單片機+74HC154驅動的16×16點陣滾動顯示屏設計報告

ID:267736 · 發表于 2018-1-21 21:48

目錄

1 選題背景             1
2 方案論證             1
2.1 課設要求             1
2.2 方案論證             1
3 16×16點陣LED顯示器滾動顯示電路驅動過程             2
3.1 系統框圖             2
3.2 硬件電路             2
3.2.1 晶振電路設計             2
3.2.2 復位電路設計             3
3.2.3 74HC154譯碼電路設計             3
3.2.4 整體原理設計             4
3.3 驅動程序設計             5
3.3.1 程序框圖簡介             5
3.3.2 程序分析             6
4 結果分析             10
4.1 程序調試與仿真             10
4.2 仿真結果             10
5 設計總結             10
參考文獻             12

1 選題背景

LED顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點。

LED點陣顯示屏以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定的優點迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。LED的發展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性、可靠性、全色化方向發展。LED顯示屏的應用涉及社會經濟的許多領域，主要包括：證券交易、金融信息顯示、機場航班動態信息顯示、港口、車站旅客引導信息顯示、體育場館信息顯示、道路交通信息顯示、調度指揮中心信息顯示、郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳及信息顯示、廣告媒體新產品等。

2 方案論證2.1 課設要求

熟悉51系列（兼容）單片機軟件開發系統Keil C51集成開發環境（u Vison系列編譯器）和Proteus電路分析與實物仿真軟件。

了解點陣LED顯示器結構及字符字模(字符代碼)，熟悉點陣LED顯示器驅動的基本原理。設計16×16點陣LED顯示器的驅動電路，并編寫程序實現在16×16點陣LED顯示器上的字符滾動顯示。16×16點陣LED顯示器可由4塊8×8點陣LED顯示器構成。可采用單片機并行端口、移位寄存器、譯碼器或鎖存器等4種驅動方式中的組合實現對16×16點陣LED顯示器的驅動。電路方面主要包括以下3部分。（a）設計單片機的最小系統（包括復位電路和外接的晶振電路），并確定相關元器件參數。(b)采用動態驅動的方式，設計單片機并行端口、移位寄存器、譯碼器或鎖存器等與16×16點陣LED顯示器的驅動電路，主要包括控制點陣LED行和列的連線。(c)采用移位寄存器、譯碼器或鎖存器驅動點陣LED顯示器時，設計單片機與移位寄存器、譯碼器或鎖存器間的控制連線。

編寫16×16點陣LED顯示器字符（串）滾動顯示程序，實現數字（0—9）或英文字符（A—G）的滾動顯示。

2.2 方案論證

搜集題目的有關資料，并參照目前通用的設計思想和設計方法擬定幾套設計方案進行分析比較。最終選定了以PC機為上位機，單片機為核心控制器件，外加譯碼電路和驅動電路的設計方案。以設計方案為指導思想選擇合適的器件來實現這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經過對比選擇選定AT89C51單片機為核心控制器件，由74HC154為譯碼電路器件。論文列出了詳細的器件參數和在系統中的連接使用方法[1]。

3 16×16點陣LED顯示器滾動顯示電路驅動過程
3.1 系統框圖

本次設計采用包括為單片機提供時鐘信號的晶振電路，進行復位操作的復位電路行控制電路，單片機電路，74HC154譯碼驅動電路，LED點陣顯示電路。如圖3-1所示。

（見附件）

圖3-1 系統框圖

3.2 硬件電路
3.2.1 晶振電路設計

外界晶振電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節奏，其典型值為 12MHZ。XTAL1、XTAL2 引腳外界晶振和電容組成振蕩器。振蕩器產生的時鐘頻率主要由晶振頻率決定,C1 和 C2 的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率ƒ起微調作用（C1、 C2 變大，ƒ變小），其典型值為 30pF，振蕩器在加電以后月 10ms 開始起振，XTAL2 輸出 3V 左右的正弦波，振蕩器產生的時鐘送入單片機內部[2]，如圖3-1所示。

圖3-1 晶振電路

3.2.2 復位電路設計

本次設計采用上電復位電路，對于 AT89C51 的上電復位電路，只要在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地即可。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST 端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1μF。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續時間取決于電容的充電時間。為了保證系統能夠可靠地復位，RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如圖3-2所示。

圖3-2 復位電路

3.2.3 74HC154譯碼電路設計

74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC154譯碼器可接受4位高有效二進制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數據輸入，74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態。如圖3-3所示。

圖3-3 74HC154譯碼電路

3.2.4 整體原理設計

原理圖如圖3-4所示。

圖3-4 原理圖

電路設計需要的元器件包括電阻，電容，單片機，譯碼器，移位寄存器，LED點陣等。具體元器件規格數量見表3-1所示。

表3-1 元器件清單

元器件型號	規格參數	數量
電阻	10kΩ	1個
電容	30uF	1個
電容	30pF	2個
晶振	11.0592MHz	1個
單片機	AT89C51	1個
VCC	5V	5個
GND	接地	3個
按鍵	四角直插	1個
8x8點陣LED	RED	4個
74HC154		1個

3.3 驅動程序設計
3.3.1 程序框圖簡介

程序主要有頭文件，端口定義，定義所用的函數，字模函數，具體函數編寫包括主函數。根據電路圖原理，主體流程圖如圖3-6所示。

（見附件）

圖3-6 程序框圖

3.3.2 程序分析

16×16點陣LED顯示器基于74HC154譯碼驅動的C語言程序分析。

4 結果分析
4.1 程序調試與仿真

完成硬件設計和軟件程序編寫后，將keil uvison4軟件中編輯好的程序輸出文件載入protues軟件中的單片機AT89C51中進行仿真。按照顯示的結果進行程序的調試，顯示的時間通過延時函數改變。調試結束后可以驗證該設計的硬件方案和軟件方案的正確性。首先沒有出現錯誤顯示且顯示的漢字穩定清晰，說明了電路原理的合理，所選元件也是正確的；其次顯示的內容也與所編程序相符合，說明軟件方案也是可行的。

4.2 仿真結果

運行程序，在16×16點陣顯示屏上依次顯示A-G七個字符，并且循環顯示。運行結果如圖4-1,圖4-2所示。