64x16的点阵LED图文显示屏设计报告 2 - 下载本文

16×16点阵LED室内电子显示屏的设计 单片机原理及应用课程设计

64×16点阵LED室内电子显示屏的设计

摘要:LED

显示屏作为一种新型的显示器件,是由多个发光二极管按矩阵形式

排列封装而成,通常用来显示时间、图文等信息。本设计是基于ATS52单片机的64X16显示屏,其中包含了硬件、软件、调试等方案的设计。此外、该设计只需简单的级联就能实现显示屏的拓展,但级联时要注意不要超过驱动负载范围。

关键词:Ats52;LED;单片机

1引 言

1.1. 设计意义

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏采用微型计算机进行控制,图文、图像并茂,以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息,还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。

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。 1.2. 系统功能要求

设计一个能显示64X16点阵图文LED显示屏,要求能显示图文或文字,显示图文或文字应稳定、清晰,图文或文字显示,以卷帘形式向上滚动显示。

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方案设计2

2.1 总体设计

2.2 设计论证

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64x16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,64x16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64x16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64x16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。

采用扫描方式进行显示时,每一行有一个行驱动器,各行的同名列共用一个驱动器。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列方式或串

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单 片 机 列驱动器 电源 行驱动器 16X16LED显示点阵 16×16点阵LED室内电子显示屏的设计 单片机原理及应用课程设计

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,并列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,将列数据一位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是十分经济的。但是,串行传输过程较长,数据按顺序一位一位地输出给列驱动器,只有当一行的各列数据都以传输到位之后,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,列数据准备时间可能相当长,在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了,以致影响到LED的亮度。

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法。即在显示本行各列数据的同时,传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的,列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析,就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说,它应能实现串入并处的移位功能;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

3硬件设计

3.1 电源、单片机系统及其管脚

? 电源部分

说明:此部分为为电源部分。若电源为家用电源,则需经过降压,整流滤波,稳压等步骤得到一个稳定的5V电压,此电压可作为主电路的电压源。电路中二极管为电源指示灯。

? 单片机系统及其管脚

常用的时钟电路设计有两种方式,一种是内部时钟方式,一种是外部时钟方式。本实验采用内部时钟方式,将XTAL1与XTAL2之间跨接一个石英晶振和微调电容,从而构成一个稳定的自激震荡器。电容值取30pF左右,其大小将影响震荡频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为减少线间的寄生电容,晶振和电容应尽能安装得与单片机靠近,保证晶振稳定可靠的工作。

另一部分是复位部分。上电自动复位电路是最简单的复位电路,只需要一个1K左右电阻、一个22pF左右的电容及12MHZ的晶振。有时还需要按键手动复位,此时只要在电容上并联一个按键即可。 单片机信号输出采用串行输出,因此在下一模块的移位寄存器要与该部分的串行口P3.0(RXD)及P3.1(TXD)相连

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其图形如下图

图一 单片机接线图

图二 单片机管脚图

3.2点阵及其驱动部分

点阵显示用是动的态扫描来实现的。在采用扫描方式显示时,由于每行要带动十六个二极管,每行电流较大。若每个二极管安5mA计算,十六个二极管就得80mA电流,超出单片机管脚的承受范围,因此每行都加有一个驱动器,本设计的行驱动用的是十六个pnp型三极管。三极管的发射极接5V电压,集电极接点阵的行线,而其基级本应接单片机,但该接线方式占用为了16个单片机管脚,为了节省单片机管脚,用了一片74LS154译码器,这样就只需要3个管脚了。74LS154的管脚图及其说明如图三。点阵及其驱动部分总体接线图如图五(未画完整)

各行的同名列共用一个列驱动,数据通常存储在单片机的存储器中,按8位一个字节的形式存放。由于列线过多,故多采用串行传输。由于每次要传输16位,而且数据要逐位输给驱动器,只有当一行中各列数据都已传输到位后,这一行的各列才能进行并行显示,耗时较长。为了满足以上要求,驱动选择74LS595移位寄存器。74HC595是硅结构的CMOS器件,。74HC595是有8位移位寄存器和一个存储器,三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入,在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起,则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入(Ds),和一个串行输出(Q7’),和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使能OE时(为低电平),存储寄存器的数据输出到总线。其特点:8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器,

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三种状态; 输出寄存器可以直接清除 100MHz的移位频率。输出能力: 并行输出,总线驱动;串行输出;标准中等规模集成电路 。 74LS595的管脚图及其说明如图四。

对3个输入信号进行译码。得到8个输出状态。 G1,G2A,G2B,为数据允许输出端,G2A,G2B低电平有效。G1高电平有效。A,B,C为译码信号输出端,Y0~Y7为译码输出端,低电平有效

图三 74LS154管脚图

管脚及其说明: QA--QH: 八位并行输出端。 QH': 级联输出端。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。 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,大于几十纳秒就行了) RCK(12脚):上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器,下降沿时存储寄存器数据不变。(5V时,大于几十纳秒就行了),更新显示数据。 /G(13脚): 高电平时禁止输出(高阻态)。如果单片机的引脚不紧张,用一个引脚控制它,可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。

图四: 74LS595管脚图

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