基于单片机的LED点阵毕业论文答辩课件

指导教师：基于单片机的LED点阵显示屏系统设计

学生：专业：电气工程及其自动化指导教师：基于单片机的LED点阵显示屏系统设计主要内容第一部分背景及意义、技术路线第二部分 方案选择与总体结构第三部分系统硬件设计第四部分系统软件设计第五部分系统调试及总结主要内容第一部分背景及意义、技术路线

背景

作为21世纪是光电子与微电子紧密结合发挥作用的时代，以光通信为龙头的信息光电子产业将成为21世纪的明星产业和支柱产业。世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力，力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。据CIR报告称，全球LED的市场销售额在2008将增至56亿美元，其中高亮度LED（HB-LED）将增至26.4亿美元，超高亮度LED（UHB－LED）市场销售额则将赢得全球市场份额的22％。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：证券交易、金融信息显示；机场航班动态信息显示；港口、车站旅客引导信息显示；体育场馆信息显示；道路交通信息显示；调度指挥中心信息显示；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；广告媒体新产品等。

总而言之，我国在研究复杂环境无线精确定位方面的工作不是很多，能够实现的更少。由于无线传感器网络定位技术是一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家、社会及经济将有重大的战略意义。

系统的背景及意义、技术路线背景系统的背景及意义、技术路线系统的背景及意义、技术路线

意义

基于单片机的LED点阵显示屏系统设计是从实际应用角度出发，针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的LED点阵显示屏系统，实用性比较强。目前大多数的LED点阵显示系统自带字库，其显示动态效果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行，不能随意进行动态显示。而且一般的小型LED显示屏的体积还是比较大的，不适合随身携带只能放在固定的位置显示信息。为了克服显示屏以上缺点，本设计需要能够方便的实现数字、字母、汉字等预存信息，同时还要求实现信息的定时循环、上下左右滚屏、LED显示亮度连续可调等扩展功能，来实现吸引别人注意达到发布信息的目的。另外，本设计利用PC机来进行通讯，通过PC机串口来实现显示信息的更新。同时该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本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。为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。因此该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。

系统的背景及意义、技术路线意义系统的背景及意义、技术路线系统的背景及意义、技术路线系统方案选择方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴极或共阳极)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。

系统方案选择方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的系统总体方案设计：系统总体结构系统总体方案设计：系统总体结构系统总体方案设计：LED点阵构成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；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，如下图。单个发光二极管构成的LED点阵子模块（8×8

）,4个8×8点阵组合一个

16×16。系统总体方案设计：LED点阵构成LED屏幕的方法有两种，一是系统硬件设计

1.晶振及复位单元

AT89S52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1如上图所示。晶振、电容C1、C2及片内与非门构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C1、C2取值范围在5～30pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ作为系统的外部的晶振，电容取值为30pF。

系统硬件设计

1.晶振及复位单元AT8系统硬件设计2.通讯电路单元

由于电脑串口输出电压为+12V,而单片机的出入电压为5+0.5V，直接与单片机连接会烧坏芯片，因此选用MAX232芯片来进行电平转换。其中，MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口芯片,使用+5V单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路；第二部分是数据转换通道；第三部分是供电。

系统硬件设计2.通讯电路单元由于电脑串口输出电压为系统硬件设计3.电源电路单元

由于单片机VCC所需输入电压范围为5+0.5V，而由电源直接提供电压通常不在此范围内，因此需要设计一个电源稳压电路确保对单片机输入的准确提供。同时在系统中MAX232、74HC164、74HC595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。系统硬件设计3.电源电路单元由于单片机VCC所需输系统硬件设计

4.LED点阵的内部结构及工作原理

每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，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256像素范围内的任何图形，例如“高”字的显示。系统硬件设计4.LED点阵的内部结构及工作原理每系统硬件设计

