单片机LED点矩阵显示技术教与学

来源 :课程教育研究·新教师教学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eire
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  摘要:单片机应用系统中,多用点矩阵显示器(LED)作为显示器件,其显示特点是成本低、亮度高、寿命长、控制灵活,在生活中已经等到了广泛的应用。本文主要针对高职高专院校,讨论用单片机控制LED点阵显示器显示教学。
  关键词:单片机;LED点阵显示;项目式教学法
  【中图分类号】G712
  单片机应用系统中,常常需要进行信息显示,用于显示的器件有数码管、点矩阵显示器(LED)、液晶显示器(LCD)等。其中点矩阵显示器具有成本低、亮度高、寿命长、控制灵活等特点,已广泛应用于火车站、公园、商场等场地做为信息发布或广告显示。本文主要针对高职高专院校,采用项目式教学法,讨论点矩阵显示器的显示原理和控制方法教学。
  一、教学方法
  高职院校学生的学习特点是,学生理论知识薄弱,而思维比较活跃、实践动手能力强。针对高职高专院校教学特点,LED点矩阵教学使用项目式教学法,以学生为中心,把学习过程分解为一个个具体的任务和步骤,鼓励学生主动参与、自主协作、探索创新,注重对学生实践能力的培养。
  二、教学工具
  1、采用PPT制作课件,将图、文、声、像等多种形式有机结合,表达和传递教学内容,将原本抽象的教学内容形象化、具体化、趣味化,提高教学效果。
  2、把信息技术作为方法手段,结合在学科教学中。本课程使用PROTEUS和KEILC软件来进行单片机系统的动态模拟、仿真和调试,培养了学生的实践能力。
  三、教学过程
  1、任务引入
  在课程开始就告诉学生基本任务:利用单片机控制一个8×8点矩阵显示器,显示出字符"大"。
  2、任务分析
  明确任务后,引导学生进行任务分析。任务基本目标是用单片机控制LED点阵显示器,显示特定字符、图形。要完成这个任务,必须掌握以下知识:
  (1)掌握LED点阵显示器工作原理及使用方法;
  (2)掌握单片机控制LED点阵显示器的程序设计方法;
  (3)熟悉单片机应用系统分析和软硬件设计的基本方法,建立单片机系统设计的基本概念;
  3、相关知识讲解
  (1)LED点阵显示器结构
  LED点阵显示器是把多个LED发光二极管按矩阵方式排列在一起,通过对每个LED进行发光控制,完成各种字符或图形的显示。点矩阵显示器分类方法有多种,根据每行或每列所包含的LED个数不同,可分为5*7、8*8、16*16等类型。
  (2)LED点阵显示原理
  点阵显示器显示原理如图所示,8*8点阵显示器共由64个发光二极管组成,且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。
  对应行置1,列置0,则相应交叉点上的的二极管正向导通点亮。
  (3)点阵显示器的扫描与驱动
  控制点阵显示器阵列中不同位置LED点亮,就可以组成数字、字母、图形和汉字。点阵显示器一般采用扫描方式显示,一般有行扫描和列扫描两种方法。
  显示字符"大"的过程如下:先给第一行送高电平(行高电平有效),同时给8列送11101111(列低电平有效);然后给第二行送高电平,同时给8列送11101111,......最后给第八行送高电平,同时给8列送11111111。每行点亮延时一段时间,第八行扫描结束后,再从第一行开始扫描,重复循环。利用人的视觉驻留现象,就可以看到一个稳定的图形。
  根据每行扫描数据,可以建立汉字"大"的造型表数据库,再用查表指令MOVC对其进行读取。
  4、系统设计
  硬件电路部分:用P2口控制点阵的列,用P1口控制点阵的行。
  软件设计部分:
  (1)初始化
  设置点阵显示扫描初始值,即R0=01H,准备扫描第一行;让DPTR指向数据表首地址,把数据索引值送给A,准备进行查表。使R3=8,记录行扫描次数。
  (2)字符显示
  在查表时用查表指令MOVCA,@A+DPTR取出显示数据,把数据送给A;接着把A的值送给用于控制数码管显示字形的P2口,即可在相应行上点亮对应LED。调用延时子程序是使点阵显示器能够稳定显示相应的符号。最后DPTR+1,为下一个数字的显示做准备。
  四、系统仿真调试
  系统仿真调试使用Proteus软件实现。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)。它的基本功能是软件的仿真,它的特点是能仿真单片机的运行及外围器件状态。它是我们现在用到的最好的单片机及外围器件仿真工具。在我国已受到从事单片机教学的教育工作者、单片机爱好者、以及致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
  在课堂上借助多媒体工具,可以直接让学生看到Proteus的仿真模拟结果。在仿真时可以采用步进的方法,让学生看到每次行扫描的结果,从而对扫描原理有更深刻的理解。
  五、实践应用
  在实验箱上连好硬件电路,将程序烧录到AT89S51芯片内部,让系统脱机运行,观察实际应用结果。这时可以对学生进行能力拓展训练,即给出进阶任务,使单片机控制LED点矩阵显示器实现动态显示效果,如将字符"大"从右往左滚动显示;或者多字符轮流显示0,1,2,3......等。
  本次课程教学采用多种先进的教育理念和教学方法,融"教、学、做"为一体,程培养了学生分析问题、解决问题的能力量,促进了学生创新意识的培养,课堂气氛活跃,学生参与程度高,达到了预期的教学效果。
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