毕业论文---霓虹灯广告牌控制系统

1、霓虹灯广告牌控制系统 第 1 页 摘摘 要要 LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示 屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室外环 境适应能力强等优点。LED点阵显示屏可以显示汉字、数字或特殊符号，通常 用来显示时间、速度、系统状态等。 本设计采用 AT89C52 单片机实现对霓虹灯的控制。系统由单片机控制模 块、显示模块两部分组成。显示部分为 1616 的点阵模块，通过单片机控制 显示不同的图案以及想要的文字，并让字能够移动、暂停及继续移动。用两 块 74HC595 移位锁存器来进行数据存储，一块 74HC154 译码器来控制 LED16 个

2、引脚。该系统具有电路结构简单、易操作、成本低等优点，具有较强的实 用价值。 关键词关键词：单片机 点阵 译码器 霓虹灯 霓虹灯广告牌控制系统 第 2 页 目 录 1 引 言.3 1.1 课题意义及目的 .3 1.2 课题研究方法和目标 .3 2 开发软件介绍.5 2.1 KEIL软件简介： .5 2.1.1 系统概述 .5 2.1.2 Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构.6 2.2 PROTEUS软件功能及应用概述 .6 3 方案研究与主要芯片选择.10 3.1 总体方案原理及设计框图 .10 3.1.1 主控电路的选择 .10 3.1.2 显示设备的选择 .12 3.2 主要芯片

3、介绍 .13 3.2.1 译码器 74HC154 的介绍 .13 3.2.2 LED 点阵的介绍.15 4 电路设计.17 4.1 单片机模块单元电路设计 .17 4.2 译码器模块单元电路设计 .17 4.3 锁存器模块单元电路设计 .18 4.4 点阵模块单元电路设计 .18 4.4 硬件仿真设计 .19 5 软件设计.19 5.1 单片机 I/O 口分配 .20 5.2 各模块程序 .20 5.2.1 主程序设计 .20 5.2.2 显示程序设计 .21 5.2.3 设定的图案和字程序 .22 霓虹灯广告牌控制系统 第 3 页 6 运行测试.23 7 技术改进.24 总 结.25 致 谢

4、.26 参考文献.28 附 录.29 霓虹灯广告牌控制系统 第 4 页 1 引引 言言 1.11.1 课题意义课题意义及目的及目的 霓虹灯是一种冷阴极辉光放电灯，直接将电能转换成光能。自其问世以来，历经了上 百年的发展，现已成为重要的显示、装饰光源。霓虹灯由于其外形变幻多端、加工灵活、 色彩丰富，在广告业、商业、交通、建筑、室内外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化 等领域发挥了特有的作用。 单片机自问世以来，迄今已有三十多年了，其产品琳琅满目，产家也众多纷纭，功能 也是五花八门。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显 著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信

5、、家用电器等许多领域得到日益 广泛的应用。在许多基于单片机的应用系统中，通过软件编程实现对外部硬件电路的控制。 它给人们的生活带来了很多便利。因此本文设计了一款用单片机控制的霓虹灯控制系统， 实现文字的左右移动、暂停、继续移动等功能。 流水灯在现代社会就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的 控制面板等等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内 部资源，如 I/O 口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表 意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。AT89C52 单片机是可多次改写的可编程芯片， 用这种芯片构成的系统简单、可靠，

6、性价比相当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部 件,结合锁存器 MC74HC595 实现的控制器功能，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯 片更换方便。控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样进一步提高了性价比。 1.21.2 课题研究方法和目标课题研究方法和目标 本设计要求完成一个霓虹灯控制器，控制发光二极管点阵显示，要求能形成多种图案 和字。实现图案和字的左右移动、暂停、继续移动。 1、研究思路： 本设计是以 AT89C52 芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器来 控制 1616 的点阵发光二极管的明亮，显示不同的图案花样，形成霓虹灯控制器。以 霓虹灯广告牌控制系

7、统 第 5 页 AT89C52 为主控芯片，74HC595 移位锁存器存数据、74HC154 译码器控制 LED16 个列引脚 构成电路，主要包括控制电路模块、列驱动模块、行驱动模块、暂停模块和显示电路模块 五大模块。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有 很好的通用性和一定的实际使用价值。 2、硬件部分： 本设计硬件部分分为五大模块。 （1）单片机统控制模块。 （2）为实现图像的显示，由 1616 的点阵模块，由点阵模块显示不同的图形。 （3）为实现暂停功能增加一个开关构成暂停模块。 （4）74HC595 存储数据并作行驱动模块。 （5）74HC154 译码器为