4.LED点阵的内部结构及工作原理

先控制8个列的电平，由于第一行不显示，因此第一行从左到右8个发光二极管不用点亮，在列线上施加高电平（用“1”表示）。然后控制行显示，由于是第一行，因此在在第一行线上施加高电平（用“1”表示），其余为低电平（用“0”表示）。即列的二进制码为11111111，转换为16进制为0xFF。第二行要点亮4发光二极管，因此其列的二进制码为10000111，转换为16进制为0x87，同时第二行线上施加高电平（用“1”表示），其余为低电平（用“0”表示）。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描8个8位，可以得出汉字“B”的扫描代码为:0xFF,0x87,0xBB,0xBB,0x87,0xBB,0xBB,0x87系统硬件设计4.LED点阵的内部结构及工作原理先系统硬件设计

5.行驱动电路

由于16×16点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口，本电路中加入了两个74HC164译码器，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号。同时选用三极管来将电流信号放大，驱动LED，本文选用的是三极管8550

。

系统硬件设计5.行驱动电路由于16×16点阵显示系统硬件设计

5.列驱动电路

列驱动电路由集成电路74HC595构成。74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个8位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。系统硬件设计5.列驱动电路列驱动电路由集成电路7系统原理图浏览系统原理图浏览系统原理图浏览系统原理图浏览系统软件设计

1.主程序

系统软件设计1.主程序系统软件设计

2.静态显示程序

系统软件设计2.静态显示程序系统软件设计

3.左移动/上移动显示程序

系统软件设计3.左移动/上移动显示程序系统软件设计4.中断服务程序

系统软件设计4.中断服务程序硬件调试调试工作:（1）用万用表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AT89S52单片机是否可以正常工作；（4）测试ISP下载线的功能是否能够实现；（5）测试串口系统的通信功能是否能够实现。硬件调试调试工作:汉字字模提取汉字的点阵字模是从点阵字库文件中提取出来的。例如常用的16×16点阵HZK16文件，12×12点阵HZK12文件等等，这些文件包括了GB2312字符集中的所有汉字。现在只要弄清汉字点阵在字库文件中的格式，就可以按照自己的意愿去显示汉字了。下面以HZK16文件为例，分析取得汉字点阵字模的方法。HZK16文件是按照GB2312-80标准，也就是通常所说的国标码或区位码的标准排列的。国标码分为94个区(Section)，每个区94个位(Position），所以也称为区位码。其中01～09区为符号、数字区，16～87区为汉字区。而10～15区、88～94区是空白区域。如何取得汉字的区位码呢？在计算机处理汉字和ASCII字符时，使每个ASCII字符占用1个字节，而一个汉字占用两个字节，其值称为汉字的内码。其中第一个字节的值为区号加上32(20H)，第二个字节的值为位号加上32(20H)。为了与ASCII字符区别开，表示汉字的两个字节的最高位都是1，也就是两个字节的值都又加上了128(80H)。这样，通过汉字的内码，就可以计算出汉字的区位码。具体算式如下：qh=c1-32-128=c1-160，wh=c2-32-128=c2-160或者qh=c1-0xa0，wh=c2-0xa0qh,wh为汉字的区号和位号，c1,c2为汉字的第一字节和第二字节。根据区号和位号可以得到汉字字模在文件中的位置：location=(94*(qh－1)+(wh－1))*一个点阵字模的字节数。汉字字模提取汉字的点阵字模是从点阵字库文件中提取出来那么一个点阵字模究竟占用多少字节数呢？我们来分析一下汉字字模的具体排列方式。如下图5-6中显示的“汉”字，使用16×16点阵。字模中每一点使用一个二进制位(Bit)表示，如果是1，则说明此处有点，若是0，则说明没有。这样，一个16×16点阵的汉字总共需要16×16/8=32个字节表示。字模的表示顺序为：先从左到右，再从上到下，也就是先画左上方的8个点，再是右上方的8个点，然后是第二行左边8个点，右边8个点，依此类推，画满16×16个点。汉字字模提取那么一个点阵字模究竟占用多少字节数呢？我们来分析一下总结目前LED显示系统已经得到了广泛应用，但是现在大多数的LED点阵显示系统自带字库，其显示动态效果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行，不能随意进行动态显示。本文设计是基于单片机的16ｘ16的点阵LED图文显示屏系统设计，做到了在目测条件下LED显示屏显示各点亮度均匀、充足，可显示移动的图形和文字等，实现了循环移动、覆盖霓虹灯效果，并且处理器运算速度快、执行效率高，无抖动、闪烁、重影等现象。同时可以在PC机上进行控制预先设定的图形或者文字显示。所完成的单片机的LED显示系统的设计，基本达到了工作电压低、功耗小、微型化、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等。随着对课题的深入了解，LED行业研究也从没有停止步伐，LED应用将会更加广泛。要进一步挺高系统使用竞争性，可以从硬件设计和软件设计两方着手。在硬件方面，进一步寻找低功耗，高亮度产品，同时把握超大LED屏幕设计技术及原理；在软件设计方面，结合计算机，要设计一般人可以操作的，可以实时显示单位或者舞台所需要设定的内容的显示系统。社会经济的快速发展的今天，对于LED点阵显示屏将会有更大的需求，LED显示技术将会有更大发展前景。总结目前LED显示系统已经得到了广泛应用，但是现在大欢迎各位老师提出宝贵意见！谢谢欢迎各位老师提出宝贵意见！谢谢指导教师：基于单片机的LED点阵显示屏系统设计

