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LED8x8點陣顯示屏設(shè)計報告+PCB原理圖與單片機(jī)程序源碼

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樓主
ID:312160 發(fā)表于 2018-4-20 08:21 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
資料包：


Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)


1 緒論
1.1 前言
LED點陣顯示屏是集微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸?shù)仍S多行業(yè)。目前大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果(主要是顯示內(nèi)容的滾動)的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計進(jìn)行。而實際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標(biāo)顯示等。這時一般的顯示系統(tǒng)就很難達(dá)到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符往往難以顯示，同時顯示內(nèi)容也不能隨意更改。    因此就提出了一種利用PC機(jī)和單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)通信方法。該方法可以對顯示內(nèi)容進(jìn)行實時控制，從而實現(xiàn)諸如動態(tài)顯示效果。同時用戶也可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽，顯示內(nèi)容亦可以即時修改。同時它具有發(fā)光率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點。并廣泛的用于公交汽車、商店、體育場館、車站、學(xué)校、銀行、高速公路等公共場所的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED 顯示屏發(fā)展較快，本文講述了基于89C51單片機(jī)8×8 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)。
1.2 選題背景
LED電子顯示屏是隨著計算機(jī)及相關(guān)的微電子﹑光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能價格比高、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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED 點陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而成 為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸?shù)仍S多行業(yè)。
1.3設(shè)計要求
利用一塊點陣數(shù)碼板，按編程者要求實現(xiàn)任意符號的顯示。
1.4 國內(nèi)外的研究概況
目前大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內(nèi)容的滾動）的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計進(jìn)行。而實際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標(biāo)顯示等。這時一般的顯示系統(tǒng)就很難達(dá)到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時顯示內(nèi)容也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機(jī)和單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內(nèi)容（包括漢字和特殊圖符）進(jìn)行實時控制，從而實現(xiàn)諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該方法同時還可以調(diào)節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時用戶也可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽，顯示內(nèi)容亦可以即時修改。在我國改革開放之后，特別是進(jìn)入90年代國民經(jīng)濟(jì)高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢，因而在LED顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
1.5此次設(shè)計研究的主要內(nèi)容應(yīng)解決的問題
此次設(shè)計研究的主要內(nèi)容是設(shè)計一個符號顯示牌：通過程序控制符號顯示牌，使符號顯示牌，在無按鍵按下時，顯示數(shù)字“0-9”，當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存I時，顯示字母“μ”，當(dāng)?shù)诙伟聪掳存I時顯示漢字“公”。
應(yīng)解決的問題：單片機(jī)P1口的輸出電流不足以驅(qū)動二極管，需要加驅(qū)動，本次研究中以S8050作為驅(qū)動，同時在S8050NPN晶體管基極加4.7K的電阻。實驗前要弄清晶體管三個引腳代表的極性，以免符號顯示牌不亮導(dǎo)致而設(shè)計失敗。


2 總體設(shè)計方案
2.1 硬件電路組成
本產(chǎn)品采用以89C51單片機(jī)為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由89C51芯片、晶振電路、三極管驅(qū)動電路、按鍵控制電路、8×8 LED點陣5部分組成，電路框圖如圖1所示。其中，89C51是一種帶4kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS一51指令集和輸出管腳相兼容。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(jìn)行1 000次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌人式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到89C51芯片。時鐘電路由89C51的18，19腳的時鐘端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X 、電容C2、C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R ，R2，電容C ，開關(guān)K 組成，分別接至89C51的RST復(fù)位輸人端。LED點陣顯示屏采用8x8共64個象素的點陣，可通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布。
我們把行列總線接在單片機(jī)的I/O口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的字符了。我們在實際應(yīng)用中是將LED點陣的8條列線通過驅(qū)動電路接在P1口，8條行線通過限流電阻接在P0口。單片機(jī)89C51按照設(shè)定的程序在P1和P0接口輸出與內(nèi)部字符對應(yīng)的代碼電平送至LED點陣的行列線(高電平驅(qū)動)，從而選中相應(yīng)的象素LED發(fā)光，并利用人眼的視覺暫留特性合成整個字符的顯示。再改變?nèi)”淼刂穼崿F(xiàn)字符的滾動顯示。硬件電路組成框圖如圖5所示。
圖2-1 硬件電路組成框圖
2.2 系統(tǒng)各單元電路設(shè)計
2.2.1 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖2-2為89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)。

圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

2.2.2 按鍵控制電路
單片機(jī)開始工作時，P2.0是高電平。當(dāng)按鍵按下時，檢測到一個低電平信號，改變P0口輸出信號，控制8×8 LED點陣顯示屏顯示不同字符。








圖2-3 按鍵控制電路
2.2.3 三極管驅(qū)動電路
掃描驅(qū)動電路的功能主要是有P1口輸出高電平使三極管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)輸出足夠大的電流使二極管導(dǎo)通。
圖2-4 三極管驅(qū)動電路
2.2.4 8×8 LED點陣介紹
圖（4）為8×8點陣LED外觀及引腳圖，，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點亮，則電子模塊中的0口為1，A口為0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在橫軸或列軸。
圖2-5 8×8點陣LED外觀及引腳
(1)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0端口用8芯排芯連接到“點陣模塊”區(qū)域中的“A~H”端口上；
(2)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1端口用8芯排芯連接到“點陣模塊”區(qū)域中的“0~7”端口上；
為了方便于單片機(jī)連接，我們在焊接的過程中特意將0～7接口排列出來作為列，將A～H接口作為行，這樣我們就可以直接將P89C51單片機(jī)的P0口與0~7接口一次連接，將P89C51單片機(jī)的P1口與A~H接口一次連接。要使LED發(fā)亮即使給予數(shù)字端高電平，字母端給予低電平，就能使二極管發(fā)亮。
2.3 字符的點陣顯示原理及字庫代碼獲取方法
    我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由8行8列的點陣組成顯示。我們可以把每一個點理解為一個象素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在64象素范圍內(nèi)的任何圖形。如查用8位的P89C51單片機(jī)控制，如圖所示

圖2-6  8×8點陣等效電路

為了弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。首先將8行分成4位的上、下兩部分，把發(fā)光的象素位編為0不發(fā)光的象素位為1的十六進(jìn)制代碼。這樣就把要顯示的“公”字編為如下代碼：
0x7f,0xbf,0xc1,0xdf,0xdf,0xdf,0xc1,0xdf
由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出他的掃描代碼從而顯示在屏幕上。上述方法雖然能夠讓我們弄清楚字符點陣代碼的獲取過程。字符點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點掃描方法的掃描頻率必須大于16×64—1024 Hz，周期小于1 ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率必須大于16×8—128 Hz，周期小于7．8 ms即可。

3 程序設(shè)計
3.1程序流程圖
  
圖3-1  主程序流程圖
3.2程序設(shè)計
根據(jù)上述所說的程序流程圖，設(shè)計程序如附錄3。

4 調(diào)試及性能分析
4.1系統(tǒng)調(diào)試
4.1.1軟件調(diào)試
首先根據(jù)各單元電路模塊，利用Proteus軟件將總的硬件原理圖繪制好，設(shè)計好各模塊要使用的I/O口，如：8×8點陣LED顯示屏?xí)r候插反，先檢測下，無硬件錯誤后，再進(jìn)行程序編程。
利用C語言的編程方式，將系統(tǒng)要求的基本功能，以及創(chuàng)新功能根據(jù)程序流程圖編寫出來，用Keil軟件調(diào)試無誤后，生成Hex文件。
雙擊Proteus中的P89C51芯片，將Keil生成的Hex加載到芯片內(nèi)，進(jìn)行仿真，經(jīng)調(diào)試后所編寫的程序能夠完美實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各種功能。
4.1.2硬件調(diào)試
硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如下：
(1) 檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，對未連接的進(jìn)行修復(fù)。
(2) 參照原理圖，檢查各個器件之間的連接是否連接正確，是否存在虛焊，經(jīng)測試，各連接不存在問題。
(3) 以上兩項檢查并修復(fù)完后，給該硬件電路上電，電源指示燈點亮。
(4) 將燒錄好程序的最小單片機(jī)系統(tǒng)接入各模塊后，各模塊能過正常工作，如：數(shù)碼管正常發(fā)光。
4.2設(shè)計分析
將燒錄好程序的最小單片機(jī)系統(tǒng)與各模塊連接好后，8×8點陣LED顯示屏顯示初始值。按鍵一次之后，顯示屏顯示滾動字符μ，再按鍵一次，顯示屏顯示漢字“公”。
經(jīng)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試后，所設(shè)計的系統(tǒng)完美實現(xiàn)了所需的控制要求和創(chuàng)新要求。