8、列驱动模块。 3、软件部分 在主程序下，分别编写了如下子程序：延时程序、暂停程序、循环移动程序、显示程 序等。 霓虹灯广告牌控制系统 第 6 页 2 开发软件介绍开发软件介绍 2.12.1 KeilKeil 软件简介：软件简介： 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为 CPU 可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使 用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS-51 单片 机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐 渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在

9、不断发展，Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在 内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、20M 以上空闲的硬盘空间、 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。 .1 系统概述系统概述 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单

10、片机 C 语言软件开发 系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而 易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成 的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件 时更能体现高级语言的优势。 .2 KeilKeil C51C51 单片机软件开发系统的整体结构单片机软件开发系统的整体结构 C51 工具包的整体结构，其中 uV

11、ision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 霓虹灯广告牌控制系统 第 7 页 的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发 人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译 生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，以供调试 器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目

12、标板进行调 试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。 2.22.2 ProteusProteus 软件功能及应用概述软件功能及应用概述 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件(该软件中国 总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能 仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推 广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科 技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调

13、试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整 设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设 计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即 将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也 支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。 其功能特点 Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件(例：multisim)的功能。这些功能是： (1)原

14、理布图 (2)PCB 自动或人工布线 (3)SPICE 电路仿真 革命性的特点 (1)互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 (2)仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图 霓虹灯广告牌控制系统 第 8 页 的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟 逻辑分析仪、示波器等，Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。 具有 4 大功能模块 (1)智能原理图设计(ISIS) 丰富的器件

15、库：超过 27000 种元器件，可方便地创建新元件; 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件; 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间; 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰; 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 BMP 图纸，可以方便地 供 WORD、POWERPOINT 等多种文档使用。 (2)完善的电路仿真功能(Prospice) ProSPICE 混合仿真：基于工业标准 SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真; 超过 27000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE 文件自行设计仿 真

16、器件，Labcenter 也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件; 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频(使用 wav 文件)、 指数信号、单频 FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入; 丰富的虚拟仪器：13 种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信 号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻 辑探头、虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器等; 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压 大小，结合动态器件(如电机、显示器件、按钮)的使用可以使仿真更加直观、生动; 高级图形

17、仿真功能(ASF)：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括 工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行 一致性分析; (3)独特的单片机协同仿真功能(VSM) 支持主流的 CPU 类型：如 ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、 8086、MSP430 等，CPU 类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持 CORTEX、DSP 处理器; 支持通用外设模型：如字符 LCD 模块、图形 LCD 模块、LED 点阵、LED 七段显示 模块、键盘/按键、直流/步

18、进/伺服电机、RS232 虚拟终端、电子温度计等等，其 COMPIM(COM 口物理接口模型)还可以使仿真电路通过 PC 机串口和外部电路实现双向异步 霓虹灯广告牌控制系统 第 9 页 串行通信; 实时仿真：支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中断仿真、SPI/I2C 仿真、MSSP 仿真、PSP 仿真、RTC 仿真、ADC 仿真、CCP/ECCP 仿真; 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带 8051、AVR、PIC 的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境(如 IAR、Keil 和 Hitech) 结合，进行高级语言的源码级仿真和调试; (4)实用的

19、PCB 设计平台 原理图到 PCB 的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入 ARES 的 PCB 设计 环境，实现从概念到产品的完整设计; 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局;支持无网格自动布线或 人工布线;支持引脚交换/门交换功能使 PCB 设计更为合理; 完整的 PCB 设计功能：最多可设计 16 个铜箔层，2 个丝印层，4 个机械层(含板 边)，灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览; 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括 Gerber 文件的导入或导出， 便利与其它 PCB 设计工具的互转(如 protel)和 PCB 板的设计和加

20、工。 Proteus 提供了丰富的资源 (1)Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器 件，有 30 多个元件库。 (2)Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI 调试器、 I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪 器可以在一个电路中随意的调用。 (3)除了现实存在的仪器外，Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变 化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟 仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都

21、尽可能减 少了仪器对测量结果的影响。 (4)Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。 这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 电路功能仿真 在 PROTEUS 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在 PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。 PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形 霓虹灯广告牌控制系统 第 10 页 象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的 效果。 它的元器件、连接线