学生：专业：电气工程及其自动化指导教师：基于单片机的LED点阵显示屏系统设计主要内容第一部分背景及意义、技术路线第二部分 方案选择与总体结构第三部分系统硬件设计第四部分系统软件设计第五部分系统调试及总结主要内容第一部分背景及意义、技术路线

背景

作为21世纪是光电子与微电子紧密结合发挥作用的时代，以光通信为龙头的信息光电子产业将成为21世纪的明星产业和支柱产业。世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力，力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。据CIR报告称，全球LED的市场销售额在2008将增至56亿美元，其中高亮度LED（HB-LED）将增至26.4亿美元，超高亮度LED（UHB－LED）市场销售额则将赢得全球市场份额的22％。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：证券交易、金融信息显示；机场航班动态信息显示；港口、车站旅客引导信息显示；体育场馆信息显示；道路交通信息显示；调度指挥中心信息显示；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；广告媒体新产品等。

总而言之，我国在研究复杂环境无线精确定位方面的工作不是很多，能够实现的更少。由于无线传感器网络定位技术是一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家、社会及经济将有重大的战略意义。

系统的背景及意义、技术路线背景系统的背景及意义、技术路线系统的背景及意义、技术路线

意义

基于单片机的LED点阵显示屏系统设计是从实际应用角度出发，针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的LED点阵显示屏系统，实用性比较强。目前大多数的LED点阵显示系统自带字库，其显示动态效果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行，不能随意进行动态显示。而且一般的小型LED显示屏的体积还是比较大的，不适合随身携带只能放在固定的位置显示信息。为了克服显示屏以上缺点，本设计需要能够方便的实现数字、字母、汉字等预存信息，同时还要求实现信息的定时循环、上下左右滚屏、LED显示亮度连续可调等扩展功能，来实现吸引别人注意达到发布信息的目的。另外，本设计利用PC机来进行通讯，通过PC机串口来实现显示信息的更新。同时该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本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。为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。因此该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。

系统的背景及意义、技术路线意义系统的背景及意义、技术路线系统的背景及意义、技术路线系统方案选择方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴极或共阳极)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。

系统方案选择方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的系统总体方案设计：系统总体结构系统总体方案设计：系统总体结构系统总体方案设计：LED点阵构成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；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，如下图。单个发光二极管构成的LED点阵子模块（8×8

）,4个8×8点阵组合一个

16×16。系统总体方案设计：LED点阵构成LED屏幕的方法有两种，一是系统硬件设计

1.晶振及复位单元

AT89S52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1如上图所示。晶振、电容C1、C2及片内与非门构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C1、C2取值范围在5～30pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ作为系统的外部的晶振，电容取值为30pF。

