8×8点阵LED数码图形显示的课程设计..pdf
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1、1 88 点阵 LED数码图形显示器的课程设计 第一章 总体方案设计 1.1 总体设计要求 本系统采用单片机AT89C51 为 LED显示屏的控制核心, 制造一种简单的 88 显示屏,能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、 充足,可显示图形和文字, 显示图形和文字稳定、 清晰无串扰, 图形或文字显示有静止、 移入移出等显示方 式。本系统具有硬件少,结构简单,容易实现,性能稳定可靠,成本低等特点。 根据设计要求,初步确定设计方案如下: 1. 选择 AT89C51单片机(晶振频率为f=12MHZ )作为整个系统的核心器件, 对整个系统进行总体控制,发送并时时处理系统信息。 2通过编程显示数字:
2、“,心形图”。 3动态显示,即跑马灯文字幕,每0.25 秒左移一次。 4. 扫描信号连接到单片机的P0口,显示信号连接到单片机的P2口。 5点阵的点亮过程有程序控制,由驱动电路完成,点阵采用单色显示,其 中驱动电路采共阴型高态扫描、高态显示信号的驱动电路。 1.2 系统框图 本文设计行、列驱动电路,显示屏电路,运用单片机的智能化,系统的将每 个功能电路模块连接在一起,总体结构设计如下图1-1 所示: PC 上位机单片机 点阵显示器 行驱动电路 点阵显示器 列驱动电路 88点阵 LED 显示 器电路 图 1-1系统框图 第二章 系统硬件电路的设计 2 本系统的硬件电路是由单片机最小系统、动态显示
3、驱动电路两部分组成。 其 中,单片机最小系统包括电源电路、复位电路和晶振电路构成; 显示部分使用共 阴型高台扫描、高态显示信号驱动电路,完成“跑马灯”文字幕效果。 2.1 单片机最小系统设计 2.1.1 单片机的时钟电路 AT89C51 单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器,引线X1 和 X2分 别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路,但要形成时钟, 外 部还需附加电路。 AT89C51的时钟产生方式有两种:内部时钟电方式和外部时钟 方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中,所以此处选用内部时钟 方式。 内部时钟方式:利用其内部的振荡电路在X1和 X2引线上外接定时
4、元件,内 部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 X1 和 X2 之间接晶体振荡器与电路构 成稳定的自激振荡器,如图2-1 电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接 法,其中晶振可选用振荡频率为12MHz 的石英晶体, 电容器一般选择 30PF左右。 图 2-1 使用片内振荡电路的时钟电路 2.1.2 单片机的复位电路 本设计中 AT89C51是采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位 电路如图 2-2 所示。上电瞬间, RC电路充电, RST引线端出现正脉冲,只要RST 端保持 10ms以上的高电平,就能使单片机有效地复位。其中R1和 R2分别选择 200和 2K的电阻,电容器一般选择
5、22F。 3 图 2-2 AT89C51 的复位电路 2.1.3 AT89C51 的最小应用系统 AT89C51是片内有程序存储器的单片机,要构成最小应用系统时只要将单片 机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可,如图 2-3 所示。这样构成的最小 系统简单可靠,其特点是没有外部扩展,有可供用户使用的大量的I O线。 4 图 2-3 AT89C51 单片机构成的最小系统 2.2 显示器及接口设计 2.2.1 88 点阵 LED显示器的组成原理及控制方式 本次设计中采用88 点阵 LED显示器, 简称 LED点阵板或 LED矩阵板。 它是以发光二极 管为像素,按照行与列的顺序排列起来,用集成工艺
6、制成的显示器件。有单色和双色之分, 这种显示器有共阳极接法和共阴极接法两种,设计中用到的是共阳极的显示器。共阳极接法 的原理图如图2-4 所示,图中画出了88 点阵的二极管。每一行发光二极管的阳极接在一 起,有一个引出端r ,每一列发光二极管的阴极接在一起,有一个引出端c。当给发光二极 管阳极引出端r1 加高电平, 阴极引出端c1 加低电平时, 左上角的二极管被点亮因此,对于 行和列的电平进行扫描控制时,可以达到显示不同字符的目的。 图 2-4 8 8 点阵 LED显示器组成原理图 (1) “”在 8X8LED 点阵上显示图如下图所示 1 2 3 4 5 6 7 8 12H ,14H ,3CH
7、 ,48H ,3CH ,14H ,12H ,00H (2). “”在 8X8LED点阵上显示图如下图所示 5 1 2 3 4 5 6 7 8 00H ,00H ,38H ,44H ,44H ,44H ,38H ,00H (3) 心形图在 8X8LED 点阵上显示图如下图所示 1 2 3 4 5 6 7 8 30H ,48H ,44H ,22H ,44H ,48H ,30H ,00H 图 2-5 8 8 点阵 LED引脚的排列图 2.2.2 88 点阵 LED显示器与单片机的接口 8 8 点阵 LED的引脚图如图 2-5 所示,当采用单片机进行控制时,连接点阵 显示器的共阳极r 端需经驱动三极管
8、9012 与单片机的 P2 口相连,而共阴极c 端需经限流电阻与单片机的P0口相连。在编程控制时, 将 88 点阵 LED显示分 6 成行和列两部分, 字符数据从 P0口输出,扫描控制字从 P2口输出,每一列由一 个字节的数据组成,数据可一次送入,然后扫描一行,显示一个字需要扫描8 次。 2.2.3 驱动电路的设计 显示器驱动是一个非常重要的问题,如果驱动能力差,显示器亮度就低;而 驱动器长期在超负荷下运行则很容易损坏。 如果是静态显示,则LED驱动器的选择较为简单,只要驱动器的驱动能力与 显示器工作电流相匹配即可。而且只须考虑段的驱动,因为,共阳极接+5V,而 共阴极接地,所以位的驱动无须考
9、虑。 动态显示则不然,由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的, 因此,必须同时考虑段和位的驱动能力,而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 理论分析表明,同样的驱动器,当其驱动静态显示器时,其亮度为驱动动态 显示器的 n 倍, n 近似为显示位数。 所以要使动态显示器达到静态显示器的亮度, 必须将驱动器能力提高n 倍。 本设计中,因为采用了88 点阵 LED显示器,用 AT89C51单片机进行控制, 因此它很适宜于按扫描方式动态显示多个字符数据,所以我们只选用了8 个 PNP 型三极管作为驱动显示器的电路。如图2-6 所示,因 AT89C51单片机的 I O口 有 20mA的吸入电流,正
