仪器设计实践课程设计牛延利详解.docx

仪器设计实践课程设计题目名称：16×16动画点阵屏设计专业班级：测 控1303 学生姓名：牛 延 利学号：201323030329指导教师：刘伍丰1设计方案及硬件组成1.1设计方案LED点阵显示屏在我们的日常生活中随处可见，广泛应用于车站、商场、医院、宾馆、银行、和其它公共场所。它的优点是：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。我们已经学习了单片机及相关的课程，可以利用单片机来控制LED，以达到我们所需要的显示效果。此次设计的是16×16点阵显示屏，一共有256个LED灯构成，因为只有256个像素点，因此一次只能显示一个汉字，通过51单片机的I/O口及外围电路来控制16行和16列，通过编程来显示我们想要想要显示的汉字或图形。课程设计能够提高我们的动手能力与解决实际问题的能力。对于单片机我们已经学习了很多与之相关的理论知识，但是我们还没有机会来实际操作它，课程设计给我们提供了一个很好的机会，让我们更深入的去学习它，掌握它。通过课程设计我们能基本掌握单片机硬件与软件相关的知识，掌握16X16LED点阵的工作原理。1.2 主要组成部分设计的点阵显示屏是基于STC89C52RC设计的，硬件搭接完成后，通过编程控制单片机I/O口的输出。其电路原理框图如图1.2-1所示：由框图可以看出，点阵的驱动主要是行驱动和列驱动，其中LED的行是共阴极的，列是共阳极的，行驱动主要是用到了3线-8线译码器，用两个译码器接成4线-16线译码器,控制端接在了单片机的P1.0到P1.3口，通过编程来控制行选，列选用74HC595串入并出的移位寄存器来控制，从而显示出我们要显示的文字或图形。2电路各单元设计2.1 STC89C52单片机介绍2.1.1STC89C52功能介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash?Programmable?and?Erasable?Read?Only?Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC的STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：·工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）·与MCS-51兼容·8K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·三个16位定时器/计数器·6个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2.1.2 单片机最小系统STC89C52的最小系统包括时钟电路和复位电路，其电路原理图如图2.1-2所示：图2.1-2 51单片机最小系统2.216×16点阵灯的结构16×16点阵灯的结构和8×8点阵等的结构原理一样，由于空间有限，只画了8×8点阵灯的结构，如图2.2-1所示：图2.2-1 8×8点阵灯的结构由图我们可以看出，所有行的LED都是共阴极的，所有列的LED都是共阳极的，16×16点阵也是完全一样。2.3点阵行的控制74HC13874HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（至）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统，在高性能存贮器系统中，用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时，译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间，这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器。因此可以用两片74HC138通过如图2.3-1链接，就可以构成4线-16线的译码器，通过控制四个输入端来控制输出。图2.3-1 4线-16线译码器其中a、b、c、d四个输入端分别与单片机的的P1.0-P1.3口相连接，一共有16个输出，分别控制点的16行。74HC138的真值表如表一所示：表一74HC138真值表输入输出XHXXXXHHHHHHHHXXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHH