LED显示屏设计毕业设计论文

1、毕业设计（论文）（说明书）题目:led显示屏设计姓名:编号:平顶山工业职业技术学院2013年5月10日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓名专业任务下达fi期2013年3月4h设计（论文）开始h期2013年3月11r设计（论文）完成日期2013年5月17日设计（论文）题目：led显示屏设计a -编制设计b 设计专题（毕业论文）指导教师系（部）主任2013年5月24日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录自动化与信息工程系应用电子技术专业,学生于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目：led显示屏设计专题（论文）题目：led显示屏设计指导老师：答辩委员会根据学生提交的

2、毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为 o答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：, , , 、 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第页共_页学生姓名：专业应用电子技术专业 年级 2010毕业设计（论文）题目：led显示屏设计评阅人：指导教师：（签字）年月日成绩：系（科）主任：（签字）年月日毕业设计（论文）及答辩评语：木文介绍了一款以单片机stc89c52为控制器的led点阵显示屏系统的设计。该系 统可实现中英文字符的显示和动态特效显示。并且可以通过级联的方式来扩大显示屏幕 的尺寸以达到

3、增加显示内容的目的。系统单片机发送控制命令，由显示驱动模块驱动一 个16x64的led点阵显示屏的扫描显示。pc机与单片机之间的通信采用rs-232c通信 标准来实现。所选用的stc89c5单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统 方便维护和检修。除此之外，该系统只占用了单片机少量的i /0 口和内存，为系统留 下了功能扩展的空间。关键字：stc89c52； led点阵显示；串行通信第一章绪论21.1课题背景11.1.1选题背景11.1.2研究现状及发展趋势11.2 论文主要内容1第二章方案论证与选择22.1系统硬件方案22. 1. 1 显示屏主控制器32. 1.2 led点阵显示屏4

4、2.1.3硬件设计方案52.2系统软件方案62. 2. 1 单片机编程语言62.2.2系统软件编译器介绍7第三章系统硬件设计73.1硬件整体设计概述及功能分析73.2控制单元设计83. 2. 1 stc89c52 简介93.2.2 控制系统设计123.3译码电路设计133.4驱动电路设计153. 4. 1八同相三态缓冲器/线驱动器74hc244153.4.2 反相器 741ic04153.4.3行驱动电路设计163.4.4列驱动电路设计163.6电源设计17第四章系统软件设计184.1主程序设计184.2子程序的设计194. 2. 1 led显示屏的显示方式194. 2. 2 点阵数据表达方式

5、204.2.3显示程序的设计21第5章系统调试225.1系统硬件部分调试方法225.1.1短路与虚焊检测225. 1.2 上电测试235. 2 系统软件调试方法235.3系统联合调试及结果235.4调试结果分析23结 论24致 谢25参考文献26附录27第一章绪论1.1课题背景1.1.1选题背景led显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几 万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

6、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。在短短的十来年中，led点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、 寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得 到了广泛的应用。led的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更 高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。led显示屏的应用涉及 社会经济的许多领域，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信 息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信 息显示。（6）调度指挥中心信息显示。

7、（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业 务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。1.1.2研究现状及发展趋势（1）我国led产业发展现状我国的led显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。 据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销 售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。全国从事led显示屏的各类企业有 100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年 的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。在国内市场上，国产led显示屏的市场 占有率近100%,国外同类产品基本没

8、有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京 九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。技术水平相对 领先，我国led显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进 的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先 进水平技术，近年在全彩色led显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、 多级群控技术等方而均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；led显示屏控制 专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。led显示屏产业培养形成了 一批led显示屏科技队伍，在全国led显示屏行业的从业人数6000人中，

9、科技人员有 2800多人，将近50%。led显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是 平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。(2) led显示屏的发展趋势现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展， 进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，led显示屏作为平板显示的主导产品 之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮 度、全彩化蓝色及纯绿色led产品自出现以来，成木逐年快速降低，已具备成熟的商业 化条件，基础材料的产业化。使led全彩色显示产品成木下降，应用加快。led产品性 能的提高，使全彩色显示屏的亮度、

