基于单片机的16X64LED点阵显示屏设计(2)

目录

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1 引言 ....................................................................................................................................................... 1 2 系统总体设计 ....................................................................................................................................... 1 3 系统硬件电路设计 ............................................................................................................................... 1

3.1 主控模块 ................................................................................................................................. 1 3.2 单片机时钟电路和复位电路 .................................................................................................. 2 3.3 时钟模块 ................................................................................................................................. 3 3.4 温度模块 ................................................................................................................................. 3 3.5 按键模块 ................................................................................................................................. 4 3.6 点阵屏驱动芯片........................................................................................................................ 4

3.6.1 74HC138芯片简介 .......................................................................................................... 4 3.6.2 74HC595 芯片简介 ......................................................................................................... 5 3.6.3 74HC245 芯片简介 ......................................................................................................... 5 3.6.4 74HC4953芯片简介 ........................................................................................................ 6 3.7 点阵显示屏模块 ...................................................................................................................... 6

3.7.1点阵显示原理 ................................................................................................................... 6 3.7.2驱动电路设计 ................................................................................................................... 8

4 系统总体设计 ....................................................................................................................................... 9 5 系统调试 ............................................................................................................................................. 11

5.1 硬件调试 ............................................................................................................................... 11 5.2 软件调试 ............................................................................................................................... 11 6 结语 ..................................................................................................................................................... 13 致谢 ......................................................................................................................................................... 14 参考文献 ................................................................................................................................................. 15 附录 ......................................................................................................................................................... 16 系统整体原理图 ..................................................................................................................................... 16 程序源代码 ............................................................................................................................................. 17

2015届电子信息科学与技术专业学士学位毕业论文（设计）

1 引言

随着当今社会科技的迅猛发展，LED点阵显示器件作为当下我们获得信息的重要媒体，在

众多领域中有着广泛应用。所以LED点阵显示屏在21世纪初飞速发展，成为光电子行业的新兴产业。LED显示屏拥有外形美观大方，能显示大量信息，显示类容便于更改著称。主要应用在广告宣传、信息公布、等众多领域。在公共场所，我们基本都能看到各式各样LED显示屏，在不知不觉的LED显示屏成为我们生活中获取信息很重要的一个渠道。本设计广泛涉及到了单片机技术、硬件接口和驱动技术、C语言编程等许多专业知识。随着时间的推移我们获取信息的渠道、方式发生了巨大变化，生活中我们从LED显示平台获取的信息越来越多， LED显示屏显示信息量大、寿命长、稳定性能高，便于维护和操作安装等特点，在我们生活中承担着无比重要的任务。本设计能满足应用需求。

2 系统总体设计

本系统主要由单片机最小系统模块、时钟模块、温度模块、点阵显示屏模块组成，总体设计框图图1所示的是。本次设计是完成一个能够静态和左移动显示显示时间、温度的LED点阵显示屏。单片机通过与时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20通信获取时间和温度信息。单片机对LED点阵显示屏行列驱动器精确的控制来控制每一个LED，达到显示静态时间、温度，向左移动显示日期时间及许多文字信息。如果只能够实现静态显示通过，那么一个16*64LED 显示屏能够显示的内容是非常有限的。因此可以用滚动显示来提高能显示内容的容量，如果只用滚动显示很可能我们有时不能及时从显示屏中获得我们所需要的信息，所以我们本设计采用滚动显示加静态显示，将大部分时间用静态显示重要的信息，小部分时间用于显示一些其他信息，然后以这样的周期循环显示。设置功能按键和加减功能按键可以对显示内容中年、月、日以及时、分、秒进行调整。

列 驱 动 器 单 片 机 按键 按键电路 行驱动器 DS18B20 DS1302 图1 总体设计框图

3 系统硬件电路设计

3.1 主控模块

主控模块在整个系统里起着统领全局的重任。STC12C5A60S2单片机首先要检测键盘触发，当有按键触发时，单片机会处理指令，将指令反馈到整个系统当中。其次要与时钟芯片DS1302和温度传感器DS18B20通信，采集时间信息、日期信息和温度信息。所以本设计选用速度更快，功能更强的STC12C5A60S2单片机作为主控芯片。

