王琴075132点阵式LED显示系统的Proteus仿真Word下载.docx
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Proteusisanovelofembeddedsystemsoftwareandhardwaredesignsimulationplatform,canonline,real-timesimulationmultipletypesofmicrocontroller,canbelikehardwaresimulatorsasthesoftwareandhardwaredebugging,andthesimulationresultsdirectly.ThisarticleisinthebackdropofgrowingProteusproposed,basedontheprospectsofthedevelopmentofLEDdeepstudy,putsforwardthedot-matrixLEDdisplaysystemdesignschemeofProteussimulation.ThemaincontentofthisdesignresearchusingProteussoftwareweredot-matrixLEDdisplaysystemdesignandsimulation,realizedynamicdisplayofLEDdotmatrix.
【Keywords】DotmatrixdisplayProteusSimulation
目录
一、引言5
(一)选题背景5
(二)LED显示屏所面临的主要问题5
二、LED阵列显示屏的基本原理5
(一)LED发光原理5
(二)LED显示屏6
(三)LED点阵显示屏的驱动机制6
三、基于系统软硬件设计及仿真6
(一)单片机部分6
(二)显示系统的框图介绍7
(三)显示系统的电路设计8
(四)主程序设计12
(五)系统仿真12
四、结论13
参考文献14
致谢14
学生姓名:
王琴指导老师:
韩冬
1、引言
(1)选题背景
随着科学技术的不断发展,发光二极管LightEmittingDiode(简称LED)点阵块的亮度越来越高、拼装越来越方便、可靠性越来越强,基于这些优点,可利用其制成各种尺寸的屏幕。
随着LED高亮度显示屏已进入使用阶段,LED显示屏已被广泛应用于商场、车站、建筑物的墙饰等公共场合的文字图形显示,并取得了很好的效果,具有很广阔的市场。
Proteus作为嵌入式实物仿真平台且可以进行电路分析与系统设计,可以在各种微软操作系统上运行应用,进而对各种电子元器件和复杂的集成电路进行仿真和分析,且支持多种型号的单片机。
该软件的布图方式和其他电子设计软件一样,也可以仿真电路,这也方便了其推广和应用。
另外,它还可以直接在模拟出来的模型上进行编程、调试。
鉴于它的优越性和便捷性等优点,我选择该软件进行我的设计仿真。
基于上面的因素,引出课题“点阵式LED显示系统的Proteus仿真设计”。
(2)LED显示屏所面临的主要问题
随着国内外电子显示屏技术的不断发展,信息显示屏的应用数量将不断增加,种类也千差万别,特别是有的信息显示屏将工作在离市区较远或离地面较高的地方,这就给产品维护及显示信息的管理与更新增加了许多的困难。
其主要表现为以下几个方面:
a、维护不方便b、信息管理不方便c、空间及可视性不好
2、LED阵列显示屏的基本原理
(1)LED发光原理
LED是发光二极管的简称,半导体发光器件的种类非常多,但无论是哪种用途的器件,其基本的发光单元都是一个发光二极管。
发光二极管核心是PN结,它主要由等半导体加工制作而成。
它具有PN结的一般特性,我们主要应用它的发光特性。
其发光原理是当正向电压加在其两端时,N区和P区的电子和空穴就会在区域内因复合而发光。
如图2.1所示。
图2.1LED发光原理示意图
(2)LED显示屏
LED显示屏的主要原理是将要显示的图文信息首先进行数字化处理,使图文信息转换成相应的数字信息,经过数字通信系统将数字信号传输到LED显示屏中,由相应的显示单元控制电路进行各种信息的显示。
点阵式LED显示屏是由大量的发光二极管阵列式组成,这种显示器又称发光数码管。
(3)LED点阵显示屏的驱动机制
由若干块点阵显示模块组成可以用于各种消息发布、汉字显示的显示屏,一般用于单色显示点阵模块,为了方便组成大规模的点阵式显示屏幕,则点阵通常采用阵列形式的排布。
该显示屏主要有静态和动态两种驱动方式,本设计采用动态方式。
其工作原理是通过微机对总线的操作来控制每个点的明或暗,从而完成显示屏汉字或图象的显示。