10、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满 足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未 来几年的发展中，全彩色led显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、 霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色led屏更会成为主流产品。全彩色 led显示屏的广泛应用会是led显示屏产业发展的一个新的增长点。未来led显示屏会 向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展。(3) 选题意义该设计课题使我们能够掌握led显示屏的基木显示原理和设计方法，对led显示屏 这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践， 使我们对所学过

11、的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了 51单片机的的 软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我 国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的led显示屏的作用也越练越广泛，相 关的从业人员也会越来越紧缺。但同吋应该清楚的认识到我国的led技术虽然发展迅速 但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国led显 示技术的发展都有非常现实与积极的意义。1.2论文主要内容针对设计题目的特点，对论文的内容和结构将做如下安排：(1) 初步方案的论证和选择搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进 行分析

12、比较。最终选定了以单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的设计方 案。(2) 方案实现以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电 气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定stc89c52单片机为核心控制器件，由 74i1c244为八同相三态缓冲器/线驱动器，74iic138为译码电路器件，74i1c595和4953 为驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。(3) 软件编写根据硬件特点和设计要求，软件选用c语言编写。程序按功能分为静态显示、动态 显示、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最 后将独立的

13、模块整合起来。(4) 验证与测试调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。在硬件调试中发现有单 片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。(5)结论设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。第二章方案论证与选择2.1系统硬件方案大多数的led显示屏都在户外，所以对硕件的质量耍求非常的高。为方便检修和维 护硬件电路设计吋常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计，既要满足 模块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图2-1所示，根据显示系统的功能特点确定 系统硬件由显

14、示屏部分，控制部分组成。控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控 制显示部分的显示内容和显示方式。图2-1系统硬件组成框图2. 1. 1显示屏主控制器控制部分是整个系统的核心部分，其功能为经计算机将编好的程序下载到单片机 中，再有单片机控制显示部分显示内容。其常用的电子设计方法有单片机、及eda技术。 几种设计方法比较各有其特点：(1) 单片机单片机是集成了 cpu, rom, ram和1/ 0 口的微型计算机。它有很强的接口性能， 非常'适合于工业控制，因此又叫微控制器(mcu)。单片机品种齐全，型号多样cpu从8, 16, 32到64位，多采用risc技术，片上i/o非常丰富，有的

15、单片机集成有a/ d, “看 门狗”，pwm,显示驱动，函数发生器，键盘控制等。它们的价格也高低不等，这样极 大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超 大规模集成电路的发展，nmos工艺单片机被cmos代替，并开始向hmos过渡。供电电 压由5v降到3v, 2v甚至到iv,工作电流由ma降至na ,这在便携式产品中大有用武 之地。(2) edaeda (bp electronic design automation)即电子设计自动化,它是以计算机为工 具，在eda软件平台上，对用硬件描述语言hdl完成的设计文件自动地逻辑编译、逻 辑化简、逻辑分割、逻辑综合及

16、优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯 片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。设计者只需用hdl语言完成系统功能的描 述，借助eda工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实 现。由于fpga/cpi.d可以通过软件编程对该硬件的结构和工作方式进行重构，修改软件 程序就相当于改变了硬件，软件编写可以采用自顶向下的设计方案，而且可以多个人分 工并行工作这样便缩短了开发周期和上市时间，有利于在激烈的市场竞争中抢占先机。 而且mcu是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而fpga/cpld则可实现 硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面

17、，fpga/cplp器件 在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。二种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开 发成木也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有 mcs-51、avr、arm、pic等。其中应用最广泛的单片机首推intel的51系列,由于产品 硬件结构合理，指令系统规范，加之牛产历史“悠久”，有先入为主的优势常作为单片 机学习的教材。且51系列的i/o脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时， 只须将该脚设置为高电平（复位时，各i/o 口均置高电平）。当该脚作输出脚使用吋， 则为高电平或低电平均