總結(jié)
本文設(shè)計一個8×8點陣LED圖文顯示屏。經(jīng)過測試，LED各點亮度均勻，可顯示圖形和文字，且穩(wěn)定清晰無串?dāng)_。本系統(tǒng)具有硬件少、結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠等特點。通過查閱資料，了解了LED發(fā)光原理和LED顯示技術(shù)的原理和現(xiàn)狀。在 LED點陣顯示屏的設(shè)計過程中，學(xué)到了很多東西，復(fù)習(xí)了Protel、Proteus、Keil等軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用�；玖私饬苏麄�嵌入式開發(fā)的流程。例如，在進(jìn)行整個設(shè)計之前，應(yīng)該先根據(jù)需求分析，對單片機(jī)進(jìn)行選型，然后對各個硬件模塊進(jìn)行搭試。在畫PCB電路板的時候，要注意基本的布板原則。在焊接電路板的時候，應(yīng)該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個進(jìn)行焊接測試。在對各個硬件模塊進(jìn)行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯了�？傊�，這次設(shè)計開發(fā)，本人受益非淺，在以后的開發(fā)過程中一定總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，為以后的學(xué)習(xí)工作打好基礎(chǔ)。
附錄1 原件清單
器件名稱
數(shù)量
三極管NPN（8050）
8
8*8點陣屏/LED紅色
1
電阻470歐
8
電阻4.7K
8
電阻10K
2
按鍵
1
萬能板7*9cm
1
電解電容10UF
1
USB母口
1
連線
12cm
單片機(jī)
1
單片機(jī)插槽
1
12M晶振
1
30p電容
2
自鎖開關(guān)
1
銅柱+螺母
4
USB數(shù)據(jù)線
1

附錄2硬件原理圖
附錄3系統(tǒng)PCB圖
附錄4點陣的放置與接線方法：

附錄5程序清單


  1. #include <reg52.h>
  2. #define uchar unsigned char
  3. #define uint unsigned int
  4. uchar i,j,k,scan,num,count;
  5. sbit key=P2^0;
  6. uchar code table1[]=
  7. {0x7f,0xbf,0xc1,0xdf,0xdf,0xdf,0xc1,0xdf};           //μ
  8. uchar code table2[]=
  9. {0xf7,0xdb,0xad,0xb7,0xbe,0xdd,0xbb,0xf7};           //公
  10. uchar code table[][8]=
  11. {{0xff,0xff,0xc3,0xbd,0xbd,0xc3,0xff,0xff},           //0
  12. {0xff,0xbf,0xbb,0x81,0x80,0xbf,0xbf,0xff},           //1
  13. {0xff,0xff,0xbb,0x9d,0xad,0xb3,0xff,0xff},              //2
  14. {0xff,0xff,0xdd,0xbe,0xb6,0xc9,0xff,0xff},              //3
  15. {0xff,0xef,0xe7,0xeb,0x81,0xef,0xef,0xff},              //4
  16. {0xff,0xff,0xd1,0xb5,0xb5,0xcd,0xff,0xff},              //5
  17. {0xff,0xff,0xc1,0xb6,0xb6,0xcd,0xff,0xff},              //6
  18. {0xff,0xff,0xfd,0xfd,0x8d,0xf5,0xf9,0xff},              //7
  19. {0xff,0xff,0xc9,0xb6,0xb6,0xc9,0xff,0xff},              //8
  20. {0xff,0xff,0xd9,0xb6,0xb6,0xc1,0xff,0xff},     //9