本设计就是采用单片机动态实现24*24的扫描显示,显示四字为“山西师大”。
三、基于系统软硬件设计及仿真
(1)单片机部分
电子产业随着许多高新技术的进步不断发展,各种各样的控制系统也被应用于更多的领域,单片机作为当前一种先进技术,更是显示出很强的生命力。
在工业方面,各种测控系统、数据采集系统、工业机器人均采用单片机实现。
在仪器仪表方面,单片机广泛地应用于实验室、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中,使仪器仪表智能化,提高它们的测量精度,改善其功能,简化仪器仪表的结构,便于使用、维护和改进。
在通讯方面,调制解调器、程控交换技术等的核心部分也多采用单片机。
AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能8位微处理器。
AT89C51主要特性:
.与MCS一51兼容
.寿命:
1000写/擦循环
.数据保留时间:
10年
.全静态工作:
OHz一24Hz
.三级程序存储器锁定
.128*8位内部RAM
.5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
图3.1AT89C51引脚图
(2)显示系统的框图介绍
本设计采用5V电源对所选单片机进行驱动,在单片机的控制下,对移位寄存器进行显示屏行控制,对地址译码器进行显示屏列扫描,进而控制屏幕明或暗的显示,实现字的输出以及动态显示。
24*24LED点阵显示屏
移位寄存器行控制
AT89C51单片机
地址译码器列控制
图3.2系统框图
(3)显示系统的电路设计
由于本系统需要同时显示24行的数据,595为8位移位锁存器,所以本系统级联了3片74HC595芯片,组成24行的驱动。
列扫描采用74HC138,因其具有地址译码功能,可以实现对列扫描。
本系统采用3片74HC138芯片,它具有3个使能端通过对芯片使能端端的依次选通,进而实现对24列的依次扫描。
1.行控制电路
74HC595芯片具有移位功能,它是串行输入并行输出的。
该芯片的主要优点是可以保证信号不管如何移位,其输出数据保持不变。
该芯片还可以对其输出端进行有效的高阻态控制。
74HC595引脚图如下:
图3.374HC595引脚图
74HC595的数据端:
Q0—Q7:
八位并行的输出端。
Q7'
:
级联输出端。
DS:
串行数据输入端。
本设计采用24*24的显示屏,单片机的输出口不能满足设计要求,因此使用3个74HC595组成列扫描电路。
该芯片有独立的控制功能,方便对数据进行控制,显示数据由第14脚DS串行输入,由第1、2、3、4、5、6、7脚和第15脚Q0一Q7并行输出,驱动点阵模块的8列,第9脚Q7’为移位输出端,级联到下一芯片的第14脚。
第一个芯片的Q7’接到下一个的DS端,第二个的Q7’接到第三个的DS端,3个芯片为一个整体。
系统运行时,串行的数据在时钟信号SH_CP的作用下,由最低位逐步向高位进行移位,在移到对应的位置以后,锁存信号ST_CP将各输出信号进行锁存,当使能端有效时,数据便可以输出。
由P0.0口控制数据移位,P0.1口控制数据锁存,P0.2口控制数据传输,P0.4口控制芯片使能端。
图3.5为其电路连接图。
图3.474HC595与单片机连接图
行锁存功能采用具有进位功能的累加器循环左移赋值DDS的方式来实现,其子程序如下:
GC:
SETBMR
SETBOE;
高阻态禁止输出
MOV51H,#03
AAA:
MOVA,R2;
进行串行的输入
MOVCA,@A+DPTR;
并行的输出
MOVR3,#8
对进位的累加器进行循环左移并赋值
AA:
RLCA;
MOVDDS,C;
CLRSH_CP
NOP
SETBSH_CP
DJNZR3,AA;
判断是否锁存完8行
CLRST_CP
SETBST_CP
INCR2
MOVA,R2
MOVR1,A
DJNZ51H,AAA;
判断是否锁存完24列
CLROE;
锁存输出
2.列扫描电路
本设计采用的译码器是74HC138。
其引脚图如下:
图3.574HC138引脚图
引出端符号:
1,2,3引脚是译码地址输入端
6引脚是选通端
4,5引脚是选通端(低电平有效)
7,9~15引脚是译码输出端(低电平有效)
当一个选通端G1=1(高电平),另两个选通端/(G2A)=0和/(G2B)=0(低电平)时,这样译码器处于工作状态即将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器。
本设计采用3片74HC138译码器,它们的数据输入端接AT89C51的P1.0,P1.1,P1.2。
