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点阵显示屏设计内容提要本设计是从实际应用角度出发,针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的多功能16×16点阵LED电子显示屏,可用于商场导购促销显示、新闻与广告显示、车站机场班次时间资讯显示等整个系统以40脚单片机PIC16F877A为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程通过该芯片控制行驱动器2N5551和两个列驱动器74LS138来驱动显示屏显示该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示1个汉字,采用4块8×8点阵LED显示模块来组成16×16点阵显示模式显示采用动态显示,使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑,通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平,就可以有效的控制各显示点的亮灭所显示字符的点阵数据可以自行编写(即直接点阵画图),也可从标准字库中提取LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布,公益宣传,环境参数实时,重大活动倒计时等等得到广泛的应用经实践证明,该系统显示误差小,性能稳定,结构合理,扩展能力强关键词PIC16F877ALED点阵显示动态显示汇编语言串行通信Dot-matrixDisplayDesignAbstract ThisisadesignfromthepracticalapplicationpointofviewthecurrentmarketthepopularLEDproductsandapplicationsdesignedfortheproductionofmulti-function16×16dotmatrixLEDdisplaypanelscanbeusedtodisplaypromotionalshoppingguidenewsandadsshowthattheAirportStationInformationshowsthatthefrequencyofthetimeandsoon.Machineto40feetPIC16F877AMCUcoreintroduceditssystemforthecontroloftheLEDdotmatrixdisplayofdynamicelectronicdesignanddevelopmentprocess.Thechipcontrolthroughlinedriveandtwo2N5551driveout74LS138todrivedisplayscreen.Theelectronicdisplaycanshowavarietyofmonochrometextorimagesfull-screencandisplayaChinesecharacterusing48×8dot-matrixLEDdisplaymodulestoforma16×16dotmatrixdisplaymode.Displaydynamicdisplaymakingtextorgraphicstoachieveastaticintoavarietyshowandsooutoftheway.ThearticledetailedtheLEDdotmatrixdisplayhardwaredesignhardwareandfunctionofvariouspartsoftheprinciplesofsoftwareprogrammingaswellastheuseandsoon.Single-chipprocesscontrolsystemusingsingle-chipassemblylanguageeditingprogrammingthroughthecontrolpointshowsthatthecorrespondingLEDanodeandthenegativeextremelevelyoucaneffectivelycontrolthedisplayofpoint-out.Thecharacterofthedot-matrixdisplaycanbepreparedontheirownthatisdrawingadirectlatticecanalsobeextractedfromthestandardfont.LEDdisplayforitsfabricandflexiblewaytoshowstabilitylowpowerconsumptionlonglifematuretechnologylow-costandothercharacteristicsofthestationtheSecuritiesandstadiumsroadsandavarietyofindoor/displaysettingsinformationpublicPromotionenvironmentalparametersinrealtimethemajoractivitiesofthecountdownandsoonhavebeenwidelyused.Proventhesystemshowedthatasmallerrorstablewell-structuredtheabilitytoexpand.Keywords:PIC16F877ALEDdotmatrixdisplayDynamicDisplayAssemblyLanguageSerialcommunication目录TOC\o1-2\h\z\u
一、引言1
(一)本课题的背景1
(二)点阵显示屏设计的应用1
(三)LED电子显示屏简介1
(四)本设计的目的和意义3
(五)研究的主要内容和方法3
(六)论文主要完成的工作3
二、总体方案设计4
