LED广告屏设计制作

PAGEVIPAGEVI目录2094摘要 I6049Abstracts. II25814第一章绪论 1163781.1选题的意义 115241.2点阵屏的起源与发展 137871.3点阵屏的未来发展趋势 1292第二章系统设计任务 2276282.1系统设计 2278542.1.1硬件系统设计 2210982.1.2软件系统设计 294732.2方案的选取 2118792.2.1主控芯片的选择 2113612.2.2LED显示方式的选取 2191642.2.3显示屏的驱动芯片选择 212641第三章硬件电路系统设计 3221173.1系统硬件框图 3169793.2各模块电路的设计 3326473.2.1控制模块的设计 3202613.2.2驱动电路的设计 4276623.2.3显示器的设计 719896第四章系统软件设计 9113834.1系统程序的思想及设计程序流程图 9159244.2显示驱动程序设计 104990第五章系统设计的制作与调试 1130413总结 1323368参考文献（Referevces） 146862附录 16XXXXXXXX学院学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权XXXX可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：导师签名：日期：PAGEIILED广告屏的设计与实现专业：电子信息工程学号：7020911041学生姓名：XXX指导老师：XX摘要：随着社会的发展，LED点阵屏处处应用在我们的生产生活中，也成为了我们生产生活中必不可少的一样工具，在现实生活中，LED点阵屏主要用于公交站台，医院，大型广告屏，火车站等公共场所，LED点阵屏主要有一下画面清晰细腻，亮度大，显示清楚等众多优点。因此，在生产活动中等到广泛的应用。此次论文主要阐述了基于单片机STC89C52的LED广告屏的设计，其中的主要功能有实现汉字图形的左右变换，以及根据设计要求调解移动速度，利用给芯片输送数据的模式来实现扫描过程。驱动电路已MOS管为主要芯片，它的最大优点是功耗低，使电路设计变得简单易懂。本文主要介绍了如何使用STC89C52实现LED点阵屏的功能，其中对使用到的芯片做出介绍以及使用注意事项。关键词：STC8952;LED;扫描；MOS管TheDesignandManufactureofLEDBillboardAbstracts：With

the

development

of

society,

LED

dot

matrix

screen

everywhere

application

in

our

production

and

daily

life,

has

become

indispensable

in

our

production

and

daily

life

as

an

instrument

for

the,

in

real

life,

LED

dot

matrix

screen

is

mainly

used

for

the

bus

station,

hospital,

large

advertising

screen,

railway

stations

and

other

public

places,

LED

dot

matrix

screen

basically

has

a

fine

and

clear

picture

quality,

high

brightness,

clear

display

many

advantages.

Therefore,

in

the

production

activities,

until

a

wide

range

of

applications.

This

paper

mainly

expounds

the

design

based

on

STC89C52

microcontroller

LED

advertising

screen,

the

main

function

is

about

transformation

of

Chinese

characters

and

graphics,

and

moving

speed

of

mediation

in

accordance

with

the

requirements

of

the

design,

the

use

of

transport

modes

of

data

to

the

chip

to

realize

the

scanning

process.

The

driving

circuit

has

MOS

as

the

main

chip,

the

utility

model

has

the

advantages

of

low

power

consumption,

which

makes

the

circuit

simple

and

easy

to

understand.

