8*8LED点阵简单图形显示的单片机课程设计完整资料

《单片机原理及应用》课程设计任务书

系(部)：电信系   专业：2014级电子信息工程     

	课题名称			点阵LED简单图形显示设计
	设计内容及要求	（1）以单片机为核心，用一个8*8点阵LED点阵显示屏，显示“●、○、♥”图形，通过按键来选择要显示的图形。    （2）要求：完成该系统的硬件和软件设计，在自己焊接好的单片机开发板上调试通过后，提交一篇课程设计说明书。
	设计工作量	1、汇编或C51语言程序设计；    2、程序调试；    3、在自己焊接好的单片机开发板上调试通过；    4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、调试过程，参考文献、设计总结等。
进度安排		起止日期（或时间量）			设计内容（或预期目标）	备注
		第一天			课题介绍，答疑，收集材料，焊接
		第二天			51单片机开发板焊接调试
		第三天			设计方案论证，练习编写C51程序
		第四天			程序调试、仿真
		第五天			系统测试并编写设计说明书
教研室    意见			年    月     日

目录

第1章 课题概述

1.1 课题意义

1.2课题目的

1.3课题内容

1.4设计方案

第2章 硬件实现及单元电路设计

2.1 硬件元器件的选择

2.1.1 单片机型号选择

2.1.2 单片机IO扩展电路芯片选择

2.1.3  8*8LED点阵模块选择

2.2 硬件电路设计

2.2.1主控电路的设计

2.2.2 LED点阵模块电路设计

2.2.3 按键电路设计

第3章 软件设计

3.1 程序流程图

3.2主程序的设计

3.3 显示程序设计

第4章 调试及分析

心得体会

参考文献

第1章 课题概述
1.1 课题意义

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。

1.2课题目的

通过课程设计，进一步熟悉和掌握AT89C51单片机的结构及工作原理，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解表关电路参数的计算方法。通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，进一步了解开发一单片机应用系统的全过程，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。

（1）利用74HC595扩展单片机IO口间接控制ＬＥＤ点阵使其显示。

（2）综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，加深对单片机课程的全面认识。

（3）通过本次课程设计能够对程序进行编写和调试。

（4）通过本次系统设计，增强自己的动手能力。认识单片机在日常生活中的应用的广泛性，实用性。

1.3课题内容

      以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为控制器，用一个8*8点阵LED点阵显示屏，显示“●、○、♥”图形，通过按键来选择要显示的图形。

1.4设计方案

点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： 一、点扫描；二、行扫描；三、   列扫描。 若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即 可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。

所以本设计采用列扫描的方式，行由单片机向74HC595送串行数据，然后74HC595并行输出到LED点阵模块，利用外部中断检测按键控制切换显示图像数据输出，以达到设计要求的目的。

第2章 硬件实现及单元电路设计
2.1 硬件元器件的选择

硬件元器件：AT89C51单片机、两个8位位移寄存器74HC595、一块8*8LED点阵、一个按键。

2.1.1 单片机型号选择

AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与89C51引脚和指令系统完全兼容。

                      图2.1.1  AT89C51引脚图

2.1.2  单片机IO扩展电路芯片选择

74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。利用它可以将8线IO缩小到3个IO使用即可满足设计需求。

                     图2.1.2   74HC595引脚图

2.1.3   8*8LED点阵模块选择

如下图一为8×8点阵LED外观及引脚图，图二为其等效电路图，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。满足设计需求。

         图（一）                                        图（二）

2.2 硬件电路设计2.2.1主控电路的设计

• 晶振电路设计：该电路晶振采用11.052MHz晶振，为单片机提供机械脉冲源。
  

• 复位电路设计：在单片机的RST端给高电平可使得单片机复位。
  

    （3）电源电路设计：该电路采用VS1838b稳压三极管，使得系统电源稳定在5V。

（4）单片机IO：引脚如图所示的单片机是引脚双列直插封装方式，电源引脚40脚与接地脚20。 P0口作输入口使用时，应先向口锁存器写入1。P1口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O端口。P1的输出缓存可驱动4个TTL输入。P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口也是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口， P3端口还用于一些复用功能。

2.2.2 LED点阵模块电路设计

74HC595的输入端连接单片机的P2.2，P3.3，P2.3，输出端控制LED点阵模块引脚。

2.2.3 按键电路设计

如图为按键电路，采用上拉电阻式设计，使得按键初始状态稳定在高电平，抗干扰能力得到加强。

其中按键接口为单片机外部中断引脚。

第3章 软件设计
3.1 程序流程图

第4章  调试及分析
本次设计是我第一次接触LED点阵显示设计，在经过老师简介LED点阵工作原理后，我在电脑仿真上先利用电源和地简单的测试理论，然后在一次次动手过程中最终理解了LED点阵的工作原理，在书写程序时，我分为以下几个步骤：

• 学会使用74HC595输出预设的数据。
• 结合74HC595点亮LED点阵里面的任意LED灯。
• 将点亮LED点阵单个LED函数封装成整体显示函数，显示预设简单图案如图一。
• 调通按键部分，使其工作正常，并可随意控制。
• 将按键和LED显示结合起来，利用按键改变LED显示图案。
• 将设计要求的图案替换原先简单图形，如图二至四。
  

         图一                                       图二

      

                   图三                                      图四

心得体会

              本次课程设计分为两个部分，单片机开发板焊接、调试与程序设计。我们花了一天的时间焊接，调试单片机。看似简单的一件事，需要耐心和细心。其中贴片元件是最难焊的。最后还是顺利完成了。

程序设计部分，之前参考例程，把一个简单的图形显示了出来，获得了不少的成就感，然后按照例程里面的图形数组的数据，自己修改，把自己设想的图案显示出来。之后一直在努力实现按键切换功能的实现，但一直都没有思路，后来想到用三个普通按键实现三种图形切换，发现这种方法实现起来很简单，之后想起应该要尽量减少硬件的使用以降低成本和工艺复杂度，用一个按键结合外部中断来实现图形切换的功能，反应速度要比之前显著提高。

改进的思路如下：之前采用一个一维数组储存一个图形的数据，如果要增加多个图形，则明显增加变量，然后我就想到了用一个二维数组来储存多个图形数据，因为其本身就已经保留了图形编号，便于调用。关于图形切换，采用按键触发中断，当按键按下时，其中断服务函数里面的变量自增一次，而在主函数里面查询这个变量的值，不同的值显示不同的图案。

最终实现了一个按键切换三个图形的功能，但主体程序完成后，我发现之前的图形取模不规范，然后利用软件取模的方法，使得模组数据规范化，使得最终的显示达到标准。