(一)设计思想4
(二)方案比较5
(三)显示驱动电路设计6
三、硬件部分设计6
(一)系统硬件设计6
(二)LED介绍及应用7
(三)LED电子显示屏显示字符原理与制作8
(四)译码器介绍10
(五)PIC16F877芯片简介11
四、系统软件设计14
(一)行驱动电路14
(二)LED汉字编码14
(三)软件描述15总结19致谢20附录21附录一设计源程序21附录二点阵电路图25参考文献26
一、引言
(一)本课题的背景随着我国经济的高速发展,对公共场合发布信息的需求日益强烈,LED显示屏的出现正好适应了这一市场需求目前LED显示屏作为信息传播的一种重要手段,已经成为城市信息现代化建设的标志其已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等多种需要进行公告、宣传的场所由PIC16F877A为核心的点阵式LED汉字显示屏,在公共场所的应用也是非常广泛的LED点阵显示器较为经济适用,它可以显示字符、数字、汉字和简单图形,可以根据需要使用不同字号、字型,显示亮度高低,并且对环境条件要求也比较低LED显示又可以分为单色显示和双色显示,可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合,并用单片机控制实现各种文字或图形的变化,达到宣传和提示的目的本设计虽仅仅显示一个汉字,但通过扩展和程序编写,它可以显示8到10个,甚至更多该LED显示屏用途广泛,一般用于各种公共场所,作为宣传和广告的工具对于公共设施服务有着极为重要的意义
(二)点阵显示屏设计的应用在我们生活中LCD的应用日益广泛,带给我们许多便利但是,LCD的成本高,尤其是要构成大尺寸的显示屏,成本令大多数人无法接受还有LCD本身不发光,需要另带光源正因为LCD的这些特点,LCD的应用受到一定的限制由于LED自身就是发光器件且较容易做成大的尺寸,在一些特定的场合,如室外广告,公交车报站牌,银行,邮电等室内的大屏幕,应用LED有着独特的优势在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字LED行业已成为一个快速发展的新兴产业,市场空间巨大,前景广阔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段,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,例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等显然,LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志
(三)LED电子显示屏简介 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,1962年,通用电气公司的尼克•何伦亚克(NickHolonyakJr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,即固体封装,所以能起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为P-N结在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能PN结施加反向电压时,少数载流子难以注入,故不发光这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关 最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益以12英寸的红色交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命、低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域 对于一般照明而言,人们更需要白色的光源1998年白光的LED开发成功这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射,峰值550nm蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nmLED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光这种通过蓝光LED得到白光的方法,构造简单、成本低廉、技术成熟度高,因此运用最多随着科学技术的高速发展,各种新型信息媒体,信息相关设备及手段不断涌现LED电子显示屏由于具有所显内容信息量大,外形美观大方,操作方便灵活,是近年来得到广泛应用的重要信息设备,大致有以下几类1.条形显示屏该系列可用于显示文字、表格、符号和简单图形等,控制系统体积较小,嵌入在显示屏替内部,一般采用红色高亮度点阵模块,表面可外履深红色遮光薄膜,适用于多种场合发布通知、广告等信息2.图文显示屏该产品主要用计算机控制,具有处理速度快、存储容量大等特点,适合显示面积较大的图文信息,可适时显示系统当前日历、时间、文件等,被广泛运用在商场、街道、广场、车站等人群或流动量大的场合3.256级灰度视频显示屏该系列具有256级灰度控制功能,使没种基色可达256种颜色,图象显示细腻、柔和、颜色丰富、层次感强等特点该系列显示屏可显示真彩色图象、电脑动画和电视机、录象机、影碟机等视频节目信息,图象清晰稳定,无噪点和闪烁感