This

paper

mainly

introduces

how

to

realize

the

function

of

LED

lattice

screen

using

STC89C52,

the

chip

to

use

to

make

introduction

and

points

for

attention

in

use.Keywords:STC89C52;LED;DynamicScanning；MOSPAGE20绪论1.1选题的意义在当代社会，点阵显示屏融入了我们的生活生产中，渐渐的成为了我们生活中不可缺少的一部分，给我们带来了很多的便利快捷。点阵屏是通过发光二极管组成，二极管亮暗来显示各种图片、动画、文字等等信息，作为各部分组件模块化的显示工具，通常由电源模块、显示模块及控制模块等三部分组成。点阵显示屏安装快捷方便制作方便，被广泛应用于各种公共场合。本文设计了一个16X32的点阵屏。1.2点阵屏的起源与发展LED是发光二极管的英文缩写。LED显示屏主要是由发光二极管排列组成的器件，其中包含了大量的LED灯。它可用来显示文字、图片、动画、视频等各种信息。LED显示屏还可以进一步划分为图文显示屏和视频显示屏，其主要区别在于它们的LED发光管的响应速度和屏幕刷新速度。LED点阵屏是在充分利用了发光二极管寿命长、可靠性高、低功耗、响应速度快、亮度高、工作电压低、、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点，当然，它还能结合各种多媒体技术，从而发展运用。综合以上LED显示屏的优点，我们有理由相信LED显示屏的发展前景巨大。它不仅可以结合自身优势发展先进的LED显示技术，也可面向对象在功能和规格方面可根据不同的客户需要度身订做。1.3点阵屏的未来发展趋势 近年来LED产业得到了快速的发展，人们的生活也越来越离不开LED显示屏。例如，在演唱会上，人们举起的LED灯牌，让人一目了然的了解举牌人的意思，在大街小巷上，随处可见的LED广告屏让客户清晰的了解商家，在医院的候诊室，LED广告屏让病人更好的了解实时信息。在公交车站，LED显示屏让大家了解公交车到达的时间，我们的生活无处不存在着LED显示屏。因此，LED显示屏将会有着无限的发展潜力。当然，随着社会的发展，LED显示屏的应用范围也在不断的扩大，对LED的需求也将不断扩大。系统设计任务2.1系统设计2.1.1硬件系统设计1、根据设计要求与规格，设计原理图。其中包含了电源模块、控制模块、显示模块。2、利用Protel软件画出原理图以及PCB图。3、利用设计出的原理图以及Proteus软件，对电路进行仿真测试。4、在仿真测试成功的基础上，选购所需要的元器件，并且制作电路板。5、在完成的电路板中进行测试调试，达成设计要求。2.1.2软件系统设计1、设计软件基本框架，完成程序流程图书写。2、按照设计的程序流程图，使用C语言编写程序代码。3、对程序进行测试调试，并且下载到STC89C52中，在硬件电路上进行测试4、在硬件电路上进行测试成功的基础上，对软件进行修改，并且完成设计任务所要求的规格目标。2.2方案的选取2.2.1主控芯片的选择本次电路设计采用STC公司生产的STC89C52芯片，其主要理由为价格便宜，程序设计简单，并且支持在线下载。2.2.2LED显示方式的选取方案一：静态显示方式是通过控制每一个LED来控制整个的显示，在相同时间内进行显示。它的主要优点有编程简单易懂，但也存在很大的缺点，例如，硬件资源利用率低，这在电路设计方面上是一大禁忌，并不是我们所希望的设计。方案二：并行输出扫描方式，通过高频率的刷新方式，让我们的肉眼看起来是字符在运动，这就是动态扫描。例如。我们需要显示一幅画面，首先送出第一行数据，然后通过STC89C52选择点亮第一行，为了与后一段传输区分，延时一点极短的时间，然后通过送出一次的下一行重复操作，由于整个时间极其短暂，我们就以为它是动态的。方案三：串行输出动态扫描方法,Y因为方案2与方案3都采用动态扫描，但其中的原理并不相同。方案二缺点是硬件要求十分复杂，不易制作。方案三电路结构，解码电路简单。综上所诉，选取方案三，使电路尽量简洁。2.2.3显示屏的驱动芯片选择 方案一：利用STC89C52的I/O口进行连接，但由于此次设计的电路需要大量的I.O，单片机的I.O明显不够使用，而且STC89C52的I/O利用率较低，因此不选择此方案。方案二：利用74HC138芯片做行选，74HC595芯片列选信号传送数据，但由于138的驱动能力不行，因此行选上加入9012做驱动。本方案占用8个I/O口，而74HC595作为串入并出的列选芯片，大大提高了硬件的利用率，是我们所希望的理想设计方案。综上所诉，我们选择方案二，提高电路效率。硬件电路系统设计通过以上方案选择，此次设计使用了STC89C52作为控制芯片，74HC138作为行选芯片，列选使用74HC595，下面介绍硬件系统如何实现功能以及各电路的连接。3.1系统硬件框图此次设计使用STC89C52作为控制芯片，74HC138作为行选，级联成16位的译码器，由于驱动能力不过，因此增加9012芯片做行驱动芯片，而我们的列则采用的芯片为74HC595,显示部分使用的是4块LED点阵屏组成的16*32显示屏，其基本框架如下图3.1所所示。图3.116X32点阵显示屏的基本架构3.2各模块电路的设计3.2.1控制模块的设计STC89C52单片机STC89C52是由STC公司生产的一款八位微控制芯片。它使用的是经典的MCS-51内核，但在传统的51单片机芯片上进行了很大的改进，具有不同的功能。因此STC89C52能够为众多的系统提供高效的解决方案，以下是STC89C52的引脚图，如图3.2所示。图3.2STC89C52引脚图2、时钟电路设计此次设计的时钟电路与传统的8051时钟电路基本相同，因此采用51单片机的晶振形式，51单片机的XTAL1(19脚)与XTAL2(18脚)端接上33pf电容与11.059MHZ的晶振即可产生振荡电路。我们采用12MHZ的时钟频率，当然51单片机也可采用外部外部时钟。时钟电路如下图3.3所示。图3.3时钟电路3.2.2驱动电路的设计此次设计电路采用74HC138作为行选芯片，当然由于有16行，因此是2块138级联。而列数为32行，因此需要16块74HC595芯片。1、行驱动的设计行选是利用两片74HC138成四线16位译码器，刚好对应的是16行。