基于单片机的LED点阵图文显示控制

1、四川理工学院毕业设计（论文） 基于单片机的LED显示系统控制设计 学 生：张波学 号：专 业：电子信息科学与技术班 级：2006.2指导教师：黄晓莉 四川理工学院自动化与电子信息系二零一零年六月摘 要由于单片机技术的不断发展和高亮度LED发光管的出现使得大屏幕高亮度LED电子广告屏成为可能，与传统的霓虹灯广告在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势，而且单片机的日益平民化以及LED技术的不断创新，使得高亮度高清晰的LED点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。另外，SMT技术的飞速发展，开关电源的大规模使用，使其无论在体积上还是在可靠性上都比传统的霓虹灯广告有明显的优势，为其在特殊领域

2、的应用奠定了基础。为了能简单的实现基于单片机的LED显示系统控制，我们将设计一个室内用32*64点阵LED单色图文显示屏，它能在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀，充足，可显示图形和文字，显示图形或文字稳定、清晰无串扰；图形或文字显示有静止和移入移出等显示方式。(摘要是论文内容的简要陈述，是一篇具有独立性和完整性的短文。摘要应包括本设计（论文）的成果及其理论与实际意义。摘要中不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号。避免将摘要写成目录式的内容介绍。设计（论文）摘要不超过300字。)关键词：单片机；LED显示屏点阵；网络；套接字（关键词：48个）(关键词是供检索用的主题词条，应采用能覆盖论文主要内

3、容的通用技术词条（参照相应的技术术语标准）。中文摘要在前，对应的英文摘要在后另页书写。)注：专科学生不写英文摘要和文献综述。ABSTRACTText text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text

4、text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text

5、text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text text Key words: Distributed system；Event-driven；Network；Socket目录ABSTRA

6、CTII第1章 引 言11.1 标题11.1.1 标题11.2 标题1第2章 设计任务及要求22.1 设计题目22.1.1 标题22.2 设计要求与目的2实现LED点阵屏核心功能即汉字、数字、字母的多样化显示；22.3 设计任务2v设计系统硬件；2v设计系统软件；2v编写设计说明书。2第3章 设计背景简介33.1 标题33.1.1 标题3vLED点阵块具有亮度高、发光均匀、可靠性好、拼装方便等优点，能构成各种尺寸的显示屏。目前，LED显示屏已被广泛应用于商场、车站等公共场合的文字图形显示，并取得了很好的效果。3vLED显示屏的种类较多，大致有以下四种分类法：一是按室内室外分类，二是按工作方式分

7、类，三是按颜色的数量分类，四是按LED管的单位密度大小分类。33.2 标题33.2.1 标题3不同类型的显示屏用途不同，各有优缺点，室内LED显示屏与户外LED显示屏差别很大，可根据需要侧重选择。首先是亮度不同，室内屏的发光亮度要比户外屏低出几倍到几十倍，因此，户外屏必须采用超高亮度LED，而且为了进一步提高亮度和增加可视距离，在一个像素内往往要封装多只超高亮度LED。33.2.2 标题3第4章 电路设计4第8章 结束语12致 谢13参考文献（主要及公开发表的文献）14附 录15第1章 引 言1.1 标题LED 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。它具有发光率高、使用

8、寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的用于公交汽车、商店、体育场馆、车站、学校、银行、高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传。LED 显示屏发展较快，本文讲述了基于AT89C51单片机8×8 LED汉字点阵滚动显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编写与调试、Proteus软件仿真等基本环节和相关技术。硬件电路组成及工作原理 本产品采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、8×8 LED点阵5部分组成，电路框图如图1所示。其中，AT89C51是一种带4 kB闪烁可编程可擦除只读

9、存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，工业标准的MCS一51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。时钟电路由AT89C51的18，19脚的时钟端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶

10、振X 、电容C2、C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R ，R2，电容C ，开关K 组成，分别接至AT89C51的RST复位输人端。LED点阵显示屏采用8x8共64个象素的点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。我们在实际应用中是将LED点阵的8条列线通过驱动电路接在PO口8条行线通过限流电阻接在P2口，考虑到PO口必需设置上拉电阻，我们采用1k排电阻作为上拉电阻。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻R ，电容cl的作用，使单片机

