第1章 課題概述
1.1 課題意義LED顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點。LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發展，是與它本身所具有的優點分不開的。這些優點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定。LED的發展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性，可靠性、全色化方向發展。
1.2課題目的通過課程設計，進一步熟悉和掌握AT89C51單片機的結構及工作原理，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術，了解表關電路參數的計算方法。通過完成一個包括電路設計和程序開發的完整過程，進一步了解開發一單片機應用系統的全過程，通過此綜合訓練,為以后畢業設計打下一定的基礎。
（1）利用74HC595擴展單片機IO口間接控制ＬＥＤ點陣使其顯示。
（2）綜合運用所學的《單片機原理與應用》理論知識，通過實踐加強對所學知識的理解，具備設計單片機應用系統的能力，加深對單片機課程的全面認識。
（3）通過本次課程設計能夠對程序進行編寫和調試。
（4）通過本次系統設計，增強自己的動手能力。認識單片機在日常生活中的應用的廣泛性，實用性。
1.3課題內容 以ＡＴ８９Ｃ５１單片機為控制器，用一個8*8點陣LED點陣顯示屏，顯示“●、○、♥”圖形，通過按鍵來選擇要顯示的圖形。
1.4設計方案點陣LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式： 一、點掃描；二、行掃描；三、 列掃描。 若使用第一種方式，其掃描頻率必須大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即 可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合視覺暫留要求。此外一次驅動一列或一行（8顆LED）時需外加驅動電路提高電流，否則LED亮度會不足。
所以本設計采用列掃描的方式，行由單片機向74HC595送串行數據，然后74HC595并行輸出到LED點陣模塊，利用外部中斷檢測按鍵控制切換顯示圖像數據輸出，以達到設計要求的目的。
第2章 硬件實現及單元電路設計
2.1 硬件元器件的選擇硬件元器件：AT89C51單片機、兩個8位位移寄存器74HC595、一塊8*8LED點陣、一個按鍵。
2.1.1 單片機型號選擇
AT89C51是一種低功耗、高性能的片內含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術制造，并且與89C51引腳和指令系統完全兼容。 圖2.1.1 AT89C51引腳圖
2.1.2 單片機IO擴展電路芯片選擇74HC595具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。 移位寄存器和存儲器有相互獨立的時鐘。利用它可以將8線IO縮小到3個IO使用即可滿足設計需求。
圖2.1.2 74HC595引腳圖
2.1.3 8*8LED點陣模塊選擇如下圖一為8×8點陣LED外觀及引腳圖，圖二為其等效電路圖，只要其對應的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發亮。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。滿足設計需求。
圖（一） 圖（二）
2.2 硬件電路設計2.2.1主控電路的設計- 晶振電路設計：該電路晶振采用11.052MHz晶振，為單片機提供機械脈沖源。
- 復位電路設計：在單片機的RST端給高電平可使得單片機復位。
（3）電源電路設計：該電路采用VS1838b穩壓三極管，使得系統電源穩定在5V。
（4）單片機IO：引腳如圖所示的單片機是引腳雙列直插封裝方式，電源引腳40腳與接地腳20。 P0口作輸入口使用時，應先向口鎖存器寫入1。P1口是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O端口。P1的輸出緩存可驅動4個TTL輸入。P2口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口也是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口， P3端口還用于一些復用功能。
2.2.2 LED點陣模塊電路設計
74HC595的輸入端連接單片機的P2.2，P3.3，P2.3，輸出端控制LED點陣模塊引腳。如圖為按鍵電路，采用上拉電阻式設計，使得按鍵初始狀態穩定在高電平，抗干擾能力得到加強。
其中按鍵接口為單片機外部中斷引腳。
第3章 軟件設計
3.1 程序流程圖第4章 調試及分析
本次設計是我第一次接觸LED點陣顯示設計，在經過老師簡介LED點陣工作原理后，我在電腦仿真上先利用電源和地簡單的測試理論，然后在一次次動手過程中最終理解了LED點陣的工作原理，在書寫程序時，我分為以下幾個步驟：
- 學會使用74HC595輸出預設的數據。
- 結合74HC595點亮LED點陣里面的任意LED燈。
- 將點亮LED點陣單個LED函數封裝成整體顯示函數，顯示預設簡單圖案如圖一。
- 調通按鍵部分，使其工作正常，并可隨意控制。
- 將按鍵和LED顯示結合起來，利用按鍵改變LED顯示圖案。
- 將設計要求的圖案替換原先簡單圖形，如圖二至四。
圖一 圖二
圖三 圖四
心得體會
本次課程設計分為兩個部分，單片機開發板焊接、調試與程序設計。我們花了一天的時間焊接，調試單片機。看似簡單的一件事，需要耐心和細心。其中貼片元件是最難焊的。最后還是順利完成了。
程序設計部分，之前參考例程，把一個簡單的圖形顯示了出來，獲得了不少的成就感，然后按照例程里面的圖形數組的數據，自己修改，把自己設想的圖案顯示出來。之后一直在努力實現按鍵切換功能的實現，但一直都沒有思路，后來想到用三個普通按鍵實現三種圖形切換，發現這種方法實現起來很簡單，之后想起應該要盡量減少硬件的使用以降低成本和工藝復雜度，用一個按鍵結合外部中斷來實現圖形切換的功能，反應速度要比之前顯著提高。
改進的思路如下：之前采用一個一維數組儲存一個圖形的數據，如果要增加多個圖形，則明顯增加變量，然后我就想到了用一個二維數組來儲存多個圖形數據，因為其本身就已經保留了圖形編號，便于調用。關于圖形切換，采用按鍵觸發中斷，當按鍵按下時，其中斷服務函數里面的變量自增一次，而在主函數里面查詢這個變量的值，不同的值顯示不同的圖案。
最終實現了一個按鍵切換三個圖形的功能，但主體程序完成后，我發現之前的圖形取模不規范，然后利用軟件取模的方法，使得模組數據規范化，使得最終的顯示達到標準。
參考文獻
【1】曾屹.單片機原理與應用.第2版.湖南：中南大學出版社，2009
【2】郭天祥.51單片機C語言教程.新概念.北京：電子工業出版社，2009
3.2主程序的設計
3.3 顯示程序設計
（詳見附件）
16點陣LED簡單圖形顯示設計.docx
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很棒