--LED点阵动态图像(会飞的小鸟)显示

摘要LED显示即为发光二极管显示,具有显示醒目、成本低、配置灵活、接口方便等特点.目前,LED点阵显示器应用十分广泛,如广告活动字幕机,股票显示屏,活动布告栏等. 本设计的主要内容是LED点阵动态图像显示的设计,以实现设定图像滚动显示控制并进行软硬件交互仿真,即主要包括软件设计与分析和软、硬件交互仿真几个环节.软件设计与分析环节中分析掌握硬件电路,熟悉LED点阵显示、综合89C51单片机的原理与特点,通过修改单片机程序控制显示动态图像内容,实现循环显示或单次显示,保证显示的稳定性和完整性,完成"会飞的小鸟"在屏幕中的动态显示.软、硬件交互仿真环节主要指将相应软件设计环节所得程序导入到Proteus仿真环境中进行调试,以实现图像的动态显示,并显示效果.关键词: 单片机,LED点阵,动态图像 / 目 录摘要I目 录11 绪 论21.1 LED点阵显示屏概述21.2 LED显示屏控制技术状况 21.2.1 串行传输与并行传输技术31.2.2 动态扫描与静态锁存技术31.2.3 自动检测与远程控制技术32 设计任务 42.1 设计目的 42.2 设计任务 42.3 设计思路 43 硬件 53.1 AT89C51单片机与其引脚说明53.2 LED点阵模块 73.3译码器74HC15483.4 74LS245芯片94 电路设计 105 系统流程图与程序 115.1 程序流程图 115.1.1单幅图像显示流程框图 115.1.2动态图像显示流程框图 115.2 程序设计125.2.1单幅图像显示〔一〕125.2.2单幅图像显示〔二〕145.2.3单幅图像显示〔三〕165.2.4全流程汇编程序17心得体会 20参考文献 211 绪 论LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕.它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以与对室内外环境适应能力强等优点.并广泛的应用于公交汽车,码头,商店,学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传.LED显示屏经历了从单色,双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程,自20世纪八十年代开始,LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面.1.1 LED点阵显示屏概述LED点阵显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种.一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型. 目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一.一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制.国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点.随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点.因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要.而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点. 1.2 LED显示屏控制技术状况显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路与输出接口电路等,涉与的具体技术很多,其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测与远程控制技术等. 1.2.1 串行传输与并行传输技术LED显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种.日前普遍采用串行控制技术,显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间,每个时钟仅传送一位数据.采用这种方式的驱动IC种类较多,不同显示单元之间的联线较少,可减少显示单元的数据传输驱动元件,从而提高整个系统的可靠性和性价比,具体工程实现也较为容易.1.2.2 动态扫描与静态锁存技术LED显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式.一般室内显示屏多采用动态扫描技术,即一行发光二极管共用一行驱动寄存器,根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目,分为1/4,1/16扫描等.室外显示屏基本上采用静态锁存技术,即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器,无需时分工作,从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%.动态扫描法可以大大减少控制器的I/O口,因此应用较广. 1.2.3 自动检测与远程控制技术LED显示屏的构成复杂,特别是室外显示屏,供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行.在LED显示屏的控制系统中,因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制,也可根据需要,远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以与工作方式的转换等.2 设计任务2.1设计目的1.掌握单片机的接口技术与相关外围芯片的外特性,控制方法.2.通过课程设计,掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术.3.通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术.4.通过电路设计和程序开发的过程,使学生了解开发单片机应用系统的全过程. 5.掌握单片机系统设计的总体思路和方法2.2 设计任务在单片机的控制下,使16*16LED点阵显示出"会飞的小鸟"动态图形.2.3 设计思路电路设计：选用4块8*8共阳极LED点阵,拼成16*16的点阵,将上部分两个8*8点阵和下部分两个8*8点阵的行线并接,而右边两个8*8点阵和左边两个8*8点阵的列线并接.行线由P0,P2口控制,列线由P3.0~P3.3四位编码信号经一块四——十六译码器74HC154控制输出.