系统硬件设计

1.晶振及复位单元AT8系统硬件设计2.通讯电路单元

由于电脑串口输出电压为+12V,而单片机的出入电压为5+0.5V，直接与单片机连接会烧坏芯片，因此选用MAX232芯片来进行电平转换。其中，MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口芯片,使用+5V单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路；第二部分是数据转换通道；第三部分是供电。

系统硬件设计2.通讯电路单元由于电脑串口输出电压为系统硬件设计3.电源电路单元

由于单片机VCC所需输入电压范围为5+0.5V，而由电源直接提供电压通常不在此范围内，因此需要设计一个电源稳压电路确保对单片机输入的准确提供。同时在系统中MAX232、74HC164、74HC595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。系统硬件设计3.电源电路单元由于单片机VCC所需输系统硬件设计

4.LED点阵的内部结构及工作原理

每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，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256像素范围内的任何图形，例如“高”字的显示。系统硬件设计4.LED点阵的内部结构及工作原理每系统硬件设计

4.LED点阵的内部结构及工作原理

先控制8个列的电平，由于第一行不显示，因此第一行从左到右8个发光二极管不用点亮，在列线上施加高电平（用“1”表示）。然后控制行显示，由于是第一行，因此在在第一行线上施加高电平（用“1”表示），其余为低电平（用“0”表示）。即列的二进制码为11111111，转换为16进制为0xFF。第二行要点亮4发光二极管，因此其列的二进制码为10000111，转换为16进制为0x87，同时第二行线上施加高电平（用“1”表示），其余为低电平（用“0”表示）。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描8个8位，可以得出汉字“B”的扫描代码为:0xFF,0x87,0xBB,0xBB,0x87,0xBB,0xBB,0x87系统硬件设计4.LED点阵的内部结构及工作原理先系统硬件设计

5.行驱动电路

由于16×16点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口，本电路中加入了两个74HC164译码器，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号。同时选用三极管来将电流信号放大，驱动LED，本文选用的是三极管8550

。

系统硬件设计5.行驱动电路由于16×16点阵显示系统硬件设计

5.列驱动电路

列驱动电路由集成电路74HC595构成。74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个8位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。系统硬件设计5.列驱动电路列驱动电路由集成电路7系统原理图浏览系统原理图浏览系统原理图浏览系统原理图浏览系统软件设计

1.主程序

系统软件设计1.主程序系统软件设计

2.静态显示程序

系统软件设计2.静态显示程序系统软件设计

3.左移动/上移动显示程序

系统软件设计3.左移动/上移动显示程序系统软件设计4.中断服务程序

系统软件设计4.中断服务程序硬件调试调试工作:（1）用万用表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AT89S52单片机是否可以正常工作；（4）测试ISP下载线的功能是否能够实现；（5）测试串口系统的通信功能是否能够实现。硬件调试调试工作:汉字字模提取汉字的点阵字模是从点阵字库文件中提取出来的。例如常用的16×16点阵HZK16文件，12×12点阵HZK12文件等等，这些文件包括了GB2312字符集中的所有汉字。现在只要弄清汉字点阵在字库文件中的格式，就可以按照自己的意愿去显示汉字了。下面以HZK16文件为例，分析取得汉字点阵字模的方法。HZK16文件是按照GB2312-80标准，也就是通常所说的国标码或区位码的标准排列的。国标码分为94个区(Section)，每个区94个位(Position），所以也称为区位码。其中01～09区为符号、数字区，16～87区为汉字区。而10～15区、88～94区是空白区域。如何取得汉字的区位码呢？在计算机处理汉字和ASCII字符时，使每个ASCII字符占用1个字节，而一个汉字占用两个字节，其值称为汉字的内码。其中第一个字节的值为区号加上32(20H)，第二个字节的值为位号加上32(20H)。为了与ASCII字符区别开，表示汉字的两个字节的最高位都是1，也就是两个字节的值都又加上了12