22、路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替 代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、 软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 PROTEUS 提供了实验室 无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量 上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展， “计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它 具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可 降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中

23、PROTEUS 也能茯得愈来愈广泛的应用。 使用 Proteus 软件进行单片机系统仿真设计, 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术 相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力;在单片机课 程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus 开发环境对学生进行培训，在 不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接 受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制 作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。 霓虹灯广告牌控制系统 第 11 页 3 方案研究与主要

24、芯片选择方案研究与主要芯片选择 3.13.1 总体方案原理及设计框图总体方案原理及设计框图 本设计是基于 STC89C52 单片机为核心器件控制整个系统进行工作的，系统控制框图 如图 3.1 所示。 图 3.1 控制系统框图 如图 3.1 所示，本方案具有单片机控制模块、显示模块、行列驱动模块和开关暂停模 块共五个模块。此外，通过主控单元电路的扩展，可添加多种附加功能。 单片机控制霓虹灯的设计以单片机 STC89C52 控制为核心；点阵模块有图案显示，也 有文字显示，对文字有左右滚动、暂停、播放等操作。根据系统框图，对单元电路控制进 行设计，下面是对各部分单元电路的论证与设计。

25、.1 1 主控电路的选择主控电路的选择 在本设计中，主控电路有三种实现方式。 1、采用 89C51 单片机作为 CPU。 霓虹灯广告牌控制系统 第 12 页 89C51 单片机是 8 位单片机，4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，5 个中断源，一个全双工串口通信口， 片内振荡器及时钟电路。其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，工具有 111 条指 令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其内部总线是 8 位的，其内部功能模块也基本上都是 8 位的；89C51 单片机本身

26、的电源电压是 5 伏， 89C51 有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。 2、采用 LCP2138 单片机作为 CPU 该芯片其本身自带 A/D 转换功能，带大容量的 32KRAM 和 512KFLASH ,内部资源丰富 且系统稳定，芯片价格昂贵。 3、采用 STC89C52 单片机作为 CPU STC89C52 是一款低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密 度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51

27、引脚结构，芯片内集成 了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 STC89C52 可为 许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 STC89C52 主要功能特性如表 3.1 所示，其引脚图如图 3.2 所示。 表 3.1 STC89C52 的功能特点 STC89C52 主要功能特性: 兼容 MCS-51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次)ISP Flash ROM 32 个双向 I/O 口4.5-5.5V 工作电压 3 个 16 位可编程定时/计 数器 时钟频率 0-33MHz 全双工 UART 串行中断口 线 256x8bit 内部 RA

28、M 2 个外部中断源低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式3 级加密位 看门狗(WDT)电路软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编 双数据寄存器指针 霓虹灯广告牌控制系统 第 13 页 程 图 3.2 STC89C52 引脚图 STC89C52 具有如下特点：40 个引脚，32 个外部双向输入/输出(I/O)口，5 个中断优 先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)，片内时钟振荡器电路。 此外，STC89C52 设计和配置了振荡频率可为 0H

29、z 并可通过软件设置省电模式。空闲模式 下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结 振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还 具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 由于 52 单片机的低功耗、高性能、高性价比、对 51 单片机的良好兼容等优点，本 设计选择此方案。 .2 显示设备的选择显示设备的选择 1、LED 电子显示屏如图 3.3 LED 电子显示屏是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

30、用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LED 的开 霓虹灯广告牌控制系统 第 14 页 发已经达到了实用阶段。 LED 显示屏（LED panel）：LED 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩 写，简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，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。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计 算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像 并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示

31、二维、三维动画、录 像、电视、VCD 节目以及现场实况。LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画， 动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市 场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 它的抗静电性能优势超强：制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。 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。 考虑到 LED 显示屏的亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能 稳定等优点，本设计选用 LED 显示屏。 图 3.3 LED 点阵 3.2

32、3.2 主要芯片介绍主要芯片介绍 .1 译码器译码器 74HC15474HC154 的介绍的介绍 1、将 4 线二进制编码输入译成 16 线彼此独立的输出。 霓虹灯广告牌控制系统 第 15 页 2、将数据从一个输入线分配到 16 线输出的任意一个而实现解调功能。 3、输入箝位二极管简化了系统设计。 4、与大部分 TTL 和 DTL 电路完全兼容 。 图 3.4 74HC154 引脚图 表 3.2 74LHC154 功能表(真值表) INPUTS 输入OUTPUTS 输出 G1G2DCBA0123456789101112131415 LLLLLLLHHHHHHHHHHHHHHH