3片74HC138的E2,E3端接地,三片的E1端分别接单片机P1.4,P1.5,P1.6。
其电路连接图如图3.7所示。
赋值R0为10H(00010000),先对第一片译码器选择译码,然后用与逻辑屏蔽R0后四位,再循环左移(不带进位位)选择第二片译码器译码,第三片译码器的选择也使用相同的方法。
当第三片译码器译码完成后,在给R0赋初值10H,这样循环下去完成译码。
译码子程序如下:
MOVR0,#10H
MOVP1,R0;
列扫描
INCR0
INC55H
DEC50H
ACALLMS;
调用延时程序
MOVA,55H
CJNEA,#08,PPP;
判断8列的扫描完成与否
MOVA,R0;
进行下8列扫描赋值
ANLA,#0F0H
RLA
MOVR0,A
MOV55H,#00
子程序PPP
PPP:
MOVA,50H;
判断24列的显示完成与否
JZPP
AJMPGC;
返回行锁存子程序
部分PP子程序
PP:
MOVR0,#10H;
对译码器初始化
图3.674HC138与单片机连接图
3、电路连接全图
电路的连接方式如下图所示。
图3.7电路连接全图
(4)
主程序设计
Y
图3.8程序流程图
主程序首先进行硬件的初始化,满足条件以后开始执行主循环。
调入字符首地址给DPTR进行查表、赋值累加器,对74HC595进行串行输入并行输出(并锁存);
然后由译码器进行列扫描,随后对数据进行锁存,实现全屏显示。
上图3.9即为程序流程图。
(5)系统仿真
1、Proteus仿真软件简介
该软件的特点:
与大部分的单片机的仿真标准相匹配,较同类产品而言还有许多显而易见的优点。
它可以进行任何电路和大部分器件的仿真以及调试,同时,它目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
更重要的是,该软件可以支持大部分的芯片和存储器,再加上其强大的功能,使得它的广泛推广成为了可能。
2、仿真结果
图3.9仿真时序
图3.12为图3-10中P1.0口和ROW.0端的时序图。
从图中可以看出完成一次24列扫描需要30ms,所以扫描频率为33帧/秒.。
当扫描频率达到24帧/秒时,人眼由于视觉暂留特性是分辨不了灯管的亮与灭。
33帧/秒的扫描频率可以实现全屏显示。
图3-11为LED屏仿真显示截图字样为“山西师大”。
图3.10仿真显示
这样就可以对LED屏进行长时间、随时随地的扫描。
由于Proteus软件仿真速度和电脑运行速度不够,LED仿真显示并非实时显示。
四、结论
本文完成了用AT89C51和74HC595,74HC138对9片8*8的显示阵列扩展成24*24的显示阵列的电路图设计,并用Proteus软件进行画原理图,调试,仿真,基本实现了预想的效果,完成“山西师大”四字的动态显示。
随着社会的不断进步,LED显示屏已经成为我们生活中不可缺少的具有很多优势的产品。
目前LED显示技术有非常广阔的发展前景,其各个性能方面不断推进,而且为实现全色化的方面不断发展。
对于一些小场合为了节约各种设备及经费,可以采用多个拼接而成的显示阵列屏来实现,正如本文所做的。
此外Proteus仿真软件能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试,而且显示结果直观化。
该软件避开了使用硬件仿真器,节约了时间,在电脑上就可以进行对电路的设计以及调试。
在Proteus仿真软件中器件选择是否恰当对整个电路的延时和速度至关重要,但是其仿真速度不够,对电脑依赖性很大,不能够对大规模电路进行实时仿真。
参考文献
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清华大学出版社.2008年.
10 R.Haitz.TrendsinLEDdisplaytechnology,machinedesign[J].in:
Proceedingsof24thElectronComponentsConference.1974年.
致谢
本论文是在韩冬老师的悉心指导下完成的,在韩老师的帮助下我完成选题,立意,查阅资料,写作,修改等过程,尤其是在出现问题时,韩老师都给了我重要的指导,在此特向韩老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。
同时感谢和我一起奋斗的同学吕佳佳,赵雁妍,感谢一路走来你们对我的帮助和鼓励。
最后感谢物信学院的全体老师、同学以及室友们对我的关心和帮助。
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