(四)本设计的目的和意义单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性价比受到人们的重视和关注,所以应用很广,发展很快单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后,也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统,并可获得较高的经济效益正因为如此,在我国,单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中,越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵(如16×16点阵),将点阵文件存入ROM,形成新的汉字编码;而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句,再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示
(五)研究的主要内容和方法本设计是从实际应用角度出发,针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的多功能16×16点阵LED电子显示屏,可用于商场导购促销显示、新闻与广告显示、车站机场班次时间资讯显示等单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑,通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平,就可以有效的控制各显示点的亮灭所显示字符的点阵数据可以自行编写(即直接点阵画图),也可从标准字库中提取LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布,公益宣传,环境参数实时,重大活动倒计时等等得到广泛的应用经实践证明,该系统显示误差小,性能稳定,结构合理,扩展能力强
(六)论文主要完成的工作本设计以40脚的PIC16F877A单片机为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程通过该芯片控制行驱动器2N5551和两个列驱动器74LS138来驱动显示屏显示该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示1个汉字,采用4块8×8点阵LED显示模块来组成16×16点阵显示模式显示采用动态显示,使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等
二、总体方案设计
(一)设计思想LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等这种单个的发光灯适宜用做指示灯,如电源指示、电路状态指示灯,进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示也可以用多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示,如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示和很多应用术语一样,LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义,一般把显示图形和/或文字的LED显示屏称为图文屏这里所说的图形,是指由单一亮度线条组成的任意图形,以便于不同亮度(灰度)点阵组成的图像相区别图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断(发光或熄灭),而不控制LED的发光强弱LED图文显示屏的外观可以做成条形,叫做条形图文显示屏(简称条屏),也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏,在显示与控制的原理上并无区别不论显示图形还是文字,都是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器件发光通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形,在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据对于只控制通断的图文显示屏来说,每个LED发光器件占据数据中的1位(1bit),在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1,否则填0当然,根据控制电路的安排,相反的定义同样时可行的这样依照所需显示的图形文字,按显示屏的各行各列逐点填写显示数据,就可以构成一个显示数据文件显示图形的数据文件,其格式相对自由,只要能够满足显示控制的要求即可文字的点阵格式比较规范,可以采用现行计算机通用的字库字模组成一个字的点阵,其大小也可以有16×
16、24×
24、32×
32、48×48等不同规格用点阵方式构成图形或文字,是非常灵活的,可以根据需要任意组合和变化,只要设计好合适的数据文件,就可以得到满意的显示效果因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息,是非常有效的图文显示屏的颜色,有单色、双色、和多色几种最常用的是单色图文屏单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元双色图文屏和多色图文屏,在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件换句话说,对应于每种颜色都有自己的显示矩阵显示的时候,各颜色的显示点阵是分开控制的事先设计好各种颜色的显示数据,显示时分别送到各自的显示点阵,即可实现预期效果每一种颜色的控制方法和单色的完全相同,因此掌握了单色图文显示屏的原理,双色屏和多色屏就不难理解了为了吸引观众增强显示效果,可以有多种显示模式最简单的显示模式是静态显示这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式与静态显示模式相对应,就有各种动态显示模式,它们所显示的图文都是能够动的按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式产生不同显示模式的方法,并不意味着一定要重新编写显示数据,可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成例如,按顺序调整行号,可以使显示图文产生上下平移;而顺序调整列显示数据的位置,就可以达到左右平移的目的;同时调整行列顺序,就能得到对角线平移的效果其它模式的数据刷新,也可找到相应的算法不过当算法太复杂,太浪费时间的话,也可以考虑预先生成刷新数据,存储备用刷新的时间控制,要考虑运动图形文字的显示效果刷新太慢,动感不显著;刷新太快了,中间过程看不清一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内
