16x16点阵屏控制设计论文

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1、第 18 页 共 41 页桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)说明书 编号： 桂林电子科技大学信息科技学院 暑期培训报告题 目： 16x16点阵屏控制设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 赵永健 学 号： 1253200226 指导教师： 莫荣 职 称： 讲师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 2014年9月20日摘 要本次设计使用AT89S51单片机作为主控制模块，利用74HC595来驱动16x16的LED点阵显示屏。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，它是由很多的发光二极管组成，靠灯的亮来显示字符。

2、LED显示屏分为数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。目前由于LED显示屏造价昂贵，主要应用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所，举办的2010年上海世博会、未各项大型运动赛事等新增需求，都将促使LED显示屏的大规模发展。此外，已架设的大型LED显示屏幕每10年将历经一换机潮，随着人们生活水平的提高，户外LED显示屏将逐渐应用于各个行业。关键词：单片机AT89S52；74HC595；16x16LED点阵；点阵字库。Abstract This design uses AT89S51 micro controller as the main control module,

3、LED dot matrix displayusing74HC595 to drive 16x16. LED display is a display control semiconductor light emitting diode through, which is composed of alight emitting diode many, by the bright lights to display character. Graphic display and LED display into the video digital display,display, by the L

4、ED matrix blocks.At present, the LED display is expensive,mainly used in high-grade places, mainly concentrated in the bustling place city,Expo 2010 Shanghai, not the big sporting events and new demand, large-scale development will promote LED display screen. In addition, LED has set up large displa

5、y screen every 10 years after a replacement tide, along with the people living standard enhancement, outdoor LED screen will be gradually applied to various industries.Keywords: single chip AT89S52; 74HC595; 16x16LED lattice; lattice fonts.目 录引言.51 硬件设计.61.1 硬件总体电路设计思路.61.2硬件电路总体设计实现.61.3 硬件电路制作过程.6

6、1.4 硬件控制模块设计实现.81.5 点阵屏模块设计实现.92 软件设计.102.1 C语言程序.103 电路调试.13 3.1 电路调试过程.14总结.14谢辞.15参考文献.16附 录.17引言LED显示屏Light Emitting Diodede：又叫电子显示屏。随着现代的进步，LED显示屏在制作工艺有很大的改善，并且在性能上有了很大的进步。虽然在市场上显示屏的种类各式各样，从各式各样的型号到各式各样的种类从对显示驱动原理到驱动方式再到实际应用范围都各不相同，但LED显示屏作为现代显示器技术的发展的产物，在实际应用领域拥有一席之位。目前，在国外很多国家的街道上随处可见，作为信息传输的

7、工具，在实际应用和显示的效果都很好。LED显示屏显示画面清晰，色彩丰富艳丽，在国外的各个行业都有了广泛应用。如广告宣传、交通信号灯、汽车、教育系统、火车站、证券公司、大型商场等。但是在控制技术方面还有很多不足。由于LED显示屏发出的光很亮，并且闪烁对人眼睛刺激很大，这是由于技术的不成熟所导致的，所以国外对LED显示屏技术还处在发展段。目前，在国内LED显示屏受到很多个体户和企业广泛的研究和应用从而得到迅速的发展。这是因为LED显示本身所具有高亮度、低功耗、环保、可大型化、使用寿命长、性能稳定等优异的特性。在国内LED显示屏在实际应用，主要是作为传输信息的工具。如电子显示屏门牌，墙式电视机等。而

8、且LED在照明上也应用很广泛，是因为LED发光亮度很高。所以，在国内外LED的发展前景非常广阔，正迈向更高耐气候性、高的发光密度、高稳定性方向发展。本课题设计的是基于FPGA的彩色点阵控制器。彩色点阵屏制作工艺发展迅速，在性能上也有很大的提高，这样对控制电路的要求也越来越高。由于LED显示屏的亮度太高，色彩丰富等优越特性，本课题结合LED显示屏的一些特性，制作一款性能优越的LED显示屏控制电路。要想制作出一款彩色显示屏控制器在性能上有更高的要求，可以从LED显示屏色彩丰富和低功耗着手，使得LED显示的颜色更艳丽，画面更生动，耗能更少。在国内外有很多人对LED显示屏控制器有研究，但是设计出来的控