10、因为这一特点, 使的本设计中的驱动电路部分大大简化, 不用附加专门的驱动电路即可正常工作。 图 2-6 显示驱动电路 2.3 电源电路的设计 电源电路采用普通集成稳压电路,在本设计中,由于考虑到成本问题,这部 分电路就以输出 +5V的稳压电源代替。 7 第三章 8 8 点阵显示器控制系统的硬件设计 3.1 硬件系统的总体设计 根据设计要求与设计方案,硬件电路的设计框图如图3-1 所示。硬件电路结 构由 8 个部分组成:时钟电路、复位电路、按键接口电路、电源电路、点阵显示 阳极驱动电路、点阵显示阴极驱动电路和88 点阵显示电路。 图 3-1 8 8 点阵显示器组成原理框图 3.2 单片机 AT8
11、9C51芯片的性能及功能的分析 3.2.1 AT89C51 的主要特性: 32 条可编程 I/O 线 两个 16位定时器 / 计数器 6 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 3.2.2 AT89C51 管脚说明: VCC :供电电压。 GND :接地。 P0口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向I/O 口,每脚可吸收8TTL门电流。当 P1口的管脚第一次写1 时,被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储 器,它可以被定义为数据 / 地址的第八位。 在 FIASH编程时, P0 口作为原码输入 口,当 FIASH进行校验时, P0输出原码,此时 P0外
12、部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I/O 口,P1口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入1 后,被内部上拉为高,可用作输入,P1 按键电路 复位电路 电源电路 时钟电路 单 片 机 点阵显示器 阳极驱动电 路 点阵显示器 阴极驱动电 路 8 8 点 阵 LED显示器 8 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时, P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口,P2口缓冲器可接收, 输出 4 个 TTL门电流,当 P2口被写“ 1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高
13、,且作 为输入。并因此作为输入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行 存取时, P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势, 当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口,可接收输出4 个 TTL 门电流。当 P3口写入“ 1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输 入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流( ILL )这是
14、由于上拉的缘故。 RST :复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时, 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变 的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部 输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是: 每当用作外部数据存储器时,将 跳过一个 ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时, ALE 只有在执行 MOVX ,MOVC 指令是 ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果 微处
15、理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机 器周期两次 /PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号 将不出现。 /EA/VPP: 当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH ) , 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时,/EA 将内部锁定为 RESET ;当 /EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间,此引脚也用于 施加 12V编程电源( VPP )。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电 路的输入。 XTAL2:来自反向
16、振荡器的输出。 3.3 具体电路及功能分析 9 3.3.1 显示电路 本设计采用双色 88 点阵模块显示,但是在设计中我们只用单色显示,我们 通过改变限流电阻的阻值的大小来改变显示字符的亮度。 3.3.2 电源电路 电源电路采用普通的三端集成稳压电源。为整个系统提供+5V的电压。 3.3.3 电路原理图 图 3-2 电路原理图 3.4 硬件系统连线 (1) 把“单片机系统”区域中的P1端口用 8 芯排芯连接到“点阵模块”区域中 的“DR1 DR8 ”端口上; (2) 把“单片机系统”区域中的P3端口用 8 芯排芯连接到“点阵模块”区域中 的“DC1 DC8 ”端口上; (3) 把“单片机系统”
17、区域中的P2.0/A8 端子用导线连接到“独立式键盘”区 域中的 SP1端子上; 第四章 系统软件电路的设计 4.1 软件设计思想 主程序先进行设置中断,并启动,再进行键盘扫描载入,心形图,然 后判断一组字型是否扫描完,按不同情况进行循环调用子程序。进入子程序后, 10 首先设置相应的程序, 反复调用显示子程序, 并在显示过程中反复调用键盘扫描 子程序进行延时, 判断是否退出相应的方式显示子程序。设计过程中, 能很好得 提高按键响应速度。如图4-1 所示为软件系统框图。 主程序按键程序 延时程序 动态显示程 序 中断程序 图 4-1软件设计框图 字符编码: 88点阵可以看成是从上至下8 个字节
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