恒流驱动LED显示屏设计方案

1、基于恒流驱动的LED 显示屏设计年级专业 ：09 电子应用电子学生姓名 ：李巧林学号:38项目组 ：第五组2011年10月18日1摘要本设计使用 AT89C52芯片作为主控制模块， 利用简单的外围电路来驱动 16*16 点阵 LED显示屏。设计分为三个模块：单片机控制模块 .输出显示模块， 译码器 74LS138与三极管驱动的驱动模块。单片机控制模块以单片机为核心，以软件KEIL 编程实现信号输出，以驱动16*16 LED 点阵显示块为目的。另一方面显示屏广泛的应用于医院、火车站、银行等公共场所，因此本设计有很强的现实实用性。研究了基于 AT89C52 单片机 1616 LED 汉字滚动显示屏

2、的设计与运用 Proteus 软件的仿真实现。主要介绍了LED 汉字显示屏的硬件电路、汇编程序设计与调试、 Proteus 软件仿真等方面的内容，本显示屏的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易实现等优点。能帮助广大电子爱好者了解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法， 并提高单片机知识技术的运用能力。2目录第一章绪论1.1 单片机的应用41.2 LED 简介41.3 电子显示屏 4 第二章 系统整体方案 5 2.1 需要实现的功能 72.2 系统软件的设计7第三章系统硬件电路的设计83.1 单片机系统及外围电路83.1.1 单片机的选择83.1.2 AT89C52

3、芯片介绍83.1.3 单片机系统外围电路93.1.4 元器件选择103.3 驱动电路113.3.1 74LS138 芯片简介113.3.2 驱动电路的构成113.4 16*16LED 显示屏电路和原理13第四章系统程序的设计134.1 显示驱动电路134.2 系统主程序14第五章调试及性能分析175.1 软件调试 17 5.2 性能分析 19 参考文献 19第一章绪论1.1单片机的应用单片机是生活必不可缺的， 顾名思义单片机的应用是很广泛的， 导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、 计算机的网络通讯和数据传输、 工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能 IC 卡、民用豪华轿车的安全保障

4、系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。31.2 LED简介LED俗称发光二极管，它包含了可见光和不可见光，属于光电半导体的一类，在结构上包括 P 极和 N 极，是一种依靠半导体PN 结发光的光电元件。 LED 就是由电子材料，封装材料，辅助材料联结而成的的一个发光的闭路电子元件。它可以直接把电转换成光，LED 的心脏是一个半导体的晶片， 晶片的一端附在一个支架上， 一端是负极， 另一端连电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封起来。LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替

5、传统的光源，它有着广泛的用途。体积小，LED 基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小非常的轻；耗电量低，LED耗电量非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V ，工作电流是 0.02-0.03A ，这就是说它消耗的电量不超过0.1W；使用寿命长，在恰当的电流和电压下， LED 的使用寿命可达10 万小时；高亮度、低热量；环保，LED 是由无毒的材料做成， 不像荧光灯含水银会造成污染，同时 LED 也可以回收再利用； 坚固耐用， LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管还要坚固，等体内也没有松动的部分，这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。LED 显示屏

6、：它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。点阵模块方案：最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来优势：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。缺点：色彩一致性差， 马赛克现象较严重， 显示效果较差。 led 显示屏市场前景 现状：目前由于 led 显示屏造价昂贵， 主要用于比较高档的场所， 主要集中在城市的繁华场所， 作为多媒体广告的一部分。单双色led 显示屏主要应用于交通,高速公路 ,银行、证券交易等金融场所。以后：随着人们生活水平的提

7、高，户外led 显示屏将逐渐应用于各个行业。1.3电子显示屏随着现代光电技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展和普及，LED显示屏已遍及社会的各个领域。 简单的讲，显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元构成屏体，再加上一套适当的控制器。 所以多种规格的显示板配合不同技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏，以满足不同环境， 不同显示要求的需要。 LED显示屏是由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以

