16X16LED点阵课程设计报告

清远职业技术学院课程设计报告

《4个16X16点阵LED电子显示屏》

姓名何渊乾

班级07电子（2）班

专业电子信息工程技术

报告主体参考《单片机课程设计指导》

一、功能设计要求 (3)

二、方案论证 (3)

三、系统硬件电路的设计 (4)

四、系统程序的设计 (6)

五、调试及性能分析 (7)

六、控制源程序清单 (7)

七、收获、体会、建议 (7)

八、焊接成品 (7)

九、附件

附件1 (8)

附件2 (15)

附件3 (15)

附件4 (16)

附件5 (17)

课题：4个16X16LED点阵电子显示屏

一、功能设计要求

设计一个能显示4个16X16点阵图文LED显示屏(由于经济问题，由4个8X8的LED 焊接成一个16X16的LED)，要求能显示图形或文字，显示图形或文字应稳定、清晰，图形或文字显示有静止、左移或右移等显示方式。

二、方案论证

从理论上讲，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到想要的显示结果。这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。每个16X16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口。如果采用锁存器来扩展端口，那么按8位锁存器来计算，一个16X16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为这里仅仅是16X16的点阵，而在实际应用中的显示屏往往还要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中，显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。

所谓动态扫描，简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（如16行）的同名列共用一套列驱动器。以16X16点阵为例，把所有同一行发光管的阳极连在一起，把所有同一列发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出对应第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其点亮相同的时间，然后熄灭……第十六行之后又重新亮第一行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上）时，由于人眼的视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。

采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时，要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据逐位地传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序逐位地输出给列驱动器，只有当一行中的各列数据都已经传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间相对要长一些，在行扫描周期确定的情况下，行显示的时间就会缩短，以致会影响到LED的亮度效果。

解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方式来解决。即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能：对于列数据准备来说，应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示时间。

下图为显示屏电路实现的结构框图：

显示屏电路框图

三、系统硬件电路的设计

硬件电路大致可分成单片机系统及外围电路、STC—ISP串口下载电路、行驱动电路和列驱动电路4个部分。具体元器件见附件4。

1、单片机系统及外围电路

单片机采用STC89C52芯片，在系统可编程时,无需编程器,无需仿真器，可直接在个人电脑上烧录程序到单片机。STC89C51单片机的介绍如下：

STC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选

择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

特点：

1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051 CPU

2.工作电压：5.5V -

3.4V（5V单片机）/ 3.8V - 2.0V（3V单片机）

3.工作频率范围：0 - 40 MHz，相当于普通8051的～080MHz.实际工作频率可达48MHz.

4.用户应用程序空间4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K字节

5.片上集成1280字节/ 512字节RAM

6.通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O 口）口是开漏输出P0 ，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片

8.EEPROM功能

9.看门狗

10.内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路

11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用

12.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

13.通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART

14.工作温度范围：0 - 75℃/ -40 - +85℃

系统采用12MHz或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5~P1.7口则用来发送控制信号。P0和P2口空闲，在必要时，可以扩展系统的ROM 的RAM。16X16点阵显示屏的硬件原理图见附件2.1及2.2。

2、STC—ISP串口下载电路

STC—ISP串口下载电路主要采用MAX232AESE芯片及RS232通讯串口组成的电路，可实现在系统可编程时直接在个人电脑上烧录程序到单片机。STC—ISP串口下载电路图见附件3。

3、行驱动电路

单片机P1口低4位的行信号经4/16线译码器74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。一条行线上要带动16列4的LED进行显示，按每一LED器件mA电流计算，64个LED同时发光时，需要320mA的电流，选用三极管8550作为驱动管可满足要求。

4、列驱动电路

列驱动电路由集成电路74LS595构成，它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的空制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。

74LS595的外形如图所示。它的输入

侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存

器的输出都连接一个输出锁存器。

74LS595外形：