18、可。所以在控制部分方案的选择中选定51系列单片机作为控制 部分的核心器件。2. 1.2 led点阵显示屏显示部分包括了一块至少可以显示一个汉字的显示屏，以及驱动该显示屏的驱动电 路。由于单片机的i/o 口有限要不能直接用t/0 口来驱动led显示屏，所以需要对单片 机i/o 口进行扩展增加单片机并行输出的能力。lrd显示屏是由一个个的发光二极管点阵构成的，要构成人屏幕的led显示屏就需 要多个发光二极管。构成led屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起 来,如图2-2所示;二是选用一些由单个发光二极管构成的led点阵子模块构成大的led 点阵模块。目前市场上普遍采用的点阵模块有8x

19、8. 16x16几种；这两种屏幕构成方 法各有有缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题吋只 需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的 方法却正好与z相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个led出现问题时同在一 个模块的所有led都必须被更换。这就加大了维修的成本。两种方法相比较，决定采取模块构成的方法來制作一个led点阵显示屏。为了避免 模块的缺点，选择点阵数较小的模块來减小出现这一问题的风险。所以构建一个16x64 的led点阵屏选用16块8x8阵模块。0i 二、二、二、二二、二二、二 i 一 一 、一 一 、二 一 二- m

20、 -51-舊= 卞卡卡卡卞卞卞卞眸 、一 、 、一 m 一 二一 、- i 、一 i 、一 、一 一 一 卞卞卞mu 鱼del2一个16x64的led显示屏行有16和列有64个引脚，不能单靠51单片机的端口驱 动所以必须要对单片机的端口个数进行扩展。经常采用的端口扩展方法是用串并转换芯 片进行译码。常用的串并转换芯片有74hc138 （3线-8线译码器）、74hc244 （8位串并 转换器）、74hc595等。52单片机端口低电平吋，吸入电流可达2 oma,具有一定的 驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十p a甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电 流形成的），基本上没有驱动能力，所以单片机不能

21、直接驱动led显示屏显示。在单片 机和显示屏之间还需要增加以功能放大位目的的驱动电路。2.1.3硬件设计方案最终方案如图2-3所示，以处理显示内容，用串行通信的方式将显示内容和控制 指令传输到单片机系统，单片机根据计算机传输來的内容和指令通过端口译码扩展后 驱动16块8x 8ed点阵模块构成的16x 64ed点阵显示屏。题目将以此方案为指导思 想展开具体的硬件电路设计。图2-3硬件设计方案2.2系统软件方案软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写，方便下载和编译。设计冃 标和硬件总体结构确定的情况下，软件可以分为主程序，显示子程序，各种特效显示 子程序，通信程序三个主要部分组成。具体结构

22、如图2-4所示。控制程序通信程序主程序特效显示程序静态显示程序图2-4软件功能结构框图软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中 执行。编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。最后 还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执 行。2. 2. 1单片机编程语言现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和c语言。两种语言相比较各有优点。汇编语言(assembly language)是面向机器的程序设计语言，是一种功能很强的程 序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。其具有执行速 度快，占内存空间少等

23、优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖 于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型z间移植。c语言是一种源于编写unix操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩 代码。c语言结构是以括号 而不是特殊符号的语言。c可以进行许多机器级函数控 制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅 要求对51的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细 节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构 化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序 调试时间显著缩短，从而提高效率；提供

24、的库包含许多标准子程序，具有较强的数据 处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。c 语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，c语言程序本身并不依赖于机器硬 件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。基于以上理由决定采用c语言为该显示系统的编程语言。2. 2.2系统软件编译器介绍c语言编写的程序并不能被单片机直接执行还需要编译为单片机可执行的机器语 言。因此在系统软件设计中，编译器必不可少。支持mcs-51用c语言编程的编译器 主要有两种：franklin c51编译器和keilc51编译器。目前在单片机开发中普遍都是 使用keil c51來进