33、LLLLLHHLHHHHHHHHHHHHHH LLLLHLHHLHHHHHHHHHHHHH LLLLHHHHHLHHHHHHHHHHHH LLLHLLHHHHLHHHHHHHHHHH LLLHLHHHHHHLHHHHHHHHHH LLLHHLHHHHHHLHHHHHHHHH LLLHHHHHHHHHHLHHHHHHHH LLHLLLHHHHHHHHLHHHHHHH LLHLLHHHHHHHHHHLHHHHHH LLHLHLHHHHHHHHHHLHHHHH LLHLHHHHHHHHHHHHHLHHHH LLHHLLHHHHHHHHHHHHLHHH LLHHLHHHHHHHHHHHHHHLHH L

34、LHHHLHHHHHHHHHHHHHHLH LLHHHHHHHHHHHHHHHHHHHL LHXXXXHHHHHHHHHHHHHHHH HLXXXXHHHHHHHHHHHHHHHH 霓虹灯广告牌控制系统 第 16 页 HHXXXXHHHHHHHHHHHHHHHH 注明：H=高电平 L=低电平 =不定 这种单片 4 线16 线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。当两个选通输入 G1 和 G2 为低时, 它可将 4 线二进制编码的输入译成 16 线互相独立的输出之一。实现 解调功能的办法是：用 4 线输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据 通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是

35、高时，所有输出都为高。真值表见表 3.2。 .2 LEDLED 点阵的介绍点阵的介绍 LED 显示器件种类繁多, 从简单的单个 LED 到 LED 光柱显示, 字符显示再到大面积的 平板显示, 应有尽有。LED 之所以受到广泛重视与迅速发展, 是与它具有的优点分不开的, 这些优点概括起来是: 工作电压低, 功耗小, 小型化, 易与集成电路匹配, 驱动简单, 寿 命长, 耐冲击, 性能稳定。近年来, 由于半导体材料的制备和工艺逐步成熟和完善, 超高 亮度 R、G、B LED 的商品化, 全色 LED 平板显示可以适用于室内外各种目的的应用。 1、逐列扫描原理 LED 显示屏两组等

36、距平行排列的电极分别称为行电极(扫描电极 Xi )和列电极(信号电 极 Yj ) , 行与列电极相互垂直, 在交叉点形成发光单元 LED。点矩阵的驱动一般采取逐 行扫描方式寻址, 这种方式是一次对 Yj 列上所有的单元点同时进行寻址, 在 Yj 列上单 元点被寻址之后, 再移向 Yj + 1 列寻址, 即扫描电极是从头到尾顺序地选取, 而信号电 极可同时选取一个或多个以显示需要的图像。或者说, 在某一时刻给某一行电极施加扫描 脉冲, 其他行电极施加非扫描脉冲, 同时所有列电极给出显示或非显示驱动脉冲。接着把 扫描脉冲施加到下一行电极, 再给所有列电极施加显示或非显示驱动脉冲。当扫描频率足 够快

37、时, 由于人眼的视觉暂留现象, 就可以在显示屏上呈现稳定的图像效果。 2、1616 点阵内部结构 1616 单色点阵共需要 256 个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线 的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是单色点阵。由于在仿真软件 里没有 1616 的点阵显示屏，所以本设计采用了 4 个 88 的点阵拼接成一个 1616 点 阵。 对比下面的 1616 单色点阵和 1616 双色点阵可以看出，其实 1616 双色点阵就 是两块 1616 单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适 当的连线就可以了。在 proteus 里面没有双色 LED，因

38、此只能用单色来显示，实际设计中 可以考虑用双色点阵来增加视觉效果。 1616 单色和双色点阵 LED 结构分别如下图 3.5 和图 3.6 所示。 霓虹灯广告牌控制系统 第 17 页 图 3.5 1616 单色点阵图 3.6 1616 双色点阵 霓虹灯广告牌控制系统 第 18 页 4 电路设计电路设计 4.14.1 单片机模块单元电路设计单片机模块单元电路设计 单片机系统电路图如图 4.1 所示。 图 4.1 单片机系统部分电路图 4.24.2 译码器模块单元电路设计译码器模块单元电路设计 图 4.2 4 线-16 线译码器电路图 霓虹灯广告牌控制系统 第 19 页 由于单片机的外围接口有限，

