LED16x16点阵课程设计报告

天津理工大学中环信息学院电子系单片机课程设计报告题目：16×16点阵LED电子显示屏的设计班级10信科一指导教师田野设计成员陈诗静林樟侯成飞电子系2013年07月05日天津理工大学中环信息学院--电子系2一．课程设计意义随着LED技术的不断发展以及LED在低功耗、长寿命、环保等方面的优势，LED应用领域逐渐增多。同时，许多国家在看到LED巨大的市场潜力后，纷纷出台各项鼓励措施大力推动LED在各领域中的应用。目前，LED的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏，景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域，LED应用正呈现出多样化发展趋势。LED器件技术和性能不断提高，电子技术发展日新月异，这也为LED显示屏产品的技术深化和提高带来良好的基础。同时LED显示在社会生活的各个领域得到了广泛的应用，因此，LED显示市场发展前景乐观。深化技术内涵，丰富产品体系，产品多元化，突出主导产品的优势将是LED显示屏产业发展的重要趋势。尤其是LED点阵显示的应用尤为广泛，随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手成为现代信息化社会的一个闪亮标志。发光二极管（LED）显示屏是上世纪八十年代后期在全球迅速发展起来的显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元，组成大面积显示屏幕，以其可靠性高，使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，短短的十几年中，相关技术和产业都取得了长足的进步，已发展成为重要的现代信息发布媒体手段。近年LED显示已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所如电信、邮政大厅、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布，政府机关政策,政令的发布,各类市场行情信息的发布和宣传等。而且随着科学技术的发展LED点阵显示被应用到大、中、小屏幕显示器：各种广告牌、体育记分牌、金融、交通指示牌等，分为全色、三色、单色显示屏。随着社会信息化的进程，LED显示屏在信息显示领域的应用前景愈加广阔。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。天津理工大学中环信息学院--电子系3二．课程设计任务书1.功能要求设计一个室内用16×16点阵LED图文显示块，要求在目测条件下LED显示屏个点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移出、移入等显示方式2.设计要求根据功能要求，应采用动态显示的设计方法，同时为简化设计，减少硬件数量，显示数据的传输采用串行传输方式。（1）熟悉AT89S51单片机系统的使用方法。（2）掌握动态显示原理及实现方法。（3）初步掌握AT89S51单片机编程方法。（4）掌握串行数据传输方式的应用。（5）实现利用AT89S51单片机控制的LED图文屏正常工作。3.内容要求单片机课程设计的主要内容包括：理论设计、调试与仿真、撰写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计;硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等;软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，通过调试进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标，使理论设计更接近于实际产品。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把理论设计内容，调试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结指导教师：田野日期：2013.7.5天津理工大学中环信息学院--电子系4三、课程设计进度计划及检查情况记录表序号日期计划完成内容实际完成内容16-25实训动员、准备工作及选题全部完成26-27总体方案设计完成36-27硬件设计及仿真完成46-28软件设计与调试完成56-28整机测试及撰写报告完成67-5答辩与总结完成四、成绩评定与评语指导教师：日期：专业设计的主动性与平时表现（20%）独立思考能力与动手能力（40%）专业设计完成情况（40%）专业设计成绩天津理工大学中环信息学院--电子系5目录一．课程设计意义..............................................................................2二．课程设计任务书..........................................................................3三、课程设计进度计划及检查情况记录表......................................4四、成绩评定与评语..........................................................................4一、总体设计方案..............................................................................61.1总体设计................................................................................61.2硬件设计................................................................................71.3软件设计..............................................................................14二、设计内容....................................................................................162.1系统硬件原理图与仿真......................................................162.2程序清单..............................................................................18三．结论、建议及课程设计体会....................................................22四．参考文献....................................................................................22天津理工大学中环信息学院--电子系6一、总体设计方案1.1总体设计1.1.1工作原根据功能要求，应采用动态显示的设计方法，同时为简化设计，减少硬件数量，显示数据的传输采用串行传输方式。（1）熟悉AT89S51单片机系统的使用方法。（2）掌握动态显示原理及实现方法。（3）初步掌握AT89S51单片机编程方法。（4）掌握串行数据传输方式的应用。（5）实现利用AT89S51单片机控制的LED图文屏正常工作。1.1.2硬件部分总体设计根据功能要求，采用AT89C51单片机，动态显示的设计方法，同时为简化设计，减少硬件数量，显示数据的传输采用串行传输方式，列扫描地址用P1口控制，总体结构框图如下：列驱动器串行口P1AT89C52LED显示点阵行驱动器电源图1-1系统总体结构框图天津理工大学中环信息学院--电子系71.2硬件设计系统的组成，硬件的选用，芯片的特点1.2.18051系列的单片机AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图片见下图：图1-289C51管脚图（1）．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，输出天津理工大学中环信息学院--电子系84个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，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）这是由于上拉的缘故。（2）P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。天津理工大学中环信息学院--电子系9/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：来自反向振荡器的输出1.2.2单片机AT89C51最小系统单片机采用12M晶振作为时钟源，复位采用上电复位和按键复位两种方式仿真原理图如下：图1-3最小系统天津理工大学中环信息学院--电子系101.2.3串行口扩展I/O口为了减少对I/O口的占用，数据传送采用AT89C51串行口方式0中断外接同步移位寄存器74HC595扩展出一个8位并行口实现8位数据并行传输。仿真原理图如下：图1-4I/O口扩展74HC595管脚说明：74595的数据端：QA--QH:八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。QH':级联输出端。我将它接下一个595的SI端。SI:串行数据输入端。74595的控制端说明：/SCLR(10脚):低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接Vcc。SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA--QB--QC--...--QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就