(二)方案比较LED点阵电子显示屏的设计一般有两种方案方案一采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号由于该系统不仅要实现信息的显示,还要具备键盘控制器、显示亮度连续可调、实时时钟显示、与PC机通讯等功能及其他发挥功能,这就要求需要用中大规模的PLD,设计多个接口电路,开发周期长,不易进一步扩展,同时系统的成本会急剧上升(相对于第二种方案)因此,本设计并未采用这种方案方案二采用单片机系统来实现鉴于PIC16F877A单片机比传统的51系列8位单片机具有更加丰富的资源,而且数据处理速度快,同时“61板除了具备单片机最小系统电路外还包括有电源电路、音频电路(含MIC输入部分和DAC音频输出部分)、复位电路等,体积小,可靠性高本系统的设计采用双单片机系统,一个主要用于完成多功能显示控制功能,另一个主要用于实时时钟显示、实时温度检测显示、无线通讯以及其他的扩展发挥部分功能,这样提供了充足的内部空间和更多的外部接口;同时由于安装和调试工作可以并行进行,极大地缩短了总体设计和制造的时间
(三)显示驱动电路设计常用的显示驱动方式有三种方案一串行控制驱动,这种方式的好处是单元内的线路连接简单,给印刷电路板的设计带来方便,减少了布线的密度,方便以后的制作与调试,而且相对提高了每个单元的可靠性方案二并行控制驱动,将显示数据通过并行一般为8位方式送入驱动电路,这样的好处是相对于串行控制而言,数据的刷新速度快,在处理同等数量的数据时,对处理速度要求可以大大降低,从而提高了系统的稳定性,但也正因为“并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂,布线后的排错难度大大增加方案三采用专用集成电路(ASIC)直接驱动,由于这种专用集成电路是集行控制、列控制和外围驱动于一体,使系统的稳定性更为可靠,特别适合户外的大型或者超大型显示屏因为这种类型的显示屏对图像显示要求高,不仅要保证图像的一致性,而且要保证图像的稳定、高亮本次设计的显示屏仅为16行*16列,更适合采用串行控制这种方式,这样做既省去了并行控制驱动在制版过程中十分复杂的布线,又因为没有采用专用集成电路在一定程度上降低了整个系统的成本
三、硬件部分设计
(一)系统硬件设计由于图文屏的控制电路采用单片机方案,控制功能的实现应在硬件和软件两方面进行折中单片机及相应软件,主要负责存储或生成显示数据、安排控制信号的定时与顺序、上位机进行通信等但是单片机的接口数量少,驱动能力不强,必须扩展一定的硬件电路,才能满足显示屏的需要硬件电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分控制电路部分包括一个PICCUP和一些外围电路在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机,它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令智能显示屏体电路部分它包括一个PICCPU及其一些外围电路,用来通讯的MAX232接口电路,一个具有一个8bit串入并出的移位寄存器和一个8it输出锁存器的结构,而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的另外还有74LS
165、点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路由于两部分的电路在制板时可以放到一起,所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送此显示电路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由行译码器给出的行选通信号,从第一行开始,按顺序依次对各行进行扫描把该行与电源的一端接通另一方而,根据各列锁存的数据,确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通接通的列,就在该行该列点燃相应的LED;未接通的列所对应的LED熄灭当一行的扫描持续时间结束后,下一行又以同样的方法进行显示全部各行都扫过一遏之后一个扫描周期,又从第一行开始下一个周期的扫描只要一个扫描周期的时间比人眼1/25秒的暂留时间短,就不容易感觉出闪烁现象列显示数据是以字节为单位存储的,使用时以8bit并行读出为了适应列显示驱动电路串行输入的需要,就要进行并串变换用74LS165并人中出移位寄存器,可以满足这—要求信号PL*为低时,将8bit并行数据打入PL*信号由单片机的控制口INT1提供当PL*为高时可以在CLK1的作用下进行移位移位后最高位从Q7移出,成为串行数据流74LSl65的移位时钟信号CLKl由单片机控制口Tl端直接输出为了使列显示驱动电路的移位信号与74LS165Q7端输出的串行数据同步,T1同时还作为列显示驱动电路的移位脉冲源
(二)LED介绍及应用随着科学技术的高速发展,各种新型信息媒体,信息相关设备及手段不断涌现LED电子显示屏由于具有所显内容信息量大,外形美观大方,操作方便灵活,是近年来得到广泛应用的重要信息设备,大致有以下几类