25、行编译。因此软件设计最终方案为采用c语言为程序语言，kelc为编译工具按照控制、通 信、显示等几个功能模块来编写程序。第三章系统硬件设计3.1硬件整体设计概述及功能分析显示系统具体设计主要由单片机系统，译码电路，显示驱动电路和16x64的点阵 屏四部分组成。具体工作流程为：计算机将编好的程序向经下载软件下载到单片机中, 单片机接收后执行控制指令处理显示代码将显示内容通过i/o 口串行输出并且控制译 码电路完成串并转换并行输出，最后由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到 led显示屏的显示电流、电压要求，进而使显示屏显示内容。根据破件的功能结构图选取合适器件，器件不但要求能实现所要求的功能还要

26、能兼容至整个系统之中。通过 查阅资料和对比最终的硬件原理图如图3-1所示。图3-1硬件电路框图该系统所要实现的功能和要求有以下儿点：（1）led显示屏的面积必须满足至少显示一个汉字的标准。并且显示要清晰。（2）驱动电路要能提供led显示所需范围内的电压和电流要求。（3）译码电路的高低电平的区分能力以及译码的输入输出频率必须满足单片机以 及驱动电路的要求。（4）单片机要能接收计算机所下载的程序，并进行存储，经处理后控制led显示 屏的显示，并且端口驱动能力要足以驱动译码电路。执行频率要能达到扫描显示的最低 要求。（5）单片机由isp下载线下载程序和供电，可不设立专用供电电源。（6）由串口完成单片

27、机与计算机的通信，通信速度和数据传输的可靠性要达到显 示要求。3.2控制单元设计控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用52系列单片机为核心器件，用来 和计算机通信处理计算机发送的控制指令和显示内容。并h育接输出数据通过译码电 路控制led显示屏的显示内容和显示状态。在52系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯片。根据题目的 要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力，因为在软件设计时方便的程序下载对 程序的验证和编写非常有用。还有就是为了提高led显示屏的扫描速度，单片机的执 行速度要尽可能的快。根据这两点要求，选择宏晶科技牛产的stc89c52rc为控制单元 的主控芯片。3.

28、 2. 1 stc89c52 简介stc89c52rc单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机， 指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意 选择，封装图和引脚示意图见图3-2,图3-3。图3-2 stc89c52rc封装示意图主要特性如下：1. 增强型8051单片机，6吋钟/机器周期和12吋钟/机器周期可以任意选择， 指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压:5. 5v3. 3v （5v单片机）/3. 8v2. 0v （3v单片机）3. 工作频率范围：040mhz,相当于普通8051的080mhz,实际工作频率可 达 48mhz4

29、. 用户应用程序空间为8k字节5. 片上集成512字节ram6. 通用t/0 口 （32个）复位后为，p1/p2/p3/p0是准双向口/弱上拉，p0 口 是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为i/o 口用时，需加上拉 电阻7. tsp （在系统可编程）/tap （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真 器，可通过串口 （rxd/p3. 0, txd/p3. 1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片& 具有eepr0m功能9. 具有看门狗功能10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器to、tl、t211. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断电路，power

30、down模式可由外部 中断低屯平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口 （uart）,还可用定吋器软件实现多个uart13. 工作温度范围：-40+85°c （工业级）/075°c （商业级）14. stc89c52rc单片机的工作模式掉电模式：典型功耗0. lua,可由外部中断唤醒，中断返冋后，继续执行原程序 空闲模式：典型功耗2ma典型功耗正常工作模式：典型功耗4m&7ma典型功耗掉屯模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备<t2> r1.o 匚(t2 ex> r1.1 匚p1.2 匚r1.3 匚 r1.-4 匚(mosi

31、> p1.5 cz (mlso) r-i.e z (sok) p1.7 匚 rst匚 rxo> r3.o 匚 (txd> r3.1 匚 (putc) r3.2 匚 ：imt1> r3.3 匚 <to> f>34 匚 <t1> f>3.5 匚> f>3.e 匚 <ro> r3.7 匚 xtal2 匚 xt alt 匚 gzd匚vcczl po o (ado) 二i po 1 (adi) z1 pc 2 (ad2) zj po.3 (ao3) 二j po -4 (ao4) 二po.e (ad5) 二po e <

