LED图像显示系统.doc

单片机课程设计报告
题目: LED图形显示系统
院(系) 工学院
专业电子信息工程
年级 08—1班
姓名赵龙学号 08042130
指导教师舒昌
2011 年 12 月 30 日
LED图形显示系统
一、设计要求
(1)在16X16点阵LED上显示汉字和图形;
(2)汉字点阵为16X16;
(3)汉字显示可以实现滚屏;
(4)通过按键可以调整滚屏方向和启停。
二、实现方案
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传输到位之后,这一行的各列才能并列地进行显示。这样,对于一行的显示过程就可以分解成数据准备(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时间的矛盾问题,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锁存功能。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,它应能实现串入并出的移位功能;对于列数据显示来说,应具有并行锁存的功能。这样,本行已经准备好的数据打入并行锁存器进行显示时,串行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。
三、单元电路设计
1 系统硬件电路设计
硬件电路大致可分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。
2 总体设计
如图1所示,本产品采用AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现,主要由AT89C51芯片、电源、行驱动器、列驱动器、16X16 LED点阵5部分组成。
图1 LED图形显示系统电路框图
从理论上说,不论显示图形还是文字,只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的的LED期间发光,就可以得到我们想要的显示结果,这种同时控制各个点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16X16的点阵共有256个发光二极管,显然对单片机没有这么多的端口,按8位的锁存器来计算,16X16的点阵需要256/8=32个锁存器。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,而是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来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16X16的点阵来说,把所有同一行的发光二极管的样机连在一起,把所有同一列的阴极连在一起(共阳极的接法),再送出对应第一行发光二极管亮灭的数据并锁存,然后选通第一行使其燃亮一定时间,然后熄灭;在送出第二行的数据并锁存,然后选通第二行使其燃亮相同的时间,然后熄灭;以此类推,第十六行之后,又重新燃亮第一行,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。显示时要把一行中的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。从控制电路到驱动器数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然,采用并列方式时,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。
3 单片机系统及外围电路
单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片,采用24MHZ或更高频率晶振,已获得较高的刷新频率,时期显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连,用来显示数据。P1口低4位与行驱动器相连,送出行选信号;~。P0口和P2口空着,再有必要时可以扩展系统ROM和RAM。
4 列驱动电路
列驱动电路由集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构,而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的,可以实现在显示本行列数据的同时,传送下一个列数据,既达到重叠处理的目的。
74HC595的外形及内部结构如图2所示。它的输入侧有8个串行移位寄存器每个移位寄存器输出都连一个输出锁存器。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲,在其上升沿发生移位,并将SI的下一个数据打入最低位。
移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端,也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号,其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号,只有当其为低时锁存器的输出才开放,否则为高组态。SCLR信号是