  23. {0xff,0x83,0xed,0xee,0xed,0x83,0xff,0xff},           //A
  24. {0xff,0xff,0x80,0xb6,0xb6,0xc9,0xff,0xff},           //B
  25. {0xff,0xc3,0xbd,0xbd,0xbd,0xdb,0xff,0xff},              //C
  26. {0xff,0xff,0x81,0xbd,0xbd,0xc3,0xff,0xff},              //D
  27. {0xff,0xff,0x80,0xb6,0xb6,0xb6,0xff,0xff},              //E
  28. {0xff,0xff,0x80,0xf6,0xf6,0xf6,0xff,0xff}              //F
  29. };
  30. void delay(uint z)
  31. {
  32.         uint x,y;
  33.         for(x=z;x>0;x--)
  34.                 for(y=110;y>0;y--);
  35. }
  36. void main()
  37. {
  38.         key=1;
  39.         num=0;
  40.         while(1)
  41.         {
  42.                 if(num==0)
  43.                 {
  44.                         for(j=0;j<16;j++)
  45.                         {
  46.                                 if(key==0)
  47.                                 {
  48.                                         delay(10);
  49.                                         if(key==0)
  50.                                         {
  51.                                                 num=1;
  52.                                                 while(!key);
  53.                                         }
  54.                                 }
  55.                                 if(num!=0)
  56.                                 break;
  57.                                 for(k=0;k<30;k++)
  58.                                 {
  59.                                         scan=0x01;
  60.                                         for(i=0;i<8;i++)
  61.                                         {
  62.                                                 P0=table[j][i];
  63.                                                 P1=scan;
  64.                                                 delay(2);
  65.                                                 scan<<=1;               
  66.                                         }
  67.                                 }
  68.                         }
  69.                 }
  70.                 if(num==1)
  71.                 {         
  72.                         for(j=0;j<8;j++)                                              //8組數(shù)據(jù)
  73.                         {
  74.                                 if(key==0)
  75.                                 {
  76.                                         delay(10);
  77.                                         if(key==0)
  78.                                         {
  79.                                                 num=2;
  80.                                                 while(!key);
  81.                                         }
  82.                                 }
  83.                                 if(num!=1)
  84.                                 break;
  85.                                 for(k=0;k<10;k++)
  86.                                 {                        
  87.                                         scan=0x01;                                         //初始掃描信號
  88.                                         for(i=8;i>0;i--)                            //掃描周期
  89.                                         {
  90.                                                 if(i>j)P0=table1[8+(j-i)];
  91.                                                 else P0=table1[j-i];
  92.                                                 P1=scan;
  93.                                                 delay(2);
  94.                                                 scan<<=1;
  95.                                         }
  96.                                 }        
  97.                         }
  98.                 }
  99.                 if(num==2)
  100.                 {
  101.                         if(key==0)
  102.                         {
  103.                                 delay(10);
  104.                                 if(key==0)
  105.                                 {
  106.                                         num=0;
  107. ……………………

  109. …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
復(fù)制代碼

全部資料51hei下載地址（含word格式的設(shè)計報告）：
14.點陣8x8.rar (889.47 KB, 下載次數(shù): 285)


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沙發(fā)
ID:311674 發(fā)表于 2018-4-23 20:07 | 只看該作者
好啊 很不錯的設(shè)計
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板凳
ID:311674 發(fā)表于 2018-4-23 20:12 | 只看該作者
很好的設(shè)計了
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地板
ID:522398 發(fā)表于 2019-4-26 16:54 | 只看該作者
感覺很有用啊
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5#
ID:641976 發(fā)表于 2019-11-14 15:27 | 只看該作者
謝謝啦，正好我最近在做這個
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6#
ID:672408 發(fā)表于 2019-12-24 15:03 | 只看該作者
厲害，要是后續(xù)解釋能詳細(xì)就好了！
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7#
ID:751681 發(fā)表于 2020-5-14 14:25 | 只看該作者
謝謝，感覺很有用啊
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8#
ID:758800 發(fā)表于 2020-5-22 23:21 | 只看該作者
不錯，可以的
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9#
ID:758214 發(fā)表于 2020-9-25 16:13 來自手機(jī) | 只看該作者
這個pcb怎么做成實物呀？
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10#
ID:846054 發(fā)表于 2020-11-20 11:22 | 只看該作者
謝謝，很棒的設(shè)計，參考一下
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