32、;a.de> z1 po 7 (ad7> 二1 ea.vpp 二i al rog z3 psefsip2 7 <a15> z p2 © <a1<> zl p2 6 (a13> 二1 p2 4 <a12> 二p2 3 <a1 1> 二i p2.2 <a1o> 二i p2 1 (as) 二i p2 o (ab)图3-3 stc89c52rc引脚示意图stc89c52rc引脚功能说明vcc （40引脚）：电源电压vss （20引脚）：接地p0端口 （p0.0p0. 7, 3932引脚）:p0 口是一个漏极开

33、路的8位双向i/o 口。 作为输出端口，每个引脚能驱动8个ttl负载，对端口 p0写入“1”时，可以作为 高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，在访问外部程序和数据存储器时,p0 口 也可以分时作为低8位地址总线和8位数据总线。此时，p0 口无需接上拉电阻。在 flash rom编在程时，p0端口接收指令字节端口指令；而在校验程序时，则输岀指令 字节，验证时，要求外接上拉电阻。p1端口（p1.0pl7,l8引脚）:p1 口是一个带内部上拉电阻的8位双向1/0 口。p1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个ttl输入。对端口写入1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这吋可用作输

34、入口。p1 口作输入口使用 时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，p1.0和pl. 1还可以作为定吋器/计数器2的外部输入（p1.0/t2）和定吋 器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex）,具体参见下表:表31 p1.0和p1.1引脚复用功能引脚号功能特性p1.0t2 （定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出pl. 1t2ex （定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）在对flash rom编程和程序校验吋，p1接收低8位地址。p2端口 （p2.0p2.7,2128引脚）:p2 口是一个带内部上拉电阻的8位双 向 i/o端口。p2的输出缓冲器可以驱动（吸收或

35、输出屯流方式）4个ttl输入。对端 口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高屯平，这吋可用作输入口。p2作为 输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“movx dptr” 指令）吋，p2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“movx r1”指令）时，p2 口引脚上的内容（就是专用寄存器（sfr）区屮的p2寄存器的内 容），在整个访问期间不会改变。在对flash rom编程和程序校验期间，p2也接收高位地址和一些控制信号。p3端口（p3.0p3.7, 1017引脚）：p3是一个带内部

36、上拉电阻的8位双向 i/o端口。p3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个ttl输入。对端口写 入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。p3做输入口使 用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对flash rom编程或程序校验时，p3还接收一些控制信号。p3 口除作为一般i/o 口外，还有其他一些复用功能。rst （9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来 完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，rst引脚输出96个晶振周期的高 电平。特殊寄存器auxr （地址8eii）上的disrto位可以使此功 能无

37、效。disrto默 认状态下，复位高电平有效。ale/ rog （30引脚）地址锁存控制信号：（ale）是访问外部程序存储器时，锁 存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（rog）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale以晶振六分z的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器 或时钟使用。然而，特别强调在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8eh的sfr的第0位置“1” , ale操作将无效。这 一位置“1” ，ale仅在执行movx或mov指令吋有效。否则，ale将被微弱拉高。 这个ale使能标志位（地址位8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外

38、部执 行模式下无效。外部程序存储器选通信号（sen）是外部程序存储器选sen （29引脚） 通信号。当at89c51rc从外部程序存储器执行外部代码时，sen在每个机器周期被激 活两次，而访问外部数据存储器吋，sen将不被激活。a/vpp （31引脚）访问外部 程序存储器控制信号，为使能从0000h到ffffh的外部程序存储器读取指令，a必须 接gndo注意加密方式1时，a将内部锁定位reseto为了执行内部程序指令，a应 该接vcco在flash编程期间，a也接收12伏vpp电压。xtal1 （19引脚）：振荡 器反相放大器和内部时钟发牛电路的输入端。xtal2 （18引脚）：振荡器反相放大