(1)条形显示屏该系列可用于显示文字、表格、符号和简单图形等,控制系统体积较小,嵌入在显示屏替内部,一般采用红色高亮度点阵模块,表面可外履深红色遮光薄膜,适用于多种场合发布通知、广告等信息
(2)图文显示屏该产品主要用计算机控制,具有处理速度快、存储容量大等特点,适合显示面积较大的图文信息,可适时显示系统当前日历、时间、文件等,被广泛运用在商场、街道、广场、车站等人群或流动量大的场合
(3)256级灰度视频显示屏该系列具有256级灰度控制功能,使没种基色可达256种颜色,图象显示细腻、柔和、颜色丰富、层次感强等特点该系列显示屏可显示真彩色图象、电脑动画和电视机、录象机、影碟机等视频节目信息,图象清晰稳定,无噪点和闪烁感
(三)LED电子显示屏显示字符原理与制作 汉字显示屏广泛应用与汽车报站器,广告屏等本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作,考虑到电路元件的易购性,没有使用8*8的点阵发光管模块如图1, 而是直接使用了256个高量度发光管,组成了16行16列的发光点阵同时为了降低制作难度, 仅作了一个字的轮流显示,实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数 图18*8点阵图图2汉字显示效果图LED点阵屏汉字显示的原理 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标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 以显示汉字“大”为例如图2,来说明其扫描原理在UCDOS中文宋体字库中,每一个字由16行16列的点阵组成显示如果用8位的PIC单片机控制, 由于单片机的总线为8位,一个字需要拆分为2个部分一般把它拆分为上部和下部,上部由8*16点阵组成, 下部也由8*16点阵组成在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分,即第0列的p00---p07口方向为p00到p07 显示汉字“大”时,p05点亮由上往下排列,为p
0.0 灭,p
0.1 灭 p
0.2 灭p
0.3 灭 p
0.4 灭 p
0.5 亮p
0.6 灭p
0.7 灭即二进制00000100,转换为16进制为 04h.上半部第一列完成后,继续扫描下半部的第一列,为了接线的方便,仍设计成由上往下扫描,即从p27向p20方向扫描,从上图可以看到,这一列全部为不亮, 即为00000000,16进制则为00h 然后单片机转向上半部第二列,仍为p05点亮,为00000100,即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描,p21点亮,为二进制00000010,即16进制02h依照这个方法,继续进行下面的扫描,一共扫描32个8位, 可以得出汉字“大”的扫描代码为04H00H04H02H04H02H04H04H04H08H04H30H05H0C0H0FEH00H05H80H04H60H04H10H04H08H04H04H0CH06H04H04H00H00H由这个原理可以看出, 无论显示何种字体或图像, 都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上不过现在有很多现成的汉字字模生成软件, 我们就不必自己去画表格算代码了软件打开后输入汉字,点“检取”,十六进制数据的汉字代码即可自动生成,把所需要的竖排数据复制到程序中即可把行列总线接在单片机的i0口,然后把上面分析到的扫描代码送入总线, 就可以得到显示的汉字了 在这个例子里,由于一共用到16行,16列, 如果将其全部接入PIC单片机, 一共使用32条io口,这样造成了io资源的耗尽,系统也再无扩充的余地 实际应用中使用两个3-8线译码器74ls138来完成列方向的显示 而行方向16条线则接在RBRC上电路中行方向由RB口和RC口完成扫描,由于RB口没有上拉电阻,因此接一个
4.7k*8的排阻上拉 如没有排阻,也可用8个普通的
4.7k 1/8w电阻为提供负载能力,接16个2n5551的NPN三极管驱动列方向则由3—8译码器74LS138完成扫描同样,驱动部分则是16个2N5401的三极管完成的电路的供电为一片LM7805三端稳压器,耗电电流为100Ma左右采用一块12*20cm的万能电路板,应当选用质量好些的发光管,(否则有坏点现象, 更换起来较麻烦)首先将256个发光管插入电路板,注意插入方向,同时使高度一致,行方向直接焊接起来, 列方向则搭桥架空焊接,完成后用万用表试一下如有不亮的更换掉然后找一个电脑硬盘的数据线, 截取所需的长度,分别将行,列线引出至电路的相关管脚即可原理图为了简洁,故只画出了示意图,行列方向只画出了2个三极管,屏幕只画出4个发光管, 实际上发光管为256只,三极管行列方向各16只,一共32只焊接过程认真仔细一天时间即可完成全部制作将程序编译后烧写入单片机 插入40pin Ic座,即可看到屏幕轮流显示当然,可将程序的汉字代码部分更换为所需要的代码即可显示所需要的汉字
(四)译码器介绍本系统采用PIC16F877A为系统的控制核心,用译码器74HC138提供显示的列地址,直接由P
0、P2口加大功率三极管提供驱动电路
(1)74LS138译码器74LS138译码器引脚图如图3及功能表如表1图3译码器引脚图表174LS138功能表输入输出S12+3A2A1A0012345670XXXX11111111X1XXX1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111111011111111110
(2)从上图可看出74LS138是3-8译码器,它具有三个使能端,三个数据输入端,只有当使能端S1为高电平,而S2与S3之和为低电平时,才能正常工作本制作采用两片138级连组成4-16的译码器,然后与P1口相连接作为显示屏的列选择线,级连电路图如图4图4级连电路图在上图中G为势能端,D,C,A,B为译码器的数据输入端,例当输入D,C,B,A为1000时,则U3的第一列有效