用74LS245芯片驱动LED点阵,它是8路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据.3 硬件3.1 AT89C51单片机与其引脚说明AT89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器,它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器,128字节的RAM,32条I/O线,2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构,一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路.如图所示3.1所示.引脚说明：VCC：电源电压GND:地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,作为输出口用时,每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路.当对0端口写入1时,可以作为高阻抗输入端使用.当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时,它还可设定成地址数据总线复用的形式.在这种模式下,P0口具有内部上拉电阻.在EPROM编程时,P0口接收指令字节,同时输出指令字节在程序校验时.程序校验时需要外接上拉电阻.P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口.P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路.当对P1口写1时,它们被内部的上拉电阻拉升为高电平,此时可以作为输入端使用.当作为输入端使用时,P1口因为内部存在上拉电阻,所以当外部被拉低时会输出一个低电流〔IIL〕.P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口.P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路.当向P2口写1时,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可以用作输入口.作为输入口,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出电流〔IIL〕.P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器〔例如MOVX DPTR〕时,P2口送出高8位地址数据.在这种情况下,P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时.当利用8位地址线访问外部数据存储器时〔例MOVX R1〕,P2口输出特殊功能寄存器的内容.当EPROM编程或校验时,P2口同时接收高8位地址和一些控制信号.P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口.P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路.当向P3口写1时,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可以用作输入口.作为输入口,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出电流〔IIL〕.P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能,具体如下表3-1所示:表3.1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD <串行输入口>P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2INT0<外部中断0>P3.3INT1〔外部中断1〕P3.4T0〔定时器0〕P3.5T1〔定时器1〕P3.6WR〔外部数据存储器写选通〕P3.7RD〔外部数据存储器都选通〕·RST:复位输入.当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位.·ALE/:当访问外部存储器时,地址锁存允许是一输出脉冲,用以锁存地址的低8位字节.当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出〔〕.一般情况下,ALE是以晶振频率的1/6输出,可以用作外部时钟或定时目的.但也要注意,每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲.·：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号.当AT89C51执行外部程序存储器的指令时,每个机器周期两次有效,除了当访问外部数据存储器时,将跳过两个信号.·/VPP:外部访问允许.为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令,必须同GND相连接.需要主要的是,如果加密位1被编程,复位时EA端会自动内部锁存.当执行内部编程指令时,应该接到VCC端.·XTAL1：振荡器反相放大器以与内部时钟电路的输入端.·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端.图3.1 AT89C51引脚图3.2 LED点阵模块LED点阵显示模块是由一串发光或不发光的点状显示器按矩阵的方式排列组成的,其发光体是〔LED发光二极管〕.目前,LED点阵显示器应用十分广泛,如广告活动字幕机,股票显示屏,活动布告栏等.LED点阵显示器的分类有多种方法：按阵列点数可以分为5*7、5*8、6*8、8*8,按发光颜色可以分为单色、双色、三色,按极性排列方式又可以分为共阴极和共阳极.如图3.2所示,只要让某些LED发光二极管点亮,就可以组成数字、字母、图形、汉字等,但要显示图像则需要多个LED点阵显示器组合,最常见的组合方式有15*14、16*15、16*16等.在设计中选用的是极性排列为共阳极的8*8LED点阵显示器,采用16*16的组合方式.由于设计要求让显示飞翔状态的小鸟,则需要1个16*16矩阵组成〔即4个8*8LED矩阵〕.图3.2 4个8*8 LED点阵构成16*16 LED点阵3.3 译码器74HC154译码器是能实现将表示特定意义信息的二进制代码功能的集成电路.译码器的输入为二进制代码,输出为与输入代码对应的特定信息,它可以是脉冲,也可以是电平.而在此次设计中应用的是输出高电平.引脚图如下图3.3.图3.3 译码器74HC154功能如下：1-11 13-17 ：译码器输出端.〔outputs 〕12：GND接地端〔ground <0 V>〕18-19：使能输入端 >20-23：地址信号输入端