39、为了增加单片机的外围接口，故采用 4 线-16 线译码器。 译码器的四个输入端接到单片机 P1 口的前四位。输出端的 16 个脚接点阵模块的 Y 轴的 16 个脚。 4.34.3 锁存器模块单元电路设计锁存器模块单元电路设计 图 4.3 锁存器电路图 本次设计用 74HC595 锁存器存放数据并控制点阵的行，做为行驱动。 4.44.4 点阵模块单元电路设计点阵模块单元电路设计 图 4.4 点阵 LED 管脚 译码器的 16 个引脚直接与点阵的 Y 轴的 16 个引脚相连接，X 轴的 16 个引脚与锁存 霓虹灯广告牌控制系统 第 20 页 器引脚相链接。通过单片机程序控制点阵图案的显示。译码器通

40、过四个控制端依次选择 16 个输出端，实现逐列扫描的功能。 4.44.4 硬件硬件仿真仿真设计设计 图 4.5 电路仿真图 5 软件设计软件设计 霓虹灯广告牌控制系统 第 21 页 本设计采用 C 语言进行编程，相比汇编语言简单、方便，提高编程的速度。 5.5.1 1 单片机单片机 I/OI/O 口分配口分配 由于本设计需要实现功能较多，所以设计了较多的模块，因此利用了单片机全部 32 个 I/O 口中的大部分端口，结合电路原理图，为程序编写的方便，给单片机分配端口如 表 5.1 所示。 表 5.1 程序中单片机端口分配 P0.0暂停按键 P1.0译码器输入端 A P1.1译码器输入端 B P

41、1.2译码器输入端 C P1.3译码器输入端 D P3.0锁存器 DS P3.1锁存器 SH_CP P3.2锁存器 ST_CP P3.3锁存器 MR P3.4译码器 E1 5.25.2 各模块程序各模块程序 .1 主程序主程序设计设计 程序开始后，初始化。 void main() uchar base=0;/在 bmp 地址中移动，从 0 到 rows - 15,每次加 2，实现移动效果 uchar tmp=0;/临时变量 uchar rows=sizeof(bmp);/电专欢迎你和两个图片共 7 个字符块，每个 16*16，共 rows=112 列 uchar col=0;/

42、列选线 霓虹灯广告牌控制系统 第 22 页 SCON = 0 x00;/串口工作模式 0；移位寄存器方式 图 5.1 主程序流程图 .2 显示程序显示程序设计设计 for(col=0;col14;col+) MR=0;/清理行输出，将移位寄存器的数据清 0 MR=1; ST_CP=0;/上升沿 ST_CP=1; SBUF=bmpbase+col*2; while(TI=0);/等待发送完毕 T1 = 0; SBUF=bmpbase+col*2+1; 霓虹灯广告牌控制系统 第 23 页 while(TI=0);/等待发送完毕 T1 = 0; P1=col;/列控制 E1=0; /

43、开 154 移位 列 ST_CP=0;/上升沿 ST_CP=1; delayXms(2);/显示 2ms .3 设定的图案和字程序设定的图案和字程序 总共设计了 2 个图案和 5 个字，一个图案是心形，另一个图片是笑脸。5 个字分别是 “电” 、 “专” 、 “欢” 、 “迎” 、 “你” 。程序还可以依照不同的要求，设置不同的图案和文字， 以增强设计的实用性。 如图 5.2 字模提取软件能方便地提取出想要的图案和字。当编辑好想要的图案或输入 相应的字后，按一下提取字模按钮，就会在下方提取出代码。字模提取的顺序还可以通过 右上方自行选择。本次设计是列选自下而上读取。 图 5.2

44、 字模提取 0 xE0,0 x01,0 xF0,0 x03,0 x1C,0 x06,0 x0E,0 x0C,0 x0E,0 x18,0 x0E,0 x30,0 x04,0 x60,0 x0C,0 xC0, 0 x0C,0 xC0,0 x04,0 x60,0 x0E,0 x30,0 x0E,0 x18,0 x0E,0 x0C,0 x1C,0 x06,0 xF8,0 x03,0 xE0,0 x01,/*图片,*/ 霓虹灯广告牌控制系统 第 24 页 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 xF8,0 x0F,0 x48,0 x04,0 x48,0 x04,0 x48,0 x04,0 x