(五)PIC16F877芯片简介Microchip公司生产的PIC8位单片机16F8X系列产品是PIC单片机中级型产品之一该系列产品的主要型号是16F83单片机和16F84单片机其引脚功能如图6所示该系列产品的最大特点是有8k×14的Flash闪速E2PROM程序存储器和带8位的Flash闪速E2PROM数据存储器,其擦写次数上万次,数据保存时间大于40年所以该系列产品极适合那些可能会经常改动程序编程的应用,例如用户可以随时改动出厂产品中的单片机程序以增加或调整产品的功能此外,对那些学习、开发PIC单片机的个人或单位,都是一种很好的可重复多次的实验芯片还有它内部的Flash数据存储器不仅具有掉电保护数据的功能,加之它是由单片机内部进行控制操作的,自然外部电路无法对其进行读写,所以它有极高的数据保密性,使得PIC16F8X单片机在智能IC卡、密码锁、电子防盗系统等方面得到广泛的应用主要功能: 1高性能RISC结构CPU;精简指令集35条单字节指令;2执行速度DC~400ns;3Flash程序和数据存储器;4多种硬件中断和直接/间接/相对三种寻址方式其余性能参见附表微控制特性: 上电复位;自振式看门狗;程序保密位;微功耗睡眠功能和四种可选的振荡方式 宽工作电压2V~6VPIC16LF84单片机工作电压为2V 宽工作温度范围商用级0℃~+70℃;工作级-40℃~+85℃;汽车级-40℃~+125℃这里的宽工作温度范围,特别是汽车级产品已大量用于汽车电子,甚至已用于航空仪表上图5单片机芯片PIC16F877图PIC16F877单片机的硬件系统设计简洁,并且堆栈采用硬件方式,这样就省略了专用的堆栈指令使得指令系统也得到了精练,其功率消耗极低,驱动能力强,使它能和多种外部电路模块结合使用此外它与其他的单片机最大的不同之处在于采用了哈佛总线结构,在芯片内部将数据总线和指令总线分离,并且采用不同的宽度(数据总线8为,指令总线14位)进行处理单片机PIC16F877的各个管脚的功能如表2所示表216F877的各个管脚对应功能表引脚名引脚序号引脚类型功能说明OSC1/CLIN13I时钟振荡器晶体连接端/外部时钟源输入端OSC2/CLOUT14O时钟振荡器晶体连接端/时钟信号输出端MCLR/VPP1I/P人工复位输入端(低电平有效)/编程电压输入端基本功能RA是一个输入/输出可编程的双向端口此外还有第
2、3功能RA0/AN02I/ORA0还是第0路模拟信号输入端RA1/AN13I/ORA1还是第1路模拟信号输入端RA2/AN2/VREF-4I/ORA2还是第2路模拟信号输入端和负参考电压端RA3/AN3/REF+5I/ORA3还是第3路模拟信号输入端和正参考电压端RA4/T0CKI6I/ORA4还是定时器0时钟输入端续表RA5/AN4/SS7I/ORA5还是第4路模拟信号输入端,以及同步串口选择端基本功能RB一个输入/输出可编程的双向端口,作输入时内部有可编程的弱上拉电路,还有第
2、3功能RB0/INT33I/ORB还可作为外部中断输入端RB
1、RB
234、35I/ORB3/PRG36I/ORB3还可作为低电压编程输入端RB437I/O还具有电平变化中断功能RB538I/O还具有电平变化中断功能RB6/PGC39I/O还具有电平变化中断功能,兼在线调试输入端和串行编程时钟输入端RB7/PGD40I/O还具有电平变化中断功能,兼在线调试输入端和串行编程时钟输入端基本功能RC是一个输入/输出可编程的双向端口,此外还有第
2、3功能RC0/T1OSO/T1CKI15I/ORC0还可用作定时器1的振荡器输入端或时钟输出端RC1/T1OSI/CCP216I/ORC1还可用作定时器1的振荡器输出端或捕捉器2输入端或比较器2输出端或脉宽调制器PWM2的输出端RC2/CCP117I/ORC2还可用作捕捉器1输入端或比较器1输出端或脉宽调制器PWM1的输出端RC3/SCK/SCL18I/ORC3还可作为SPI串口的同步时钟输入或输出端RC4/SDI/SDA23I/ORC4还可作为SPI串口的数据输入端和I2C串口的数据输入/输出端RC5/SDO24I/ORC5还可作为SPI串口的数据输出端RC6/TX/CK25I/ORC6还可作为通用同步/异步收发器USART的全双工异步发送脚或半双工同步传输的数据脚RC7/RX/DT26I/ORC6还可作为通用同步/异步收发器USART的全双工异步发送脚或半双工同步传输的数据脚基本功能RD端口是一个输入/输出可编程的双向端口,此外全部引脚都有第2功能RD0~RD719~22I/O可作为从动并行端口与其他微处理器总线连接PSP0~PSP727~30I/O基本功能RE是一个输入/输出可编程的双向3线端口,全部引脚都有第
2、3功能RE0/RD/AN58I/ORE0还可作为并口读出控制线或者模拟输入通道5RE1/WR/AN69I/ORE1还可作为并口写入控制线或者模拟输入通道6RE2/CS/AN710I/ORE2还可作为并口片选控制线或者模拟输入通道7VSS12,31P接地端VDD11,32P正电源端
四、系统软件设计本系统采用PIC16F877A为系统的控制核心,用译码器74HC138提供显示的列地址,直接由P
0、P2口加大功率三极管提供驱动电路
(一)行驱动电路为简化设计,该制作采用了直接用P0,P2加驱动管做行的输入控制,连接图如图6图6行的输入控制图图7汉字及代码显示图
(二)LED汉字编码图7描述了“十”这个汉字,并按照亮为1,不亮为0的原理,将该字按二进制码描述为一系列的位代码后面所显示的字模信息是按照c语言的格式和横排编码方式进行的编码,同样可以结合硬件进行以下几种编码方式
①横排——从左到右按行编码;
②下上列排——从下到上按列编码;
③上下列排——从上到下按列编码;
④下半列排——从中间到上按列编码,在从下到中间按列编码;
⑤上半列排——从上到中间按列编码,在从中间到下按列编码;本系统的编码是按照上下列排的编码方式来进行的,且是按照汇编的格式来进行编排汉字的编码是一个极其烦琐的过程,如没有其它软件支持的话,可采用手工编码方式,但是编出来的汉字显示出来不美观该设计采用了一个名为“字模提取”的软件来进行编码