39、器的 输入端。3. 2.2控制系统设计控制电路设计中采用的是单片机系统，该系统必须要是工作在一个最小系统（指单 片机的可以的最小配置系统）。stc89c52r的最小系统包括了外界时钟电路和复位电 路，选定一定数量的i/o 口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。根据功能选 择一定的单片机端口添加外围的器件，具体电路如图3-2所示。在该系统中，p1各口主要用作led显示数据的控制输出。p1.0, pl. 1, p1.2分别 接74hc138的三个数据输入端,p1.3接74i1c138的使能端，分别轮流控制两个74iic138 输出，p1.5接74hc595的串行数据输入端，p1.6接74hc

40、595的锁存口，控制数据的输 出,p1.7接74i1c595是74hc595的时钟输入端。端口 30, ea/vpp：地址锁存允许信号 输出端。在扩展外部存储器时，用于锁存低8位地址，当单片机上电正常工作时，ale 端周期性地以时钟振荡频率的16的固定频率向外输出正脉冲。要想访问外部程序，ea 端必须保持低电平（接地）。因为没有扩展外部程序存储器，所以将ea置为高电平。图3-4控制部分电路图由于p3 口是特殊功能口，在该系统中基本是采用其第二功能。其第二功能和实际运用如表3-2所示表3-2 stc89c52r的p3 口第二功能的应用端口第二功能信号名称p3.0rxd串行输入口p3.1txd串行

41、输出口p3.2外部中断0外部中断0输入口p3.3外部中断1外部中断1输入口p3.4定吋器/计数器0定吋器/计数器0输入口p3.5定吋器/计数器1定吋器/计数器1输入口p3.6wr写选通输出np3.7rd入选通输出口stc89c52单片机的p0在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时作 为低8位地址总线和8位数据总线，p2 口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数 据存储器时，其作为高8位地址总线。所以p0和p2 口留为外部数据存储器和程序存储 器的扩展用，以备内部存储器和程序存储器不够用时使用。3.3译码电路设计译码电路的功能是为了解决单片机i/o端口不足。行译码所用器件为串并转换

42、器 74hc138。具体电路如图3-3所示74hc138的作用：八位二进制译码器74hc138的作用是用来选择显示行，一个74hc138可以选择8行中的一行，所以单 元板/模块上有2块74hc138,这样就可以在16行中选择1行显示in-a tin-b 7in-c 匡g2a tg2b叵g1 eout-07 hgnd eout-oo74hc138out-01out-02out-03out-05top view图3-3 74hc138d的引脚示意图第8脚gm),电源地。第15脚vcc,电源正极第3脚a、b、c,二进制输入脚。第46脚片选信号控制，只有在4、5脚为“0” 6脚为“1”时，才会被选通，

43、输出 受a、b、c信号控制。其它任何组合方式将不被选通，且y0y7输出全为“1” o通过 控制选通脚来级联，使之扩展到十六位。例：0e2a二0, 0e2b二0, oe1=1, a=l, b=0, c二0,则 y0 为“0” y1、y7 为“”,详 情见真值表。表33 74hc138的真值表inputoutputenableselectoecbay0y0y2y3y4y5y6y70e2aoe2blxxxxx11iiiiiihii11iihxhxxxhhhhhhhhhllllllhhhhhhhhllllhhlhhhhhhiillhllhllhllhlliilllhllhhhllhlhhhhhhhii

44、lhhhhhhhhhhhhhiiiinhhhiilhhhhhhhhhhhlhhhhhlhiihiiiil3.4驱动电路设计3. 4. 1八同相三态缓冲器/线驱动器74hc24474hc244芯片的功能：如果输入的数据可以保持比较长的时间（比如键盘），简单输 入接口扩展通常使用的典型芯片为74hc244,由该芯片可构成三态数据缓冲器。74hc244 芯片的引脚排列如图1所示。由于stc系列一般用并口进行编程，理论上可以直接用单片机的几根i/o 口接并口 线，但如果电路板没有做好，可能会连带把计算机并口烧坏，所以要加个74hc244芯片 隔离一下。74hc244芯片的引脚排列如下图eegegfl