45、48,0 x04,0 xFF,0 x3F, 0 x48,0 x44,0 x48,0 x44,0 x48,0 x44,0 x48,0 x44,0 xF8,0 x4F,0 x00,0 x40,0 x00,0 x70,0 x00,0 x00,/*电,*/ 0 x20,0 x00,0 x20,0 x00,0 x24,0 x00,0 x24,0 x00,0 xA4,0 x01,0 x64,0 x01,0 x3C,0 x09,0 x27,0 x11, 0 x24,0 x29,0 x24,0 x45,0 xA4,0 x03,0 x24,0 x01,0 x24,0 x00,0 x20,0 x00,0 x20,

46、0 x00,0 x00,0 x00,/*专,*/ 0 x14,0 x20,0 x24,0 x10,0 x44,0 x4C,0 x84,0 x43,0 x64,0 x43,0 x1C,0 x2C,0 x20,0 x20,0 x18,0 x10, 0 x0F,0 x0C,0 xE8,0 x03,0 x08,0 x06,0 x08,0 x18,0 x28,0 x30,0 x18,0 x60,0 x08,0 x20,0 x00,0 x00,/*欢,*/ 0 x40,0 x40,0 x41,0 x20,0 xCE,0 x1F,0 x04,0 x20,0 x00,0 x40,0 xFC,0 x47,0 x

47、04,0 x42,0 x02,0 x41, 0 x02,0 x40,0 xFC,0 x5F,0 x04,0 x40,0 x04,0 x42,0 x04,0 x44,0 xFC,0 x43,0 x00,0 x40,0 x00,0 x00,/*迎,*/ 0 x80,0 x00,0 x40,0 x00,0 xF0,0 x7F,0 x2C,0 x00,0 x43,0 x10,0 x20,0 x0C,0 x98,0 x03,0 x0F,0 x21, 0 x0A,0 x40,0 xE8,0 x3F,0 x08,0 x00,0 x88,0 x00,0 x28,0 x03,0 x1C,0 x1C,0 x08,

48、0 x08,0 x00,0 x00,/*你,*/ 0 x00,0 x00,0 x20,0 x00,0 x10,0 x00,0 x08,0 x00,0 x10,0 x02,0 x20,0 x04,0 x00,0 x08,0 x00,0 x10, 0 x00,0 x10,0 x00,0 x10,0 x20,0 x08,0 x10,0 x04,0 x08,0 x02,0 x10,0 x00,0 x20,0 x00,0 x00,0 x00,/*图片,0*/ 6 运行测试运行测试 根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬联调。 霓虹灯广告牌控制系统 第 25 页 硬件调试：

49、在 proteus 中查看各个引脚是否连接错误并及时修正。 软件调试：本次设计过程中在编写暂停模块时，出现暂停不显示当前汉字，经排查在 编写程序最终使得暂停按键能暂停到当前汉字。 软硬联调：联合调试时，看到汉字移动速度过快而又增加控制速度程序，让人们更容 易的看清显示的汉字。 最后测试：最后测试移动，移动正常。暂停按键也正常 最后毕业设计仿真调试成功。 测试结果如下所示： 图 6.1 测试结果显示 7 技术改进技术改进 霓虹灯广告牌控制系统 第 26 页 本设计需要改进的地方是点阵模块，为了丰富图案的颜色，可以采用双色点阵。本设 计采用的单色点阵模块只能显示一种绿色。双色点阵由两种颜色可以选择

50、红色和绿色， 在编程的时候可以控制颜色的变化，从而让图案的更美观。可以考虑使用更大的点阵来显 示复杂的图片等。这些都是本次设计中的不足之处。 总总 结结 霓虹灯广告牌控制系统 第 27 页 通过分析 LED 显示屏的技术发展现状，根据实际应用需求，完整的设计了 LED 显示屏 控制系统。并且，针对系统中的关键问题进行详细的分析和实现，同时在理论上对其做了 系统的论述和说明。基本符合预期设想，并在仿真软件中得到验证。 本设计课题是基于 52 单片机的智能霓虹灯控制系统，在设计的初期进行了资料的查 询及思考，确定思想，用什么芯片控制，控制过程中需要什么硬件。通过 LED 显示屏的技 术发展的分析与