(三)软件描述本程序主要由主程序与清屏、查表、送数,循环扫描、延时几个部分组成主程序及帧扫描子程序流程图如图8图8主程序及帧扫描子程序流程图主程序中,使用DPTR地址寄存器作为地址取码指针,通过查表将数据送至行线作控制信号,而通过138连接的列线作扫描控制开关DPTR置数据表地址的基值,R3作地址指针,以两者之和查找相应的数据,R3的初值为0,当DPTR为表首地址时,在子程序的循环中R3从0加到96,取出显示字符的全部字节并与列开关配合逐列显示,完成一帧扫描的全部操作DPTR能增加的最大数应比实际要显示的字节数少96,否则DPTR与R3相加后将指到数据表外为保证最前和最后一屏也能移动显示,该设计将数据表的最前一屏和最后一屏全用了0数据,开始和结束都以黑屏显示完成全部的扫描显示对同一帧的反复扫描次数R2的设定,决定了显示移动的速度另外,延时程序至关重要,这就涉及到前文所说的刷新速率问题,如设置不当,就会有闪烁感
(四)字符移动显示原理及软件设计图9给出了主程序及字扫描子程序图根据硬件电路和LED点阵板上实现字符移动显示的原理该方案是在点阵板CD-2057上显示自下向上漂移的字母或图案由于只有7×5=35只发光三极管,像素太少,不宜显示汉字,因为显示效果不好看,但工作原理相同图9主程序及字扫描子程序图在主程序中,使用DPTR地址寄存器作为地址指针,开始时指向数据表首地址第一次循环时,DPTR指向第一列,在循环体中DPTR加1,第二次循环时,地址指针后移一列帧扫描子程序每次扫描LED点阵板7行数据数据串行送至74HC164输出端连接的5根列线行线作控制开关使用,由74HC595输出端提供控制信号第一次送出第一个字符最上一行5位列数据时,行扫描开关除了置第一行为低外,其余行置高,即打开第一行,关闭其余行第二次送出第一个字符第二行5位列数据,行扫描开关置第二行为低,其余行置高,打开第二行,关闭其余行,以后类推用这样方式完成一帧扫描数据表按显示要求编码每一个字节为LED点阵板一行中5位相应的显示数据由于只发送5次,所以有效数据只在一个字节的低5位当列线为0时与行线相交点的发光二极管关,列线为1时开数据表中一行7列的7个字节数据为一个字符的编码信息DPTR在帧扫描子程序外置数据表地址的基值,R1作地址偏移量,以两者之和对数据寻址R1的初值为0,当DPTR为表首地址时,在子程序的循环中R1从0增加到6,取出第一个显示字符的全部7个字节并与行开关配合依次逐行显示,完成一帧扫描操作DPTR在每次循环后加1,使得它所指向的数据表地址后移此后调用帧扫描子程序时,每帧显示的字符地址将向后移例如第二次调用帧扫描子程序,DPTR的值为表首地址加1,此时当R1再从0增加到6时,取出的是第一个显示字符后6个字节和第二个显示字符的第一个字节,并与行开关配合依次逐行显示,完成一帧扫描操作此时看到的显示效果为第一个显示字符向上移动了一行,原第一行从上端移出了屏幕,而第二个显示字符的第一行从下端进入了屏幕随着DPTR在每次循环后加一次次地加1,每帧显示都将当前显示字符的一行从上端移出,将后续显示字符的一行从下端移入,形成了所有设置字符的流水显示DPTR能增加的最大数是循环计数器R3的初值,因此R3的初值应比数据表中数据总数少7,否则DPTR与R1相加后将指到表外为了保证最后一个字也能移动显示,DPTR又要能指向最后一个显示字符的最后一个编码字节因此将数据表最后一行用了全0数据,结果以黑屏显示效果结束全部字符一场移动显示每帧反复循环扫描的次数,决定显示移动速度在主程序中,移动速度由帧扫描次数计数器R2中的初值决定该值要根据不同晶振的频率和个人的喜好决定在图11所示的列数据发送子程序中,CPU通过P
1.5端口的5次串行移位操作,将数据送到74HC164的输出端及LED点阵板CD-2057的5根列线图10行、列数据发送子程序LED点阵板CD-2057按重合法方式显示,可将数据同时送到5条列线,然后开启这5列数据应出现的行线,关闭其它行由于只有7根行线与74HC595的第0到6位连接,第一次调用字扫描子程序,CPU通过P
1.2端口的8次串行移位操作,将控制字#10111111B送到74HC595的输出端及LED点阵板CD-2057的7根列线控制字#10111111B中的数据0处于输出端第6位,点亮LED点阵板CD-2057顶端第一行,其余行关闭以后控制字循环经过循环移位后发送至74HC595输出端,依次点亮第二行、第三行等等,实现了帧扫描操作由于LED点阵板只有7位,所以有一次操作将0移出LED点阵板,此时屏幕全关总结经过一段时间的努力,基本完成了LED显示屏的初步制作,系统所设计的基于PIC16F877A单片机的LED显示屏,主要由PIC16F877A单片机,列扫描控制电路、行显示驱动电路组成,此外还包括一些基本的电路如时钟电路,复位电路,ISP程序下载电路等,尽管该显示系统已能实现LED显示的基本功能,但由于水平和制作时间有限,距离一个完全实用的,能完全符合市场需求的显示系统还有一定的差距因此,在以后的研制过程中,还需要做大量的工作,比如⑴在系统抗干扰方面,都还必须在工作现场根据时间情况进行大量的实验、数据分析才能最终实现LED显示系统的可靠工作⑵在增强图文屏显示效果上,可使用双色或多色显示屏,以满足显示更加丰富多彩的图形和文字⑶可将显示屏接如网络,每一个LED显示器可作为一个网络节点,用一个主机来维护⑷本系统只能由单片机静态控制,应该采用计算机直接控制致谢终于完成了毕业设计的全部工作,有一种如释重负的感觉前后经历了四个月时间,但对于踏踏实实搞知识创新的人来说,从搜集材料、投入研讨到起草排版、打印输出,这是一个漫长的过程其间有过百思不解时的苦闷,也有过豁然开朗时的喜悦,不曾身处其境的人,一般不宜感同身受我的说过“科研工作是一项艰苦、寂寞并且需要全心全意投入的工作,一旦选择了这个责任,我们就要承担得起他人所不能承受的压力正因为这样,我们才要努力做出成果!”事先有了心理准备,做起事来才不至于手足无措尽管如此,由于毕业设计涉及内容较多,范围较宽,方方面面都要照顾到,还是不可避免地遇到许多问题学校领导未雨绸缪,提前让我们熟悉了解了毕业设计的基础知识,同时下发《毕业设计(论文)指导手册》予以辅导,这给了我们极大的鼓舞和帮助导师每次指导,给论文的进展带来缕缕曙光和推动力更难忘刘强老师和寝室同学对我的这次毕业设计的帮助与关心,使得我的工作和学习得以顺利进行在此谨以一颗感激之心向这些给予我极大帮助的人致以衷心的谢意附录附录一设计源程序#includep16f