9、制器控制显示屏显示的效果还不是很好。如出现闪烁，屏体太亮，显示的颜色不够丰富，画面不够生动等缺点。所以本课题研究是结合LED显示屏的优越特性设计的一款控制器。根据对LED点阵屏发光的特性和内部结构的组成分析。再根据LED显示屏的特性和内部结构，选定需要使用的驱动控制芯片。结合芯片的工作原理从而设计一款LED显示屏的驱动控制电路。最后，结合Verilog 语言设计的特点再结合硬件电路设计编写软件LED显示屏扫描控制程序。由于本课题设计使用动态和静态的扫描技术。动态扫描技术必须选用移位寄存器，必须在时间上控制数据的移位，可以让画面产生动态。静态扫描技术以静态锁存器扫描方式，把所要传输的数据送到锁存

10、器并且打入屏体中显示，并且充分保证LED亮度。综合上所述，结合对LED显示屏的种种因素的影响和利用LED的优越特性设计出对LED显示屏控制器的扫描程序，再结合FPGA开发板功能和驱动控制电路的设计实现对LED点阵屏的控制，从而可以显示文字信息和图文信息等动态和静态信息。 1 硬件设计从理论上分析LED显示屏控制器后，根据选用的芯片设计控制电路。从硬件电路的总体设计到个个模块的实现。1.1 硬件总体电路设计思路 使用74HC595芯片的15脚和1至7脚并行八位数据输出作为显示屏数据的输出，来控制显示屏的亮灭；9脚级联输出端作为数据输入；10脚复位端，因为低电平有效，不需要把数据清除，把复位端直接

11、VCC；11脚移位寄存器数据移位时钟输入端作为移位寄存器芯片控制数据移位信号；12脚移位寄存器存储数据时钟输入端作为移位寄存器芯片数据寄存信号控制端；13脚移位寄存器使能作为输入的数据显示在显示屏上，因为使能控制信号是低电平有效，为了使电路设计和在编写程序简单，把13脚直接GND；14脚串行数据输出端作为芯片级联端，实现更多数据的级联；使用8550驱动电流加载在行的显示。1.2 硬件电路总体设计实现本次培训用的是88的双基色点阵屏，使用四块点阵屏经过设计组合成的1616 LED点阵屏用来显示汉字和图片，所谓的1616，是每一个汉字在纵、横行各用16像素点的区域内显示，满足了本次设计的要求。再用

12、两块74HC138芯片级联的方式组合成4-16译码器对十六行进行控制。四块74HC595是通过9脚级联十四脚实现了32位数据的输入。所以通过74HC595芯片的9脚、11脚和12脚组合在一起，就能对LED点阵屏的LED灯的亮灭进行控制。1.3 硬件电路制作过程使用protel 99 画图软件画硬件原理图，protel 99软件是ProklTechnology公司开发的一款画图软件，它可以进行电路原理图设计和单层或双层印刷电路板设计。该软件中的元器件的封装是有限的，再加上现在市面上的器件的形状各种各样，在进行电路设计和PCB电路图设计时，必须先画好相应的元器件封装并更新到元器件库当中，才能完成相

13、应的设计。图2.1为硬件电路开发流程。设计原理图设计PCB图转印PCB腐蚀和打孔焊接元器件图2.1硬件电路开发流程（1） 设计原理图：74HC595芯片的功能设计一款驱动控制电路。打开protel 99软件新建一个原理图文件，根据课题设计要求设计的原理图，在左侧的元器件库中找到相应的元器件图，按照一定的顺序排列。排列好后，把相应的管脚连接，双击原理图中器件图，弹出对话框，如图2.2所示，在Footprint选项中填入相应的元器件封装的名字。把每一个器件的封装设定好后，更新PCB，点击设计标题栏下的子标题，完成了电路图PCB更新。图2.2 封装管脚设置（2） 设计PCB图：更新PCB图后，对PC