8、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显示屏的分类：按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏、全基色显示屏；按显示器分类 LED数码显示屏、 LED点阵图文显示屏；按实用场合分类有室内显示屏和室外显示屏。仔细分解一个 LED 显示屏，它有以下一些要素构成：金属结构框架、显示单元、扫描控制板、开关电源、双绞线传输电缆、主控制仪、专用显示卡及多媒体卡、电脑及其外设、其它信息源。4第二章系统整体方案2.1需要实现的功能用移动显示屏来显示汉字， 通过单片机 AT89C52的行扫描和 74LS138芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“湘潭欢迎你”的字幕。当中

9、还要实现的功能：5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给 74LS138 芯片的 E1 高电平同时给 E2 和 E3低电平， 74LS138才能正常的工作，点阵模块：此点阵模块由四个 8*8 点阵组成，图 2.1.1 为 88点阵 LED外观及引脚图，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。 8*8LED 点阵等效电路如图 2.1.2 所示图 2.1.15图 2.1.28X8 点阵 LED工作原理说明 :8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成， 且每个发光

10、二极管是放置在行线和列线的交叉点上， 当对应的某一列置 1 电平，某一行置0 电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱， 因此实现柱的亮的方法如下所述： 一根竖柱：对应的列置 1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置 0，而列则采用扫描的方法来实现。需要实现的功能如下图流程图图2.1.3 所示：6时钟电路复位电路行扫描模块显示模四个 8*8 点阵块列扫描模块三极管图 2.1.3本电路使用 AT89C52实现行驱动， 对显示模块从上至下的扫描， 用 74LS138和三极管实现列驱动， 对显示模块从左至右的扫描，然后显示字符。

11、 在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是 74ls138 译码器， 74ls138 译码器的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时， 输出端不可接或门及或非门 （因为每次仅一个为低电平，其余皆为高电平） ； 74ls138 译码器有使能端，故使能端必须加以处理， 否则无法实现需要的逻辑功能。 在片选使用状态下输入中 8 线始终只有 1 线为 0， 此 74ls138 芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展 IO 资源的作用，只要用单片机的 2 个 IO 引脚资源就能控制 8 个输出，而且程序的编制也容易实现。2.2系统软件的设计软件程序是整个控制系统的核心部分。 显示部分采用动态扫描

12、的方式， 实现对显示屏要显示的汉字、图像、 字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。 程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区、 数据存储区和接收缓冲区。 单片机通过串口中断接收 PC机传来的数据，暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律放入数据存储区保存起来， 然后再根据显示方式依次从数据存储器中取出数据放入显示缓冲区中用于显示。 显示采用逐行扫描的方式， 图 5 是显示一屏字符的程序流程图。与 PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的数据信息传输。其程序流程图如图5 和 6 附录所示。7第三章系统硬件电路的设计3.1单片机系统及外围电路3.1.1 单

13、片机的选择本设计选用了 AT89C52单片机作控制3.1.2 AT89C52 芯片介绍概述： AT89C52 为 40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器， 采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据 RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有： XTAL1（ 19脚）和 XTAL2（ 18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。 RST（ 9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC

14、（ 40 脚）和 VSS（ 20脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用 I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， P0端口（ 3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为I2C 总线控制端口，分别连接N1 的 SDAS（ 18 脚）和SCLS（ 19 脚）端口， 12脚、 27 脚及 28脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 AT89C52的引脚图如下图 3.2 所示：8图 3.2.13.1.3 单片机

15、系统外围电路单片机外围电路一般有两块：时钟电路（如图3.2.3 ）和复位电路（ 3.2.4 ）时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成， 用来产生复位信号， 使单片机上电的时候复位。9图 3.2.3AT89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器， XTAL1和 XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端， 时钟可由内部和外部生成， 在 XTAL1和 XTAL2 引脚上外接定时元件， 内部振荡电路就会产生自激振荡。 系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择 12MHz，C1、成的电容值取22PF,电容的大小频率

16、起微调的作用图 3.2.4单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时， C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位， 但是大多数条件下， 不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位， 在复位端加一个去耦电容， 则会得到很好的效果。3.1.4元器件选择元件编号规格参数作用介绍U1AT89C52核心控制芯片U2 U3 U4 U574HC138核心控制芯片LED U6 U7 U8 U916*16LED 点阵显示汉字显示屏RP11K排阻上拉电阻R11KC1 C2C322PFX112MHz 晶振K1按键开关