51、研究，根据实际应用，采用最少的资源消耗，在系统的设计工作中得到了 应用但是由于 LED 显示屏的分析、设计与实际应用环境及应用目的有很大关系，所以对其 控制系统的要求也是不同的。本设计使用 AT89C52 芯片，显示部分采用 4 个 8*8 拼接成 16*16 的点阵显示屏。软件的编写可以按照霓虹灯安放的不同环境来确定不同的图案和文 件，具有很强的适应性。该系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、 低能耗等优点，具有较强的实用价值。通过这次毕业设计，重新复习并进一步增强了动手 的能力，学以致用，把知识运用到实际生活中才是根本目的。明白了仿真软件是一个理想 的仿真环境。总体来说这次

52、的毕业设计很成功，达到了预想的目的。有点缺憾是时间有限， 不能进一步深入和扩散学习和研究。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进， 譬如实现点阵的上下移动，对角线移动，做出实物来实现双色、三色显示等。 致致 谢谢 霓虹灯广告牌控制系统 第 28 页 在设计和论文撰写过程中，得到陈姜维老师的悉心指导，在此向他致以诚心的谢意。 同时真诚感谢三年来教授我的老师们，是他们使我获得了良好的理论知识和实践技能，让 我能在面对各种新技术的学习中有个良好的前提和扎实的基础。 在大学的三年里，十分感谢母校对我的培养,让我度过了有意义的校园生活.在学习中 感谢各位任课老师对我的教导，无论在理论上还是在实践中

53、，你们都给与我很大的帮助， 增强了我的自信心,提高了积极性,使得我能够顺利毕业.这对于我以后的工作和学习都带 来很大的帮助.在这次实习中感谢你们耐心的辅导和各种资料的无偿提供。在此特别感谢 指导我毕业设计的老师，他认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使 我收益匪浅.谢谢你对我的支持和鼓励! 霓虹灯广告牌控制系统 第 29 页 参考文献参考文献 1 成都信息工程学院电子基础教学实验中心.单片微机原理与接口技术M.成都信息工 程学院.2008.8 2 郑郁正主编.单片机原理及应用M.成都：四川大学出版社.2009 3张培仁 张志坚 高修峰 ，十六位单片微处理器原理及应用.北京;清华

54、大学出版社； 2005.5 4 王为清，邱文勋编著.51 单片机应用开发案例精选M.北京：人民邮电出版社.2007 5红外遥控OL.百度百科. http:/ 6 杨志忠，卫桦林主编.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社.2009.7 7 王兆安，黄俊主编.电力电子技术M.北京：机械工业出版社.2000.P.150-165 8 ISD1700 优质语音录放电路OL.中青世纪. 9 康光华，电子技术基础（数字电路部分） ，高等教育出版社，2006.1 10 电子基础教学实验中心编著.电子基础教学实验M.成都：四川大学出版社.2005 11 高瑜翔主编.高频电子线路M.北京：科学出版社.2008

55、 12 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京：高等教育出版社.2006 13 薛鹏骞等编著.电子与通信电路计算机仿真EWB 虚拟实验室M.北京：煤炭工业 出版社.2003 14 谭浩强.C 程序设计（第三版）M.北京：清华大学出版社.2005 15 马令坤等编著.电子工艺实训教程M.陕西：西安电子科技大学出版社.2006.P.105- 133 P.167-184 霓虹灯广告牌控制系统 第 30 页 附附 录录 全部程序代码： #include #include /要用到 _nop_() #define uint unsigned int #define uchar unsigne

56、d char sbit E1 =P34;/74HC154(18)-E1 为 0 开列(col)输出 显示允许控制信号 端口 sbit ST_CP=P32;/74HC595(12)-ST_CP 上升沿-移位寄存器的数据进入数 据存储寄存器 输出锁存器的时钟信号端口 sbit MR =P33; /74HC595(10)-MR 为 0 将移位寄存器的数据清 0 sbit sw =P00; /暂停开关 uchar code bmp32*7=/字模表 0 xE0,0 x01,0 xF0,0 x03,0 x1C,0 x06,0 x0E,0 x0C,0 x0E,0 x18,0 x0E,0 x30,0 x04,0 x60,0 x0C,0 xC0, 0 x0C,0 xC0,0 x04,0 x60,0 x0E,0 x30,0 x0E,0 x18,0 x0E,0 x0C,0 x1C,0 x06,0 xF8,0 x03,0 xE0,0 x01,/*图片,*/ 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 xF8,0 x0F,