877.inccountequ20hnumequ21hbeifenequ30hjieguoequ31horg00hbankseltrisbclrftrisbclrftriscclrftrisdbankselportbclrfportdclrfportckaishiclrfnumchongfumovlwd50movwfcountfanhuimovlwd0movwfportbagainmovfportb0addwfnum0calltable1callfanxiangmovwfportdmovfportB0addwfnum0calltable2callfanxiangmovwfportcincfportb1btfssportb4gotoagaindecfszcount1gotofanhuiincfnum1movlwd96subwfnum0btfssstatuszgotochongfugotokaishitable2addwfpcl1DT00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00HDT04H24H24H24HDT7FH0C4H44H04HDT0FFH04H44H35HDT04H0CH04H00HDT00H00H00H00HDT00H40H50H57HDT55H55H55H0F5HDT55H55H55H57HDT0D0H40H00H00HDT00H00H00H00HDT20H2CH23H20HDT23H3CH04H08HDT0F0H17H10H10HDT14H18H00H00HDT00H00H00H00HDT02H04H1FH0E0HDT02H04H18H0F0HDT10H13H10H10HDT14H18H00H00HDT00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00Htable1addwfpcl1DT00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00HDT00H10H12H21HDT0FEH40H84H08HDT90H60H58H86HDT01H07H00H00HDT00H00H00H00HDT40H40H40H5FHDT52H0D2H52H52HDT52H0D2H52H7FHDT50H0C0H40H00HDT00H00H00H00HDT08H10H60H20H80HDT41H31H02H0CHDT30H0C0H30H08HDT06H03H02H00HDT00H00H00H00HDT00H00H0FFH00HDT00H10H20H0C2HDT01H0FEH00H80HDT60H30H00H00HDT00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00Hfanxiangmovwfbeifenmovlwb00000001andwfbeifen0btfscstatuszgotowei0cbsfjieguo7gotowei1wei0cbcfjieguo7wei1movlwb00000010andwfbeifen0btfscstatuszgotowei1cbsfjieguo6gotowei2wei1cbcfjieguo6wei2movlwb00000100andwfbeifen0btfscstatuszgotowei2cbsfjieguo5gotowei3wei2cbcfjieguo5wei3movlwb00001000andwfbeifen0btfscstatuszgotowei3cbsfjieguo4gotowei4wei3cbcfjieguo4wei4movlwb00010000andwfbeifen0btfscstatuszgotowei4cbsfjieguo3gotowei5wei4cbcfjieguo3wei5movlwb00100000andwfbeifen0btfscstatuszgotowei5cbsfjieguo2gotowei6wei5cbcfjieguo2wei6movlwb01000000andwfbeifen0btfscstatuszgotowei6cbsfjieguo1gotowei7wei6cbcfjieguo1wei7movlwb10000000andwfbeifen0btfscstatuszgotowei7cbsfjieguo0gotosswei7cbcfjieguo0ssmovfjieguo0returnend附录二点阵电路图参考文献
[1]江晓安,董秀蜂.数字电子技术.现代电子技术,2005
[2]李学海.PIC单片机原理.北京航空航天大学出版社,2005
[3]李学海.PIC单片机实用教程――基础篇.北京航空航天大学出版社,2002
[4]张有汉.电子线路设计应用手册[M].福州福建科学出版社,2001
[5]陈跃.Protel软件简介[J].家用电器科技,1995
[6]郑美玲.Protel99SE在电路设计中的应用.现代电子技术,2003
[7]韩雯,马广萍.PROTEL在电路设计中的应用研究.吉林师范大学学报自然科学版,2004 从结构上可知,它的每一列共用一根列线,每一行共用一根行线当相应的行接高电平,列接低电平时,对应的发光二极管被点亮通常情况下,一块8*8像素的LED显示屏是不能用来显示一个汉字的,因此,按照其原理结构进行扩展为16*16,就足以显示一个完整的汉字在显示过程中,多采用扫描方式,利用人的视觉暂停效应,只要刷新速率不小于25帧/秒,就不会有闪烁的感觉。