17、103.2驱动电路3.2.1 74LS138 芯片简介74LS138 为 3 线 8 线译码器， 共有 54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（ E1）为高电平，另两个选通端（ E2) 和 /(E3) ）为低电平时，可将地址端（ 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 E1 、E2 和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138 还可作数据分配器。 74LS138 的引脚图如图 3.3 所示：图 3.33.2.2 驱动电路

18、的构成本设计的驱动电路由电阻和 PNP的三极管构成， 由三极管将电流放大， 再通过三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。其驱动电路的电阻值是采用4.7K 欧姆的电阻，其驱动电压为 5V。行驱动电路如图 3.3.2 所示，列驱动电路如图 3.3.3 所示：11图 3.3.212图 3.3.33.3 16*16LED显示屏电路和原理16*16LED显示屏电路由四个 8*8LED点阵组成的， 其中二极管的正极控制器也就是 AT89C52，负极接译码器也就是 74LS138。显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。 该电路充分利用了单片机的 I O口资源使整机硬件达到最简。 8*8 点阵的原理

19、： 点阵 LED扫描法介绍 点阵 LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：（ 1）点扫描；（ 2）行扫描；（ 3）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 168=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。8X8 点阵 LED工作原理说明 :8X8 点阵共需要 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，当对应的某一列置 1 电平，某一行置 0 电平，则相应的二

20、极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置 1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置 0，而列则采用扫描的方法来实现。电路如图 3.4 所示：图 3.4系统程序的设计4.1显示驱动电路p=&table00;13while (1)for (i=0;i8;i+)/显示左半边屏幕P0=*(p+offset+2*i);P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 选中 U2, 输出扫描码给 U6 delay();P0=*(p+offset+2*i+1);P2=i|0x10;/P2.4=1,P

21、2.3=0 选中 U3, 输出扫描码给 U7delay();for (i=8;i16;i+)/显示右半边屏幕P0=*(p+offset+2*i);P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中 U4,输出扫描码 U8 delay();P0=*(p+offset+2*i+1);P2=(i-8)|0x40;/P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中 U5,输出扫描码 U94.2系统主程序#include #define int8 unsigned char#define int16 unsigned int#define int32 unsigned lo

22、ngint8 flag;int8 n;int8 code table32=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,/* */140x04,0x28,0x08,0x24,0x32,0x22,0xC2,0x21,0xC2,0x26,0x34,0x38,0x04,0x04,0x08,0x18,0x30,0xF0,0xC0

23、,0x17,0x60,0x10,0x18,0x10,0x0C,0x14,0x06,0x18,0x04,0x10,0x00,0x00,/* 欢 ,0*/0x02,0x02,0x04,0x82,0xF8,0x73,0x04,0x20,0x02,0x00,0xE2,0x3F,0x42,0x20,0x82, 0x40,0x02,0x40,0xFA,0x3F,0x02,0x20,0x42,0x20,0x22,0x20,0xC2,0x3F,0x02,0x00,0 x00,0x00,/* 迎,1*/0x00,0x01,0x04,0x02,0x1C,0x0C,0xC0,0x3F,0x1C,0xC0,0x02,

24、0x09,0x02,0x16,0x92,0x60,0x4A,0x20,0x82,0x2F,0x02,0x20,0x0E,0x24,0x00,0x22,0x90,0x31,0x0C,0x20,0x00,0x00,/* 您 ,2*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,/* */;void delay(void);i

25、nt16 offset;void main(void)int8 i;int8 *p;flag=0x10;n=0;TMOD=0x01;TH0=0xb1;TL0=0xe0;ET0=1;EA=1;TR0=1;p=&table00;while (1)15for (i=0;i8;i+)/显示左半边屏幕P0=*(p+offset+2*i);P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 选中 U2, 输出扫描码给 U6 delay();P0=*(p+offset+2*i+1);P2=i|0x10;/P2.4=1,P2.3=0 选中 U3, 输出扫描码给 U7delay();for (i=8;i16;i+)/显示右半边屏幕P0=*(