14、B图进行设计，把器件进行布局，再根据自己的需要对电源线和信号线进行参数设置。设置GND和VCC线的线宽，再对其它线的线宽进行设置，并且要对焊孔和线的进行安全距离设置。一般GND和VCC的线宽比其它线要宽，这样通电效果更好，线太细，很微小的一个断开的地方人肉眼是很难看出来的，在对电路进行检测的时候很难发现，给电路进行调试时带来困难，而且通电信号不太好。设置好线宽后，再设置焊孔的大小，如果焊孔设置的太小，在打孔的时候会把铜边打没，焊接就非常困难。设置好这些后，开始进行布线，布线时要注意不要走直线。因为本课题设计的线路比较多，如果采用单面布局就有很多的跳线，所以选择了制作双面板布局的方式。（3） 转

15、印PCB：把设计的PCB原理图打印时，要注意本课题设计制作的是双层板，在打印顶层电路图时，要对顶层电路进行镜像处理，这样做是为了把顶层电路的所用焊孔与地层电路焊孔对应，如果没有对顶层电路进行镜像处理，就不能使其对应。把打印好的地层PCB图转印到铜板上，需要高温转印机进行转印。再根据制作双面板的步骤，在一面已经转印好的电路板上，打几个固定的孔(至少三个点)，再在顶层的PCB图纸找到与电路板上对应的孔，用铁丝穿过PCB图纸中对应的孔，再穿过电路板上的孔。完成后，就固定PCB图纸并把它放入高温转印机上转印。（4）腐蚀和打孔：完成后就开始腐蚀电路板，腐蚀后涂上松香，是为了防止氧化线路。腐蚀完后开始打孔

16、，根据前面设置好的焊盘大小选用相应的打孔针打孔，在打孔时要注意对准焊盘的中心，不然会把焊盘打没，这样会给焊接带来困难。双面板进行对孔的时候是有偏差的，所以在打孔的时候需要看焊孔是否有线连接。如果一面有线连接另一面没有线连接，就对有线连接的那一面进行打孔，这样能为焊接带来方便。如果只针对一面打孔，由于转印双层电路图产生的误差，在打孔时，把另一面需要焊接的焊盘打掉，焊接困难。打孔完后，再一次确定焊孔是否去不都打了没，确定无误后才可进行下一步骤。（5）焊接元器件：本次硬件制作的是双面板，首先必须把所有两面需要焊接的焊孔。对照原理图，用铁丝把每个两面需要焊接的焊孔用铁丝接好，对其进行焊接，在焊接时为了

17、确保每个焊空都是导通的，焊接完一个必须用万用表对其进行测试。焊完后，再对照原理图，把相应的器件插入相应的位置，对器件进行焊接。要特别注意个个元器件的管脚的是否对应，确定无误后才能开始焊接。1.4 硬件控制模块设计实现本培训设计使用四片74HC595芯片并行输出32位数据用于点阵屏灯的亮灭，通过查找相关资料对该芯片的管脚功能进行分析。根据本培训设计的设计要求把四片74HC595芯片通过级联的方式连接：四片74HC595芯片的11脚联在起引出一根移位时钟输入脚SCK；四片74HC595芯片的12脚联在起引出一根存储器钟输入脚RCK；第一片芯片的9脚和第二片的14脚相连，第二片芯片的9脚和第三片的1

18、4脚，第三片芯片的9脚和第四片的14脚相连。相连组合成对32位数据的移位寄存器，接法如图2.5所示。图2.5 32位数据的移位寄存器当给14脚输入32位串行数据后，给以为控制信号SCK输入一个高电平，通过调用延时程序，32位数据通过移位控制信号，分别移入四片74HC595芯片中。数据移完后，给寄存控制信号RCK一个高电平把32位数据进行锁存，通过13脚使能控制信号端接GND就把数据并行输出。1.5 点阵屏模块设计实现随着科技的进步和迅速发展，使得半导体材料的制造技术和对半导体材料加工技术的不断成熟和完善，从而在制造各种不同的半导体材料越来越容易，使得LED显示屏的种类很多，从型号到种类再到像素

