16x16点阵显示LED

开封大学学生毕业设计题目点阵式汉字电子显示屏设计年级 11级专业电子信息工程技术班级电子3班学生姓名苗本朋起止时间 2013.11,4-2014,05.26指导教师肖兴达职称副教授2014年 5 月 26 日摘要电子显示屏的应用范围越来越广泛，它作为一个重要的宣传平台，已经受到全社会的普遍认可。

本课题以单片机为控制核心，通过8x8 LED电子显示屏及相关的外围电路，设计制作了一个16x16 点阵LED电子显示屏。

本文介绍了基于AT89C51单片机点阵显示屏的设计方案，阐述了16×16点阵LED 显示屏的设计原理与思路，详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程。

论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等的模块化设计思路与制作方法。

软件部分同样也采用模块化的设计思想，显示模块，并采用简单流通性强的汇编语言编程实现。

系统能实现清晰的图文伴随左移出显示功能。

在实际设计调试过程中，通过肉眼观察该显示屏显示的图文是否稳定、清晰无串扰，查找造成图文不清晰的根源，确定调整方案，尽可能的使显示图文与要求相符合。

关键词：单片机；LED显示屏目录1 引言 (3)1.1 课题的背景 (3)1.2 研究目的和意义 (4)1.3 研究内容 (5)2 系统方案论证 (5)2.1 方案论证 (6)2.2模块方案确定 (6)2.2.1 电源模块 (6)2.2.2 单片机控制模块 (6)2.2.3 时钟信号电路 (6)2.2.4 复位电路 (7)2.2.5 显示驱动模块 (7)3 系统硬件电路设计 (8)3.1硬件电路设计 (8)3.2各单元电路说明 (8)3.2.1 单片机主控模块的设计 (8)3.2.2 16X16点阵显示模块设计 (11)3.2.3 驱动模块电路设计 (13)3.2.4 电源电路设计 (15)4 系统软件设计 (18)4.1点阵显示原理 (18)4.2系统程序流程图 (20)4.3系统程序 (22)5 单片机I/O口分配 (26)6 结果分析及总结 (26)6.1结果分析 (26)6.2总结 (26)参考文献附录1：电路图附录2：元件清单1 引言1.1 课题的背景碎着显示器件与技术的进一步发展，屏幕显示系统在国民经济中得到了广泛的应用，LED显示屏是信息显示的重要传媒之一。

LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的显示屏幕。

伴随着计算机技术的发展，使得LED数码管能够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。

而且它具有可靠性高、使用寿命长、性能价格比高、使用成本低、环境适应能力强等特点，所以一直在平板显示领域扮演着重要的角色，并且在今后相当长的一段时期内还有相当大的发展空间。

所以被广泛应用于金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。

近几年来我国LED显示的相关技术也取得了较快和较大的发展，早期时曾因LED 材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。

所以导致早期的LED显示屏在国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通信控制，灰度等级为单点四级调灰，产品的成本比较高。

后来LED显示屏迅速发展，进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。

蓝色LED镜片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏的动态显示效果大大提高。

这个阶段，LED显示屏在我国发展迅速，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。

今天，LED显示屏应用领域更为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展[1]。

1.2研究目的和意义该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。

并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。

并且通过该设计课题掌握了51单片机软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。

目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。

但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。

因此，此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。

1.3研究内容本文首先介绍本设计的相关概念以及目前发展的状况，然后是设计的方案选择与论证，接下来，具体介绍了硬件电路组成模块与系统软件的设计。

最后介绍了系统的调试以及设计可扩展性。

本文研究的内容如下➢电源模块：三端式固定输出集成稳压电路由于集成电路工艺迅速发展，集成稳压电路的制成也具有集成电路的共同特点：体积小，外围元件少，性能稳定可靠，使用调整方便和廉价。

