.目 录摘要2引言31、背景介绍31.1 LED及LED显示屏32 、MCS-51系列单片机简介42.1 MCS-51系列单片机及其特点42.2 单片机的开展历史简介43、功能要求44、方案实现54.1 系统硬件电路的设计64.1.1单片机系统及外围电路64.1.2列驱动电路64.1.3行驱动器74.2.系统程序的设计74.2.1显示驱动程序74.2.2系统主程序85、性能分析与仿真调试95.1 性能分析95.2 仿真结果95.3 焊接后实物效果图106、总结11参考文献12附录A 四个8*8点阵构成的16ｘ16的点阵LED汉字显示屏的硬件原理图13附录 B 程序清单16摘要本设计是基于MCS-51的16ｘ16点阵LED电子显示屏的设计，16ｘ16的点阵共有256个发光二极管，我们采用动态扫描的显示方法，更节省锁存器也就节省了本钱。
扫描驱动电路就可以实现多行〔比方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1行的发光管的阴极连在一起，把所有同1列的发光管的阳极连在一起〔即我们采用共阴极的接法〕采用扫描方式进展显示时，每一行和每一列都有一个行驱动器和列驱动器，各行的同名列和各列的同名行共用一个驱动器我们采用四个74HC595驱动集成块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单片机的P2口低3位与行驱动器相连，高3位于列驱动器相连，P2.5(P2.0)为串行数据输入口，P2.6(P2.1)为移位时钟脉冲控制口，P2.7(P.2)为输出锁存器控制脉冲口我们通过淘宝网和跑电子元件商店购置设计所需元器件，再编写点阵显示程序，利用proteus画出电路原理图并装入程序仿真调试，仿真成功后完成电路焊接并装入程序完成实物设计整个设计过程让我们学到许多实践知识!基于MCS-51的16ｘ16点阵LED电子显示屏的设计引 言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在实际应用中的显示屏由于本钱和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。
本文设计的是一个室内用16ｘ16的点阵LED图文显示屏，图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式1、背景介绍1.1 LED及LED显示屏LED 就是Light Emitting Diode〔发光二极管〕的缩写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结加反向电压，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发光二极管是由p 型和n 型半导体组成的二极管在LED 的p - n 结附近,n 型材料中多数载流子是电子,p 型材料中多数载流子是空穴p -n 结上未加电压时构成一定的势垒,当加正向偏压时,在外电场作用下,p 区的空穴和n 区的电子就向对方扩散运动,构成少数载流子的注入,从而在p - n结附近产生导带电子和价带空穴的复合,同时释放出相对应的能量hν(h 为普朗克常数,ν为光子频率)而发光该能量相当于半导体材料的带隙能量Eg(Ev) ,其与发光波长λ(nm) 的关系为λ= 1239. 6PEgLED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。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成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展控制，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2 、MCS-51系列单片机简介2.1 MCS-51系列单片机及其特点①可靠性高：因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机系统软件(如：程序指令，常数，表格)固化在ROM中，不易受病毒破坏许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠②便于扩展：片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的(总线，并行和串行的输入/输出)管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统③控制功能强：具有丰富的控制指令：如：条件分支转移指令，I/O口的逻辑操作指令，位处理指令。
④实用性好：体积小，功耗低，价格廉价，易于产品化2.2 单片机的开展历史简介①第1阶段(1971年—1978年)，以MCS-48系列为代表，称4位单片机在片内：CPU有4位或8位；ROM有1KB或2KB；RAM有64B或128B；只有并行接口，无串行接口；只有1个8位的定时/计时器；中断源只有2个在片外：寻址X围只有4KB；芯片引脚有40个②第2阶段(1978年—1983年)，以MCS-51系列为代表，称8位单片机在片内：CPU有8位；ROM有4KB或8KB；RAM有128B或256B；有串/并行接口；有2个或3个16位的定时/计时器；中断源有5至7个在片外：寻址X围有64KB；芯片引脚有40个③第3阶段(1983年以后)，以MCS-96系列为代表，称16位单片机在片内：CPU有16位；ROM有8KB；RAM有232B；有串/并行接口；有4个16位的定时/计时器；中断源有8个；增加了D/A和A/D转换电路在片外：寻址X围有64KB；芯片引脚有48个或68个以上MCS-51系列以其优良的性价比，在我国得到了广泛的应用3、功能要求设计一个室内用16ｘ16的点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。
4、方案实现从理论上说，不管显示图形还是文字，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LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光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，16ｘ16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16ｘ16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本钱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〔比方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行使其燃亮一样的时间，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。
采用扫描方式进展显示时，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展显示这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备〔传输〕和列数据显示两局部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到达重叠处理的目的，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展显示时，串并移位存放器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示图1为显示屏电路实现的构造框图 单片机列驱动器电源LED显示点阵 行驱动器图1显示屏电路框图4.1系统硬件电路的设计硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三局部4.1.1单片机系统及外围电路单片机采用AT89S52单片机，采用12MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定单片机的P2口低3位与行驱动器相连，高3位于列驱动器相连，P2.5(P2.0)为串行数据输入口，P2.6(P2.1)为移位时钟脉冲控制口，P2.7(P.2)为输出锁存器控制脉冲口16ｘ16的点阵显示屏的硬件原理图如图2所示〔在附录A〕4.1.2列驱动电路列驱动电路有集成电路74HC595构成它具有一个8位串入并出的移位存放器和一个8位输出锁存器的构造，而且移位存放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，传送下一行的列数据，既到达重叠处理的目的74HC595的外形及内部构造如图3所示。
它的输入侧有8个串行移位存放器，每个移位存放器的输出都连接一个输出锁存器引脚SI是串行数据的输入端引脚SCK是移位存放器的移位时钟脉冲，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存放器的输出端，也就是输出锁存器的输入端RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位存放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，否那么为高组态SCLR信号是移位存放器清零输入端，当其为低时移位存放器的输出全部为零由于SCK和RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰芯片的输出端为QA～QH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位存放器完全同步的级联输出图3. 74HC595外形及引脚4.1.3行驱动器行驱动器也由两个74hc595来驱动4.2.系统程序的设计显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种。