11、图1 硬件电路组成框图的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C、C3 、X 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照设定的程序在P2和P0接口输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉字的滚动显示。硬件电路组成框图如图1所示，硬件电路如图2所示。图2 硬件电路1.1.2 标题文本文本文本文本文本文文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本

12、文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本1.2汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由8行8列的点阵组成显示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在64象素范围内的任何图形。如查用8位的AT89C51单片机控制，如图3所示图3 汉字显示原理为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。首先将8行分成4位的上、下两部分，把发光的象素位编为0不发光的象素位为1的十六

13、进制代码。这样就把要显示的“四川 汶川”字编为如下代码：DB0FFH,80H,0BAH,82H,0BEH,82H,0BAH,80H ;四DB0FFH,0FDH,83H,0FFH,81H,0FFH,00H,0FFH ;川DB 0B6H,0D5H,0DEH,45H,9BH，0C5H,0DEH,0DFH ;汶DB0FFH,0FDH,83H,0FFH,81H，0FFH,00H,0FFH, ;川 由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。对于16X

14、16十六进制数据的汉字代码，我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图4所示。可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16×641 024 Hz，周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16×8128 Hz，周期小于78 ms即可，但是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。第2章 设计任务及要求2.1 设计题目基于单片机的24×24点阵LED

15、汉字显示。 标题2.2 设计要求与目的实现LED点阵屏核心功能即汉字、数字、字母的多样化显示；通过本次设计加深对单片机课程和仿真软件的认识和掌握以及对仿真软件Proteus的应用进一步的了解；掌握SPI串口进行数据传输的应用，并学会使用外部芯片辅助项目设计；通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。2.3 设计任务v 设计系统硬件；v 设计系统软件；v 编写设计说明书。第3章 设计背景简介3.1 标题 标题v LED点阵块具有亮度高、发光均匀、可靠性好、拼装方便等优点，能构成各种尺寸的显示屏。目前，LED显示屏已被广泛应用于商场、车站等公共场合的

16、文字图形显示，并取得了很好的效果。v LED显示屏的种类较多，大致有以下四种分类法：一是按室内室外分类，二是按工作方式分类，三是按颜色的数量分类，四是按LED管的单位密度大小分类。3.2 标题 标题不同类型的显示屏用途不同，各有优缺点，室内LED显示屏与户外LED显示屏差别很大，可根据需要侧重选择。首先是亮度不同，室内屏的发光亮度要比户外屏低出几倍到几十倍，因此，户外屏必须采用超高亮度LED，而且为了进一步提高亮度和增加可视距离，在一个像素内往往要封装多只超高亮度LED。 标题文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文

17、本文本文本文本文本文本文本第4章 电路设计在电路设计中要考虑硬件的选型，硬件的选型应根据设计要求和应用场合的限制选用。在此，选用行列控制器件是很关键的，如果选用的器件达不到要求可能就会出现驱动能力不足造成亮度不够，传送数据出错等一些问题，本LED显示系统主要由AT89C51作为主控单元，列控制选用74HC138芯片，行数据传输选用串入并出器件，74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要小，14脚封装，体积也小一些，而且74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变，数码管

18、没有闪烁感。与164只有数据清零端相比，595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。我们这里选用74HC595芯片及9块儿8×8点阵显示模块组成24×24点阵显示屏，如图7-17所示为单基色8×8的点阵屏内部结构图。从结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二极管被点亮。通常情况下，一块8×8像素的LED显示屏是不能用来显示一个汉字的，因此，本设计按照其原理结构扩展为24×24，显示一个汉字。在显示过程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速率不小于25帧/秒，

19、就不会有闪烁的感觉。控制系统的结构框图如图7-18所示。其次，户外屏须防(雨)水、防阳光直射、防尘、防高温、防风、防雷击等，而室内屏则无须考虑这些问题。此设计是基于单片机89C51对点阵24×24汉字显示的设计。第5章 系统硬件实现v 时钟电路v AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，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、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调