19、的大小。目前，在市场上见到的LED点阵屏有单基色和双基色、三基色。显示屏用红、绿、蓝作为制作显示屏颜色的基础，在软件的控制下，使用一种特定的控制方式可以使双基色显示屏和三基色显示屏显示出很多种不同的颜色。三基色显示屏可显示由黑到白的可见光，色彩飞非常丰富。由于LED点阵屏有多种规格，可以根据自己的需要选择，这样为制作多大型的显示屏带来了方便。根据组成LED显示屏颜色的数目可分为单色、双色、三色，根据颜色的不同可以选择制作单色显示屏还是彩色显示屏。如果想显示一种颜色的字，可以选用单色点阵屏制作显示屏；如果显示多种颜色文字额图片，可以双色和三色矩阵块制作的显示屏。单色有很多种颜色，如红、绿、黄，蓝

20、色等单色。双色和三色显示屏显示内容的颜色可以根据不同颜色的发光二极体组合，如红和绿组合可显示黄色或橙色，这是根据自己设计的软件而定的。目前使用较多的软件控制方式为脉冲宽度控制法，是控制脉冲的占空大小的方式控制二极体的点亮的时间，从而实现实现彩色显示，图2.6为单色LED矩阵的接法。图2.6 单色LED矩阵的接法点阵屏的双基色和三基色按电路的接法分为共阴和共阳两种接法。不同的接法对于驱动芯片和设计驱动电路也有不同的要求，所以在制作驱动大型的点阵屏必须知道点阵内部的结构。本课题设计使用了四块88点阵屏。通过对点阵屏内部结构的分析，点阵屏按内部结构接法可分为共阴和共阳两种接法。通过使用万用表测试出本

21、课题设计使用点阵屏为共阳的接法，如图2.7所示。通过对使用的芯片的分析，再结合点阵屏内部结构，设计出用四块88矩阵块实现1616的点阵屏，如图2.8所示。图2.8 显示屏的接法本课题设计用的是单色LED点阵。如图2.8所示，R1-R16和G1-G16为发光二级管的控制引脚；L1-L16为发光二级管共阳的控制引脚。当某个发光二极管的控制引脚低电平，给共阳的控制引脚高电平，发光二极管就会发出红色的光。测试共阳和共阳的步骤：（1）把万用表转到二极档位；（2）把万用表的任意表笔接在88点阵块的任意引脚；（3）把另一只表笔依次在88点阵块的所有引脚接触，看是否有发光二极管点 亮。如果只有一种颜色的灯亮，

22、则把两只表笔对换；（4）把对换的表笔依次在88点阵块所有引脚接触，看是否有两种颜色的灯亮。如果有，则看是哪只表笔接在固定脚的一端。如果是红色表笔，则是共阳的接法；如果是黑色表笔，则是共阴的接法。2 软件设计2.1 C语言程序 #include #include unsigned char code YWORD=0xFF,0xFF,0xDD,0xEF,0xE5,0x9F,0xFC,0x7F,0x00,0x00,0xF5,0x7F,0xCD,0x9F,0xFF,0xFF,0xDD,0xFF,0xD5,0x00,0xD5,0x57,0x01,0x57,0xD5,0x55,0xD5,0x56,0xD5

23、,0x01,0xDD,0xFF,0xFF,0xFF,/*精,0*/0xFF,0xFD,0xFF,0xE3,0xC0,0xFF,0xDD,0xFF,0xDD,0xC3,0xDD,0xFD,0xDD,0xFD,0x00,0x3D,0xDD,0xCD,0xDD,0xFD,0xDD,0xFD,0xDD,0xF1,0xC0,0xDF,0xFF,0xEF,0xFF,0xF3,0xFF,0xFF,/*忠,1*/0xF7,0xDF,0xF7,0xDD,0xF7,0xBE,0x00,0x01,0xF7,0x7F,0xF6,0xFF,0xFF,0xFF,0x80,0x00,0xBE,0xFE,0xBE,0x3D,

24、0xBE,0xCB,0xB6,0xF7,0xBA,0xCB,0x86,0x3D,0xFF,0xFE,0xFF,0xFF,/*报,2*/0xFF,0xFF,0x80,0x00,0xBF,0xFD,0xB7,0xED,0xB6,0xED,0xB6,0xED,0xB6,0xED,0xB0,0x0D,0xB6,0xED,0xB6,0xAD,0xB6,0xCD,0xB7,0xED,0xBF,0xFD,0x80,0x00,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*国,3*/0xff,0xff,0xff,0xff/笑脸 ;/*,9*/unsigned char code XWORD=0xfe,0xfd,0

