點(diǎn)陣LED顯示器字符（串）滾動(dòng)顯示程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)字（0—9）或英文字符（A—G）的滾動(dòng)顯示。 2.2 方案論證搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。以設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對(duì)比選擇選定AT89C51單片機(jī)為核心控制器件，由74HC154為譯碼電路器件。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法[1]。 3 16×16點(diǎn)陣LED顯示器滾動(dòng)顯示電路驅(qū)動(dòng)過程
3.1 系統(tǒng)框圖本次設(shè)計(jì)采用包括為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振電路，進(jìn)行復(fù)位操作的復(fù)位電路行控制電路，單片機(jī)電路，74HC154譯碼驅(qū)動(dòng)電路，LED點(diǎn)陣顯示電路。如圖3-1所示。 （見附件） 圖3-1 系統(tǒng)框圖 3.2 硬件電路
3.2.1 晶振電路設(shè)計(jì)外界晶振電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏，其典型值為 12MHZ。XTAL1、XTAL2 引腳外界晶振和電容組成振蕩器。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由晶振頻率決定,C1 和 C2 的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率ƒ起微調(diào)作用（C1、 C2 變大，ƒ變�。涞湫椭禐� 30pF，振蕩器在加電以后月 10ms 開始起振，XTAL2 輸出 3V 左右的正弦波，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘送入單片機(jī)內(nèi)部[2]，如圖3-1所示。 
圖3-1 晶振電路本次設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，對(duì)于 AT89C51 的上電復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1μF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電 容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如圖3-2所示。  圖3-2 復(fù)位電路74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個(gè)互斥的低有效輸出。74HC154的兩個(gè)輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號(hào)”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個(gè)“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個(gè)使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當(dāng)一個(gè)1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時(shí)，地址輸出將會(huì)跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。如圖3-3所示。  圖3-3 74HC154譯碼電路原理圖如圖3-4所示。 
圖3-4 原理圖 電路設(shè)計(jì)需要的元器件包括電阻，電容，單片機(jī)，譯碼器，移位寄存器，LED點(diǎn)陣等。具體元器件規(guī)格數(shù)量見表3-1所示。 表3-1 元器件清單 3.3 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
3.3.1 程序框圖簡(jiǎn)介程序主要有頭文件，端口定義，定義所用的函數(shù)，字模函數(shù)，具體函數(shù)編寫包括主函數(shù)。根據(jù)電路圖原理，主體流程圖如圖3-6所示。 （見附件） 圖3-6 程序框圖 3.3.2 程序分析16×16點(diǎn)陣LED顯示器基于74HC154譯碼驅(qū)動(dòng)的C語言程序分析。
4 結(jié)果分析
4.1 程序調(diào)試與仿真完成硬件設(shè)計(jì)和軟件程序編寫后，將keil uvison4軟件中編輯好的程序輸出文件載入protues軟件中的單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行仿真。按照顯示的結(jié)果進(jìn)行程序的調(diào)試，顯示的時(shí)間通過延時(shí)函數(shù)改變。調(diào)試結(jié)束后可以驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的硬件方案和軟件方案的正確性。首先沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤顯示且顯示的漢字穩(wěn)定清晰，說明了電路原理的合理，所選元件也是正確的；其次顯示的內(nèi)容也與所編程序相符合，說明軟件方案也是可行的。 4.2 仿真結(jié)果運(yùn)行程序，在16×16點(diǎn)陣顯示屏上依次顯示A-G七個(gè)字符，并且循環(huán)顯示。運(yùn)行結(jié)果如圖4-1,圖4-2所示。 
圖4-1 顯示字符B 圖4-2 顯示字符E 經(jīng)過一段時(shí)間的工作，終于完成了基于51單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目所要求的功能全部達(dá)到。通過這次設(shè)計(jì)收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識(shí)還有更為重要的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和過程中所發(fā)現(xiàn)的問題。 從設(shè)計(jì)之初就確定了參照大屏幕顯示屏的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)際情況設(shè)計(jì)一款小屏幕的LED點(diǎn)陣顯示屏。在查閱了大量的大屏幕顯示屏資料后確定了題目的設(shè)計(jì)方案。在實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)的過程中所遇到的問題和困難給我留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和深刻教訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是： （1）設(shè)計(jì)之前應(yīng)該進(jìn)行大量的資料收集和分析，確定一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路； （2）器件選擇時(shí)要詳細(xì)閱讀器件使用手冊(cè)，不但要考慮器件的功能實(shí)現(xiàn)還要考慮器件在整個(gè)系統(tǒng)中的兼容性； （3）軟件的編寫不但要實(shí)現(xiàn)功能還要不斷的優(yōu)化、簡(jiǎn)練、易讀。 參 考 文 獻(xiàn) - 張義和.例說51單片機(jī)（C語言版）.人民郵電出版社.2008:21-22
- 何宏.單片機(jī)原理及其應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2012:7-8
單片機(jī)源程序如下:- #include <reg51.h>
- #define u8 unsigned char //定義無符號(hào)字符型
- #define u16 unsigned int //定義無符號(hào)整型
- #define SPEED 18
- u8 code table1[]={ //定義低八位數(shù)組
- /*-- 文字: --*/
- /*-- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=8x16 --*/
- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
- …………
- …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
- /*-- 文字: --*/
- /*-- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=8x16 --*/
- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
-
- };
- u8 i,j,m=0;
- u16 z; //定義字符
- void delay(u16);
- void main()
- {
- P0=0x00;
- P2=0x00;
- P3=0xff; //端口初始化
- while(1)
- {
- for(i=0;i<120;i++) //確定掃描起點(diǎn)
- {
- for(z=0;z<SPEED;z++) //確定顯示字符的速度
- {
- for(j=0;j<16;j++) //確定每個(gè)列所顯示的內(nèi)容
- {
- m=i+j;
- P3=j;
- delay(1); //延時(shí)程序
- P0=table1[m]; //P0口輸出數(shù)組
- P2=table2[m] ; //P2口輸出數(shù)組
- delay(1); //延時(shí)程序
- P0=0x00;
- P2=0x00;
- }
- }
- }
- ……………………
- …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
所有資料51hei提供下載:
http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-105747-1.html
| 