45、eejblee3ej图3-4 74hc244的引脚示意图741ic244芯片使用说明_7411c244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以術和炳作为它们 的选通仝信畧_ _当術和莎都为低屯平时，输出端y和输入端a状态相同；当萌和炳都为 高电平时，输出呈高阻态。3. 4. 2 反相器 74hc0474hc04：六反相器，一个起到高低电平的转换作用，还有一个就是增加信号的驱动 能力，信号一般都从mcu从发岀，直接驱动其他器件的能力不够，中间加一个逻辑电路 来增加驱动能力。74hc04是一个普通的非门，而74hc14是斯密特触发器，是具有滞后 特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门

46、那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。3. 4.3行驱动电路设计发光二极管，led (light emitting diodes),即是在在某些半导体材料的pn结中, 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电 能直接转换为光能。pn结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入 式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。行驱动采用4953o4953的作用：行驱动管，功率管每一显示行需要的电流是比较大的，要使用行驱动管，每片4953可以驱动2个显 示行3i11jz1t4953a图35 4953的引脚分布图其内部是两个cmos管，1、3脚v

47、cc, 2、4脚控制脚，2脚控制7、8脚的输出，4 脚控制5、6脚的输出，只有当2、4脚为“0”时，7、8、5、6才会输出，否则输出为 高阻状态。3. 4.4列驱动电路设计74hc595的作用：led驱动芯片，8位移位锁存器，用于驱动显示列，每片74hc595 可以驱动8列，多片74hc595串接在一起，串行列数据信号ri (data)、锁存信号stb、 串行时钟信号clk都在这个芯片上，其引脚分布如下图6ds0est cpsh cpmrq71mla001迴回回色辺e回11orr叵叵叵叵7 8图36 74hc595的引脚示意图第8脚gnd,电源地。第16脚vcc,电源正极第14脚data,串行

48、数据输入口，显示数据由此进入，必须有时钟信号的配合才能 移入。第13脚en,使能口,当该引脚上为“ 1”时qaqh 口全部为“1” ,为“0”时qaqh 的输出由输入的数据控制。第12脚stb,锁存口，当输入的数据在传入寄存器后，只有供给一个锁存信号才能 将移入的数据送qfqh 口输出。第11脚clk,时钟口，每一个时钟信号将移入一位数据到寄存器。第10脚sclr,复位口，只要有复位信号，寄存器内移入的数据将清空，显示屏不 用该脚，一般接vcc。第9脚dout,串行数据输出端，将数据传到下一个。第15、17脚，并行输出口也就是驱动输出口，驱动led3.6电源设计在系统中74hc595、74hc

49、138. stc89c52都需要5v的供电电压，在系统开发过程中 可以使用电脑usb供电。在实际的大屏幕led显示屏设计中，用电脑usb供电明显不切 实际。此时需要对民用的220v进行降压整流为5v直流电压为显示系统供电。电路图如 图3-9所示。图3-9电源原理图如图所示，用220v转12v的变压器进行降压后再通过一个桥式整流电路将交流电 整流为直流电。最后通过5v三端稳压模块lm7805得出稳定的5v输出。第四章系统软件设计4.1主程序设计系统软件采用c语言编写，按照模块化的设计思路设计。首先分析程序所要实现的 功能，程序要实现静态显示，动态显示功能。其功能结构如图24所示。通信程序接收 计

50、算机数据，交给主程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。主程序的工作流程如图41所示：从显示数组读取数 据到显示寄存器图4-1主程序流程图程序开始时首先必须对单片机进行初始化，其屮初始化的内容包括：各i/o 口功能的 设定等。按照设定的方式和内容显示出所需要的内容。4.2子程序的设计4. 2. 1 led显示屏的显示方式led点阵屏显示方式主要由静态显示和动态扫描显示两种。对静态显示来说，每一个发光二极管都需要一套驱动电路，一帧画面输入以后便可 一劳永逸地显示，除非我们改变了显示内容，需要垂新输出新的点阵数据.这种方式系 统原理相对简单一些，但所需的译码驱动装量很多，引线多而繁杂，不