25、xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char T=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char x=0;delay() unsigned int a; for(a=0;a200;a+); int i,j,bitdisplay=0;void timer0 (void) interrupt 1 using 0TH0=0x3c;TL0=0xb0;bitdisplay+;if(bitdisplay=5)bitdisplay=0;T0+;for(i=1;ii)Ti+;if(T064)for(j=0;j17;j+)Tj=

26、0;main()TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;EA=1; ET0=1; TR0=1; SCON=0X00; while(1) TI=0;SBUF=YWORD2*Tx+1;while(!TI); TI=0;SBUF=YWORD2*Tx;while(!TI); if(x15)TI=0;SBUF=0xff;while(!TI);TI=0;SBUF=XWORDx;while(!TI); else TI=0;SBUF=XWORDx-8;while(!TI); TI=0;SBUF=0xff;while(!TI); P3_7=0;P3_7=1;delay(); x+; if(x=1

27、7)x=0; 3 电路调试3.1 电路调试过程电路板调试步骤如： （1） 检查电路是否通路和短路：本次制作了一块双面板，由于焊孔很多，线路密集，在对于焊接好的电路板通电之前，首先，对照电路原理图认真仔细的检查电路的每一根连线是否与原理图上相同，特别对电路板上下连接的焊孔，进行了仔细的检查。其次，对三极管管脚对应放置是否接错。在确定三极管的管脚对应放置后。由于本次制作的是双面板，特别注意了有没有漏焊，因为在电阻和三极管的引脚上有些是在底层焊接，有些是在顶层焊接的，逐个排查，发现有几个焊孔没有焊接。最后，焊接完漏掉的焊孔，开始使用万用表对照电路图对线路进行检测，看有没有短路和不相通的线，并且检查是

28、否有虚焊。在检查虚焊时，轻轻地拔一拔元器件看看焊点是否牢固。在对电路检测时，特别要注意检测电源线是否接错和通路，是否和74HC595芯片电源线通路，并检查VCC与GND是否有短路。确定无误后进行下一步调试。（2） 通电观察各个芯片是否正常供电：首先，在确定了整个电路和原理图相同，并且没有短路、虚焊和每条电路通路后。用万用表调整好供给的5V的电压，给电路接通电源。电源接通那一刻，并没有着急于去用万用表，检测是否给74HC595供电正常，而是要用手指轻轻触摸芯片是否发热现象，并者观察是芯片和一些器件有没有冒烟异常现象，并且把鼻子凑上去闻有没有烧焦的异味。在确定没有前的前提情况下。最后，再用万用表测

29、量了每个芯片引脚VCC和GND的电压是否供给正常。74HC595供5V，测得数据为4.97V，供电正常。 5 总结 总体来说这次的毕业设计很成功，达到了预想的目的：学到了知识，提高了能力，完成了任务。 谢 辞在论文即将完成之际，我真诚的感谢莫荣老师在这个项目制作过程中对我的细心指导，有时候在我表达不清楚的情况下，您还是耐心的在理解并给我讲解。而且在论文的撰写过程中对我的细心指导，莫荣老师用渊博的专业知识、严谨的治学态度，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范教导我并给我留下了很深的印象。每次通过导师的指导和建议后，都能使我能够克服重重困难，最终完成暑期培训项目。从开题报告到任务书，到

30、一遍又一遍地指出每一次初稿中的具体问题，严格把关。在硬件制作到软件程序编写时，老师给了我很多的意见和建议，在此我表示衷心感谢。参考文献1 李洋主编现代电子设计与创新中国电力出版社2008年2 袁杰编 单片机原理与接口技术上海交通大学出版社 2008年 3 李忠国 陈刚编著单片机应用技能实训人民邮电出版社2006年4 周越主编单片机技术实验实训教程中国水利水电出版社2007年5 赵建领编著Protel电路设计与制版宝典电子工业出版社2007年6 郭振民和丁红主编电子设计自动化EDA中国水利水电出版社2009年7 秦志强编著C51单片机应用于C语言程序设计电子工业出版社2009年附 录附录一PCB原理图 原理图附录二实物图