然后用9012三极管来增强行驱动能力。74HC138是一款实用性的CMOS器件，接收三位二进制数，作为译码器，它将使得电路选通行。其引脚图如图3.4所示。图3.474HC138译码器的引脚图74HC138的真值表为表3.1所示。表3.174LS138的功能表根据真值表我们可以设计出由74HC138作为行选的电路图，如图3.5所示。图3.574HC138行选电路此次设计中，选用的是74HC138作为行选芯片，由于74HC138行驱动能力有限，因此需要加上三极管9012来增强行驱动能力，如图3.6所示。图3.6行驱动电路2、列驱动电路设计此次设计的点阵显示电路为32列，硬件电路更加简单明了是设计人员所追求的目标，因此采用74HC595作为列驱动芯片，下面是对74HC595芯片介绍74HC595是一款高速的CMOS芯片，其功耗低，为八位移位寄存器。它也能够通过级联扩展串行输出。其引脚图如图3.9所示。图3.774HC595引脚图虽然74HC595为8位的移位寄存器，但其具有三态输出功能，其真值表如表3.2所示。表3.274HC595真值表本次设计的显示屏尺寸为16*32，即16行32列，因此列选所需的74HC595为4块。如图3.8所示为16*16的点阵显示屏的列控制电路图，由2块的16*16的点阵显示屏级联成16*32的点阵。图3.8列驱动模块3.2.3显示器的设计实际的生产生活中，并没有现场的16*32的点阵显示屏，而只是有8*8的点阵。因此，我们需要利用8*8的点阵构成16*32的点阵显示屏。其中需要用到8块8*8的点阵显示屏，8*8点阵等效电路如图3.9所示。图3.98*8点阵的等效电路然而，8*8点阵的等效电路管脚并不与实际的相同，而是杂乱无章的，并且16管脚中的各八个管脚对面排列，而不是像图3.9所示的在隔壁排列。因此，我们在连接点阵显示电路时首先需要做的是把管脚识别出来，然后根据管脚的排布连接电路。我们需要借助万用表来将管脚排布区分，指针式万用表的黑色表笔为正，红色表笔为负，利用这一性质，我们可以将万用表调到*10电阻档，黑色表笔随意选取一个管脚，而红色表笔碰触任意管脚，观察点阵屏中是否有二极管发光。若没有发光，则标记此管脚为负，否则为正。区分开所有正负之后，我们需要对管脚进行编号，列号使用ABCDRFGH,而行号我们使用12345678。首先我们可以先定负极引脚编号，黑色选正极引脚，红色选负极引脚，观察是第几的LED列点亮，并标记。若为第一列则标记为A，依次类推，我们就将列管脚区分出来。同理，我们也可以将行管脚区分出来，通过此方法我们将点阵的引脚排布全部区分。结果如图3.10所示。图3.10点阵的管脚排布通过前面把点阵管脚区分开来，我们可以根据点阵管脚设计电路图，由于需要8个点阵屏，其中每行有4个点阵，共两行，这样就构成了16*32的点阵屏，而在实际中，我们选择先构成一个16*16个点阵显示屏，然后将两个16*16的级联构成16*32的点阵显示屏。下面是16*16点阵电路图，如图3.11所示。图3.1316X16点阵屏显示电路系统软件设计把硬件比拟一个人，那么软件就是水。如果没有水，人是活不长久的。因此对于一个控制电路来说，严谨缜密的程序是其必须需要的营养。在焊接硬件电路完成之后，我们需要对这个硬件电路中的主控芯片STC89C52加入程序，让其能够达到我们所希望的设计要求。因此，我们需要根据硬件电路编写出缜密的程序，并且对软件设计进行精心的修改。软件的设计应该包含核心思想、规格要求、代码思路。4.1系统程序的思想及设计程序流程图LED点阵显示屏的软件功能是向点阵屏输送我们想要达成设计要求的数据，即使点阵显示内容是我们原来所想要显示一致。首先我们需要进行上电复位，程序开始执行，STC89C52开始执行显示程序，而74HC595接收到一个上升沿信号，要求把数据送出，数据在SCK的上升沿把单片机的8位数据传输到寄存器，RCK的一个上升沿将寄存器的数据传送到存储寄存器中，完成一次传送过程，当然，执行完一个程序需要很多次的传送数据，因此74HC595需要不停得改变状态。单片机STC89C52的主程序设计流程如图4.1所示。从其中我们可以看出，主程序设计需要调用数据与程序。而这些程序中主要包含各种子程序，例如延时程序、扫描程序、显示程序。开始开始系统初始化调用显示程序调整数据指针是否显示NY图4.1系统主程序设计流程图4.2显示驱动程序设计本次程序设计重要部分是显示驱动程序，能否到底我们所需要的显示成功，关键在于显示驱动程序。而此次电路所采用的驱动芯片为74HC138与74HC595，74HC138通过行扫描选中所需要显示的行，74HC595通过送出数据选取所需要达到的显示效果。LED点阵屏显示程序流程图如图4.2所示。图4.2显示程序流程图系统设计的制作与调试专业过硬的基础知识是制作成功必要条件，细心耐心的实践操作也是必不可少的因素。此次毕业设计中，我不仅需要完成论文的编写，程序代码的编写，硬件电路的设计。而且我还需要实践板子的制作与调试，板子的制作与调试与设计电路，代码编写一样相比并不容易。它需要考验的不仅仅是制作者的细心耐心，而且需要制作者的缜密思维，任何的焊接错误都将导致板子的制作失败。因此，板子的制作至关重要。一块完美的电路板需要经得起调试与分析，这里的调试包括硬件调试与软件调试。所谓的硬件调试是通过实际作出的实物进行测试，以调试其满足我们所需的一些功能，当然测试的阶段需要利用到的实物应该制作准确，这样才能满足测试需求。而软件测试则是利用电脑软件，通过测试软件的功能，完成目标板制作的要求，软件测试并不需要电路板，因此节省了资源。软件调试：相对于硬件的调试的繁琐，软件调试相对较为容易。例如，我们不需要实际的电路板进行调试，我们可以利用Proteus软件在电脑上进行分析调试，这大大的节省了硬件资源。1、对目标程序检测使用Keil软件对目标程序进行检测，首先需要将其编译，在编译的过程中，软件会对目标程序进行检测。如果发现出现错误，软件会自动报告，我们可以很清楚的知道在哪行出现错误。2、子程序的检测与修改子程序的检测与修改也不必在硬件电路中进行，我们只需要利用Proteus软件进行检测，看子程序是否达到我们所需要的效果，如果没有，我们就将其修改，知道达到目标要求。3、完整程序的检测与修改在完成对目标程序和子程序的调试和分析之后，如果成功，我们可以利用硬件电路进行调试，看是否达到预期结果。若达到，则软件调试成功。当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。