20、的作用。时钟电路图如图7-19所示。 v 2. 复位电路 v 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，电路如图7-20所示。当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，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，如果在复位端加一个去耦电容，则会得到很好的效果。 v 3. 行数据传输电路v 根据如图7-21所示的74HC595管脚图对控制端的说明为：MR(10脚)指低点平时将移位寄存器数据清零；SH_CP(11脚)指上升沿时数据寄存器的数据移位；Q1、Q2、Q3、.、Q7指下

21、降沿移位寄存器数据不变(脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了，通常都选微秒级)；ST_CP(12脚)指上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。v 通常将RCK置为低电平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲(5V时，大于几十纳秒就行了，通常都选微秒级)，更新显示数据；/G(13脚)指高电平时禁止输出(高阻态)。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果，这样比通过数据端移位控制要省时省力。然后用三片74HC595串联起来组成行数据传输端，如图7-22所示。通过数据端和时钟端把数据传送到移位寄存器。 v 4. 列控制电路v 列控器件7

22、4LS138是3-8译码器，它具有三个使能端，三个数据输入端，只有当使能端S1为高电平，而S2与S3之和为低电平时，才能正常工作，输出端低电平有效。此设计采用三片138和每个输出端串接一个470的电阻起一定的限流作用，然后与P1口相连接作为显示屏的列选择线。ABC为译码器数据输入端，E1、E2、E3为片使能端。当E1为高点平，E2和E3为低电平时第一片译码器使能可控制(COL0COL7)列，以此类推选择列。电路连接如图7-23所示。v 5. 点阵组合电路v 此点阵是按共阴式组合，控制列选端低电平有效。ROW0ROW23为行数据端，COL0COL16为列控制端，然后在仿真软件下合并起来就组成了2

23、4*24点阵。管脚分配方式如图7-24所示。v 6. 单片机和按键连接电路v 图7-25是单片机的I/O口连接电路，P1口作为连接74HC138的片选使能和译码数据端，P0作为连接74HC595的时钟端、数据端、清零端、使能端的分配。按键用P2口的P2.0、P2.1、P2.2分别控制点阵屏停止/移动，开/关显示，速度的加/减功能。 第6章 系统软件实现v 1. 系统的软件设计 v 本程序主要由主程序与清屏、查表、送数、循环扫描、延时几个部分组成。主程序及帧扫描子程序流程图如图7-26所示。主程序中，使用DPTR地址寄存器作为地址取码指针，通过查表将数据送至行线作控制信号，而通过138连接的列线

24、作扫描控制开关。DPTR置数据表地址的基值，R2作地址指针，以两者之和查找相应的数据，R2的初值为0，当DPTR为表首地址时，在子程序的循环中R2从0加到3，v 取出显示一列字符的全部字节并与列扫描配合逐列显示，完成一帧扫描的全部操作。为保证第一屏能移动显示，该设计将数据表的最前一屏用了0数据，开始以黑屏显示完成全部的扫描显示。对同一帧的反复扫描次数R5的设定，决定了显示移动的速度。另外，延时程序至关重要，这就涉及到前文所说的刷新速率问题，如设置不当，就会有闪烁感。 第7章 系统仿真v 将上述程序进行编译后，打开89C51单片机的元件属性编辑对话框，如图7-27所示。在Program File

25、 中，单击文件夹图标，选择“程序1.HEX”文件后，即可对系统进行仿真。整个系统的仿真结果如图7-28所示。第8章 结束语文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本(结束语是对整个设计（论文）主要成果的总结。在结论中应明确指出本设计（论文）内容的成果或理论（含新见解、新观点），对其应用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想。结论内容一般在1000字左右。)致 谢光阴似箭，转眼两个月的培训学习就要结束。两个月来，我得到了许多老师的真诚教诲和学员们的热情帮助。值此离别之际，向曾经给予我帮助的老师、学员和朋友表示最衷心的感谢!首先我要感谢韩克、柳秀山教授，教授渊博的知识、严谨求实