单片机课程设计——16x16LED滚动显示

16×16LED点阵显示制作
以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。 即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点 理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏 不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。这里我们以 “魏”字说明，如下图所示：

实验原理

16×16扫描LED点阵的工作原理同8位扫描数码管类似。 它有 16 个共阴极输出端口，每个共阴极对应有 16 个 LED 显 示灯。所以其扫描译码地址需 4 位信号线。要使 16 点阵上 某个点亮，如第10行第4列的LED点亮，只要让列选信号为 “ 0100 ”，从而选中第 4 列，再给第 10 行一个高电平，即 可点亮该LED 。本实验通过 74LS164和74LS595芯片写入字 形，产生扫描信号。为了显示整个汉字，首先分布好汉字 的排列，以行给汉字信息；然后以大于 24HZ的频率扫描列， 即每行逐一加高电平，根据人眼的视觉残留特性，使之形 成整个汉字的显示。
74LS164介绍
当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－ QH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制 数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入， 在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。 当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据， 并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 引脚功 能： CLOCK ：时钟输入端 CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） 1，2 ：串行数据输入端 Q8－Q15： 输出端
系统框图
74LS595 列驱动器
AT89C55 单片机
7 4行 L驱 S动 1器 6 4
16x16LED点阵
硬件设计
一.主要芯片资料
AT89C55介绍
AT89C55为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同， 其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始 化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1 （19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口， 外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口， 外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS （20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。 P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义， 在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控 制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义 为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分 别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、 27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进 入的控制功能。
关键词：LED动态显示 AT89C55 点阵汉字显 示 仿真
论证设计

图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简 单，但其使用的管脚太多，如本设计中16ｘ16的点阵共有256个发光二 极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口， 按8位的锁存器来计算，16ｘ16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数 字很庞大，因为我们仅仅是16ｘ16的点阵，在实际应用中的显示屏往 往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此 在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为 动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思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（比如16行）的同名列共用一套驱动器。具体就16ｘ 16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列 的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光 管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭； 再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然 后熄灭；以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这 样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象， 就能够看到显示屏上稳定的图形了。

结束语
本文设计的16ｘ16的点阵LED图文显示屏，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，显示的 图形和文字较稳定、清晰。图形或文字向上滚动显示。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。 在此次设计中，我得到以下体会： 1.在这次点阵设计的过程让我进一步熟悉KEIL及 Proteus的使用。 2.本次设计结果仍有缺陷，有一行总是全亮，干扰显示。 3．通过这次点阵设计，重新复习并进一步学习了MCS55单片机的优点，明确了学习和研究目标。 4.本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下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 应稳定、清晰无串扰。图形或文字以移入移出方式显示。 5.本次设计在老师的指导下完成的，在设计过程中培养 了我们的科学研究的严谨态度和创新精神，对我们以后的学习 和工作有很大的帮助，对此向老师表示衷心的感谢！
实验结果
实验电路及连线

电路主要由单片机和一些外部设备连接而成， 利用4个8*8LED显示组装成16*16LED显示，2个R*8 排电阻，一个74HC154组成。该显示器采用 AT89C55单片机作为控制器， 12MHz 晶振，其中 P0 口作为字符数据输出口， P2 口作为显示器扫描输 出口，第 31 管脚（ EA ）接电源。电路包括单片机、 电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED 点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显 示字型码，通过驱动电路对16×16LED点阵进行动 态扫描，以实现汉字的滚动显示。
图为字模提取软件提取16x16LED汉字显示代码ห้องสมุดไป่ตู้
系统主程序流程图
开始
系统初始化
行驱动器
列驱动器
左滚屏显示效果 上滚屏显示效果 右滚屏显示效果 下滚屏显示效果
总电路连线图
用4个8×8LED点阵构成16×16LED点阵
Proteus中只有5×7和8×8等LED点阵，并没 有16×16LED点阵，而在实际应用中，要良好地 显示一个汉字，则至少需要16×16点阵。下面我 们就首先介绍使用8×8点阵构建16×16点阵的方 法，并构建一块16×16LED点阵，用于本例的显 示任务。 从Proteus的元件库中找到“MATRIX-8X8RED”元器件，并将四块该元器件放入Proteus文 档区编辑窗口中。此时需要注意,如果该元器件保 持初始的位置（没有转动方向），我们要首先将其 左转90°，使其水平放置，那么此时它的左面8个 引脚是其行线，右边8个引脚是其列线（当然，如 果你是将右转，则右边8个引脚是行线）。然后我 们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接， 使每一条行线引脚接一行16个LED，列线也相同。 并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便 下面我们使用。连接好的16×16点阵如右图。
74LS595介绍
74595的数据端： Q1--Q7：八位并行输出端，可以直接控制数 码管的8个段。 Q7'：级联输出端。我将它接下一个595的SI 端。 DS：串行数据输入端。 STcp：存储寄存器的时钟脉冲输入口 SHcp：移位寄存器的时钟脉冲输入口 OE：的非输出使能端 MR：的非芯片复位端
16x16LED滚动显示
小组成员：
设计时间：2014年12月 指导老师：
设计概要
本设计使用AT89C55系列高速单片机作为主控制模块，利用简单 的外围电路来驱动16×16的点阵LED显示屏。利用AT89C55系列高速 单片机本身强大的功能，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据 传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一 方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以 本设计具有很强的现实应用性。 本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示4个8×8点阵汉字， 并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存 储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储 1024个字符。设计中采用了SPI接口的GB2312标准字库，支持所有的 国标字符和ASCII标准字符的显示。因为采用串行传输方式，使本系 统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。 本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程， 以及硬件电路的设计、计算和软件的算法
系统调试

软件调试：软件为网络所提供，其原理在上一模块已 作说明，在这里再作说明，软件经调试无误，直接将其下 再到单片机中，看是否达到所要的效果软件部分是先参考 书上的例子，然后自己根据硬件电路写程序，由于以前所 学是单片机汇编语言，所以这个系统在编写程序过程中都 采用汇编语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经 过仔细分析修改最后编译成功。但是，在实际写如 C55 中， LED 显示屏出现各种各样的乱码，通过再次认真仔细分析 多次修改程序后，程序能够正常运行。 硬件调试：在对各个硬件模块进行调试时，要保证软 件正确情况下去测试软 件，要不然会发生错误，硬件仿 真前要认真检验点阵及线路的好坏，检查无误后才下载主 程序。
软件设计
本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以一定速度上升滚动显 示。 显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示 程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求 显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第 二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫 描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定 时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等 工作，由主程序来实现。 显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率 的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下： 刷频率（帧频）=1/16×T0溢=1/16×f/12（65536-t） 其中f位晶振频率，t为定时器T0初值（工作在16位定时器模式）。 然后显示驱 动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发 送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭 显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打 开显示。