1、排除逻辑错误

这类错误一般是因为设工艺性错误所造成的。其中包括错线、开路、短路。它的排除的方法有加工的印制板认真对照原理图，观察两者是否一致。其中应特别注意电源系统的检查，防止电源短路和极性错误，造成生命财产损失，检查系统总线是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。

2、元器件失效

造成这类错误的主要原因有三个：一个是元器件买来时就已坏了;二是由于安装错误，三是静电所导致。排除这类错误的方法主要有检查元器件是否符合规格、型号，当然可以利用万用表进行检查。除此之外，也可以用替换的方法检查。

3、排除电源故障

电源通电之前一定要检查覅安源的正负极以及输出电压，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，在5V～4.8V之间属正常。

4、联机仿真调试

联机仿真必须借助各种工具，例如仿真开发装置、示波器、万用表等工具。信号线是联络和外部器件的纽带，信号线的时序不对，都会造成对外围电路读写错误。STC89C52的信号大多属于脉冲信号，使用常规的万用表方法很难观察，应该利用软件编程的方法实现。总结本文详细介绍了基于单片机控制的16*32LED点阵显示屏的设计，其基本思路比较简单，文中分别介绍了其系统硬件的设计和软件程序的设计。通过自身的努力以及老师、同学的帮助，虽然过程经历了很多坎坷，遇到了很多困难，但最后终于在点阵屏上显示出来了想要的结果，当我做出点阵显示屏之后，真的很激动，几个月以来的努力见证了最后的成功，但是限于时间和条件方面的限制，还存在一些没有弄懂的原理，有待进一步学习、揣摩。本次设计，在老师和同学的指导下，设计开始之初我查阅了许多相关资料，从了解LED点阵屏开始，学习了很多关于LED显示的背景、原理和发展前景。然后重点就是学习51单片机的原理和应用，当然，过程中最大的问题不是硬件，而是整个设计的程序部分，虽然最后完成是点阵显示屏所需要的基本功能，但我觉得自己学到的不仅仅是这些专门的知识，从这次毕业设计中我学会了如何面对问题，解决问题的方面。首先在面对问题时，我们应该镇定，虚心请教并且查找资料，现在网络这么发达，我们获取信息的渠道变得越来越多，这更加有利于我们今后的学习生活。在解决问题上，我们还是需要镇定，只有镇定下来，我们才能冷静的思考问题，思维才能清晰。因此，通过这次毕业设计我收获颇丰。在此之前，也遇到了许多难题，通过自学、请教老师、请教同学、耐心思考、上网搜索相关资料等方式，终于解决了一个又一个难题，完成了设计。此过程中，我感受良