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姓名：付文星 论文题目：基于单片机的LED点阵显示屏设计

51系列单片机是基于8031单片机发展而来，最早是由Intel 公司推出的。后来Atmel、Philip、Siemens等几大单片机生产商也相继推出了51 系列的单片机。这几大电子生产商推出的单片机具有内部结构与51单片机相同的优势，且指令是兼容51单片机的，这就使得编程过程变得更加高效，更加容易地应用在科学研究和工业测控领域。

主控模块中的STC12C5A60S2单片机是新一代的51单片机，是51单片机的升级版本，该单片机秉承了传统8051的优势的基础上，还具有功耗更低、速度更快、抗扰能力更强、指令代码完全兼容等众多优点。STC12C5A60S2单片机共40个引脚，且内部集成MAX810专用复位电路和1280字节RAM，该单片机有4个16为定时器/计数器，2个时钟输出，7路外部中断I/O口，8路高速A/D转换。本设计采用STC12C5A60S2单片机来控制整个系统，负责检测按键触发、与时钟芯片和温度传感器通信及LED点阵显示屏的控制。图2是STC12C5A60S2单片机结构图。

XTAL2时钟电路XTAL1RAM128BSFR 21个定时个/计数器2VccCPUROM/EPROM/Flash 4KB总线控制中断系统5个中断源2个优先级串行口全双工1个4个并行口VssRSTEAPSENALEP0P1P2P3

图2 STC12C5A60S2单片机结构图

3.2 单片机时钟电路和复位电路

为了保证驱动点阵显示屏没有明显的频闪，本设计采用在单片机XTAL1和XTAL2接外部振荡电路，单片机的时钟信号由外部生成。在18和19引脚上外接晶振X1，单片机内部产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。X1频率为22.1148MHZ，两个振荡电容各取30pF，电容起的作用是对频率进行微调。

图3 晶振电路、复位电路

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2015届电子信息科学与技术专业学士学位毕业论文（设计）

单片机有多种复位电路，本设计采用自动复位。当上电时，电容充电，电源经过电容器加到9号RST引脚，进行复位。时钟和复位电路如图3所示： 3.3 时钟模块

S1302是DALLAS公司推出的高性能、低功耗时钟芯片，它包含一个实时时钟、日历和31字节静态RAM。通过串行接口与单片机进行串行通信。实时时钟和日历电路可以提供秒、分、时、日、月、年等时间信息，可以自动纠正每月的天数和闰年的天数，可以通过AM/PM指示来确定时钟芯片采用24或者12小时格式。DS1302与单片机之间通信仅需用到3 个I/O：RST（复位）、I/O（数据线）、SCLK（串行时钟）。RAM的读/写数据可以是多达31个字节的字符组也可以是一个字节。DS1302工作时能耗低，保持正常工作的功率小于1mW，当为时钟芯片加上备用电源后，在不需要使用显示屏时可以断掉电源且不会影响正常计时，在下次启用时不需要重新调整时间。芯片的1引脚和8引脚为供电接口， 1脚接5V电，8引脚接3V的备用电源。复位引脚、数据口和时钟线接单片机就可以实现通讯，2和3引脚接32768Hz晶振。

图3 时钟芯片DS1302的电路图

3.4 温度模块

DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20内部包含有一个温度传感器和模数转换电路，不需要其他多余的外围电路，与STC12C5A60S2通信只需要一条数据线。温度传感器中有用保存温度值的两个8位RAM。 其中一个保存温度的符号，如果温度为负(℃)，那么这么这个RAM每一位都为1，否则全是0。另一个用于保存采集到的温度数值。此传感器测量范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃内误差在0.5℃以内。电路原理图如图2-4所示。

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