51、便于大屏幕的制 造，成本高，其可靠性也较低.另一种动态扫描显示是把整个led屏幕分成若干部分，每一幅画面的显示是显示 完一部分后，又显示第二部分直到显示完最后一部分又重新开始显示第一部分，重 复循环进行.在重复扫描速度足够快的情况下，我们看到的就是一幅稳定的画面.也就 是说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新.在这种方式下其显示驱动电路可垂复 利用，引线也大大减少，从而使硬件成本降低，且屏幕上的发光二极管轮流发光，使用 时的耗屯量大大降低.大屏幕的制造、维护要容易许多，可靠性也增加了.两种显示方式的比较再结合51单片机i/o 口数量有限的原因决定采用动态扫描的 方式进行显示。动态扫描分为行扫

52、描和列扫描两种方式区别在于选通端和数据输入端分别是行还 是列。在该显示系统中扫描显示的工作原理如图42所示，先选通列然后再从行送入对 应列的数据，这样从第1列到第16列循环往复，只要切换的速度足够的快利用人眼的延时特性就可以看见一幅稳定的画面。4选通第1列 一a选通第2列选通第16列 1i选遇led第* 1列i选通led第 2列'选通led第 16列16x16led16x16led .16x16led*按数据导通|相应行*按数据导通丿|相应行卜按数据导通 |相应行>|>从数据中读取 第1列对应的行数据-从数据中读取4f第2列对应的常 行数据从数据中读取 第16列对血的行数据

53、读取所需要显 示的数据至显 示寄存器图4-2扫描显示程序原理图4. 2.2点阵数据表达方式该显示系统的显示数据采取横取模方向的数据存储方式如图4-3图4-3点阵数据原理图即数据是横向的，一个像素对应一个位。8个像素对应一个字节，字节的位顺序是左高右 低，所以一幅画面的数据量为32字节。4. 2.3显示程序的设计显示程序分为可根据不同的控制方式显示不同形式的画面。动态显示程序流程图女n图4-4所示：开始; /右移次数是否为8?图4-4动态显示程序流程图所有软件编写完成后都必须经过编译才能被单片机识别使用。为了减小软件的修改 和优化难度，先把各子程序写为一个可单独执行的完整程序。各子程序编译没有错

54、误后 再输入单片机进行验证，这两项都通过后再将所有的程序整合到一起形成一个完整的程 序再进行编译和验证。详细程序见附录2。第5章系统调试5.1系统硬件部分调试方法硬件调试主要是调试各部分的焊接是否合格和各芯片的输出输入电压是否符合设 计要求，最后测试各硬件部分能否完成设计功能。因此把破件调试按照以下四部分分步 来进行：(1) 测试所有焊点是否有短路和虚焊的现象存在；(2) 通电测试所有硬件芯片的输入输出电压是否在设计要求的范围内；(3) 测试isp下栽线的功能是否能够实现；(4) 测试串口系统的通信功能是否能够实现。由于最重要的显示系统功能的测试需要软件配合所以在硕件调试部分只测试单片 机复位

55、电平，功能部分测试放在系统联合调试部分来完成。5. 1. 1短路与虚焊检测检测工具为万用表，使用万用表的短路报警功能，逐个测试相临的两个焊点检测是否短路。按照电路图检测需要连接的两点是否短路來检测是否已经连接上，以此来检测 虚焊的情况。检测和修改完成后为下一步通电检测排除了短路的危险和由于虚焊引起检 测结果不真实的麻烦。5. 1.2上电测试由于系统测试时是采用usb电源为系统电源，所以电源输入都为5v。显示系统中 单片机、译码器，锁存器，驱动电路的电源电压均要求为5v所以可同时直接接入。上电后首先观察电路是否有过热，异味，冒烟的现象出现。经过观察，没有这些现 象出现。然后测试各器件的电源，接地及一些电平应该i古i