➢单片机控制模块：采用89C51或其他系列单片机作为控制核心，其它相关的外围电路构成本系统的模块；➢时钟信号电路：采用普通晶体时钟源，其中晶体用12MHZ的石英晶振；➢复位电路：采用上电复位；➢显示驱动模块：采用P0口，P2口，74LS154、作为点阵LED显示屏的行列驱动器，对点阵行列进行驱动；根据上述的研究内容，论文的结构安排如下：第二章主要阐述系统方案的选择与论证，根据系统要实现的主要功能，把整个系统分为电源模块、时钟信号电路、复位电路、驱动模块、单片机控制模块、显示模块等，并分别对各模块方案进行了选择与论证；第三章主要阐述系统硬件电路设计与实现，主要介绍了个硬件电路的设计，并对各单元电路进行说明，主要是对各单元电路的主要元件的结构概念、引脚功能以及特点进行说明。

第四章主要阐述的是系统软件设计，主要是对主程序的结构图和时间的流程图进行说明。

第五章阐述的是单片机I/O分配及内部资源分配。

第六章阐述的是总结，主要阐述本人在设计过程中的一些体会和对这个设计将来的一些展望。

2 系统方案论证2.1方案论证从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制这些组成图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，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。

16×16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，按8位的锁存器来计算，16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。

这个数字很大，因为仅仅是16×16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很大的数字。

因此采用另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）的同名列共用一套列驱动器。

具体就16×16的点阵来说，我们把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出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点亮第一行，这样反复轮回。

当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），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。

本课程设计只有一个16*16LED点阵显示屏，利用单片机接口电路P0，P2作为行驱动传输。

列驱动采用4-16译码器73LS154构成列译码，在这里一共用到16行，16列，所以使用4-16译码器完成列的方向显示。

课题拟以AT89C51单片机为控制核心设计一个简单的数字时钟系统，用单片机、点阵显示屏等设计一个16×16点阵LED电子显示屏的设计。

系统可以分为电源模块、时钟信号电路、复位电路、驱动模块、单片机控制模块、显示模块等，其系统结构框图如下图2.1图2.1 系统结构框图2.2 模块方案选择2.2.1电源模块直接采用直流稳压电源，系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成。

2.2.2单片机控制模块采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,可多次擦写，而且与MCS-51系列单片机完全兼容。

2.2.3时钟信号电路直接采用普通晶体时钟源提供脉冲信号，此种方案能够减少芯片的使用，节约成本。

2.2.4复位电路采用按钮复位，通过按电路中的开关按钮使系统内部复位，按一次开关按钮系统复位一次，但是在点阵屏显示过程中需要对系统进行复位，本方案与实际应用相符合，所以采取本方案。

2.2.5显示驱动模块（1）显示模块：采用16×16点阵LED显示屏，16×16点阵屏的功能与4块8×8点阵屏构成16×16点阵屏功能相同，但是更为美观小巧美观，且单块16×16点阵屏和4块8×8点阵屏价格相等。

（2）驱动模块：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共阳)，LED发光管的另一脚接单片机的P0-P2口控制其亮灭。

该方法利用单片机接口驱动LED，控制方式较灵活，而且节省硬件资源。

行驱动电路利用单片机P0口和P2口完成扫描。

由于P0口没有上拉电阻，因此接8个普通的4.7k电阻上拉。

为此提供负载能力，接16个9013的NPN三极管来驱动。

列驱动电路主要是要实现译码功能,采用芯片74LS154，74LS154芯片具有4/16线译码功能.它由单片机P1.0-P1.3控制,74L138构成选片，用来选着哪个汉字点阵选中。

同样，驱动部分则是16个PNP型8550的三极管完成。

3系统硬件电路设计3.1硬件电路设计本电路是由AT89C51单片机为控制核心，低功耗；时钟源电路有很多种，比如阻容低速时钟源、普通晶体时钟源、带缓冲放大的晶体时钟源等等，考虑到电路稳定及材料选购等方面，决定采用普通晶体时钟源，其中晶体用12MHZ的石英晶振；复位电路结合实际应用功能的实现，采用按钮复位；显示部分由16×16点阵LED显示屏显示；列驱动电路采用74LS154，行驱动电路采用单片机P0口和P2口，电源电路采用时直流稳压。