基于51单片机的LED点阵显示屏毕业论文定稿

长沙民政职业技术学院毕业设计说明书题目：基于51单片机的LED点阵显示屏产品设计工艺设计方案设计√类型：学生姓名：学号：学院：电子信息工程学院专业：应用电子技术班级：电子1331班学校指导教师：企业指导教师：2016年4月30日摘要本文介绍了一款以单片机AT89S51为控制器的LED点阵显示屏系统的设计。该系统选用四块8×8点阵模块构建一个16×16的LED点阵屏，可实现中英文字符的显示及其动态特效显示。选定AT89S51单片机为核心控制器件，由串并转换器和锁存器为译码电路器件，三极管和驱动继电器为驱动电路器件，通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。AT89S51单片机处理控制命令以及显示代码，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模块驱动LED点阵显示屏的扫描显示。整个设计采用AT89S51做核心控制器，74LS164和74LS373组成译码电路，三极管8550和ULN2803做行和列驱动。关键字：AT89S51；LED点阵显示屏；串并转换器；锁存器；驱动电路AbstractAbstract:ThispaperintroducesadesignoftheLEDlatticedisplaysystembaseonMCUAT89S51.Thissystemchoosesfour8x8bitmapmoduletoconstructa16x16ofLEDdotmatrixscreen.ThesystemcandisplayinbothChineseandEnglishcharactersoftheshowandfromtoptobottomandmovearoundthemagicshow.SelectedforthecorecontroldeviceAT89S51,thestringandconverterandlatchestodecodecircuits,transistoranddriverelaysfordrivingcircuitdevices,throughthewaystoexpandlevelevendisplayscreensizeinordertoachievethepurposeofincreasingdisplaycontent.AT89S51processingcontrolcommandsanddisplaycodewilldisplaycontentthroughtheI/Oportserialoutputandcontrolofdecodelogiccompleteandtransferparalleloutput,finallybydisplaydrivercircuitmoduledriverdestemscanningdisplay.ThewholedesignUSESAT89S51docorecontroller,74LS164and74LS373compositiondecodecircuit,triode8550andULN2803dorowsandcolumnsdriver.Keywords:AT89S51；latticeLED’spaneldisplay；Stringandconverter；LatchesDrivingcircuit目录1.绪论 页1绪论选题背景在短短的十来年中，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。1.2研究现状及发展趋势（1）我国LED产业发展现状现代信息社会中，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，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。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[2]。（2）选题意义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。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。但同时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。2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，所以对硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计时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示屏部分，控制部分，通信系统三部分组成。单片机通过通信部分发送控制指令和显示内容代码，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。通信部分通信部分控制部分显示部分图2.1系统硬件组成框图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I/O口来驱动LED显示屏，所以需要对单片机IO口进行扩展增加单片机并行输出的能力。构建一个16×16的LED点阵屏选用四块8×8点阵模块。图2.2LED点阵图（二）硬件设计方案最终方案如图2.3所示，以单片机机作为核心控制器件存储和处理显示内容，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，单片机根据传输来的内容和指令通过端口译码扩展后驱动4块8×8LED点阵模块构成的16×16的LED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。串行通信单片机串行通信单片机译码电路显示驱动电路16×16LED显示屏图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。设计目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。3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通信系统，单片机系统，译码电路，显示驱动电路和16×16的点阵屏五部分组成。。根据硬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能兼容至整个系统之中。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51系列单片机为核心器件，用来发送控制指令和显示内容，并且直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，选择AT89S51为控制单元的主控芯片。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）。AT89S51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3.1所示。图3.1控制部分电路图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器74LS164和锁存器74LS373。串并转换器74LS164列译码采用的是芯片74LS164。如果不采用译码电路完全依靠单片机的端口输出来控制16×16的LED点阵屏显示，需要32个端口。而采用了译码电路后仅仅需要7～9个端口便可实现控制显示。这就要求单片机的引脚输出的高低电平要在芯片的识别范围内，由于采用了列选通行传送显示代码的方法所以行译码电路上也加上了74L373锁存芯片。这就要求74LS164芯片的输出要满足锁存芯片的高低电平区分范围和频率要求。图3.2行译码电路图3.4电源设计电路图如图3.3所示。图3.3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。4系统软件设计4.1显示程序的设计（一）LED显示屏的显示方式LED点阵屏显示方式采用动态扫描的方式进行显示。动态扫描分为行扫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，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。结论经过一段时间的工作，终于完成了基于51单片机的LED显示系统的设计，项目所要求的功能全部达到。通过这次设计收获颇多，不仅是所作题目涉及到的软硬件知识还有更为重要的实际经验和过程中所发现的问题。在实现这一设计的过程中所遇到的问题和困难给我留下了宝贵的经验和深刻教训。这些经验和教训是：（1）设计之前应该进行大量的资料收集和分析，确定一个清晰的设计思路；（2）器件选择时要详细阅读器件使用手册，不但要考虑器件的功能实现还要考虑器件在整个系统中的兼容性；（3）硬件的系统的建立必须合理和稳定，实物建立之前最好进行仿真这样才能为软件提供一个可靠的试验平台；（4）软件的编写不但要实现功能还要不断的优化、简练、易读。设计结束了，但学习还在继续。我相信通过此次设计所得到的知识、心得、经验乃至感受都会让我在以后的日子里受益匪浅。致谢这次能够圆满完成毕业设计我首先要感谢我的指导老师张艳阳老师，感谢他在百忙之中对我毕业设计的指导、勉励、和督导，使我在毕业设计中避免了不少弯路。同时我要感谢大学三年里教过我课程的老师们，感谢他们对我知识增长所付出的辛勤劳动。我还要感谢全班同学，感谢他们大学三年所做的所有令人感动的、幽默的、滑稽的、荒诞的事情。有了大家的帮助，使我顺利完成毕业设计！谢谢大家！参考文献[1]关积珍.\o"LED显示屏发展状况及趋势"LED.显示屏发展状况及趋势[J].世界电子元器件，2000,(02)：277-301.[2]关积珍,陆家和.我国LED显示屏技术和产业发展及展望.现代显示，2004，(02)：34-37.[3]JeyamkondanS，JayasDS，HollyRA.16x16dotmatrixLEDhas4mmprofile.ElectronicsWeekly，11/26/2003Issue2125，36-36，1/9p，1c；(AN11842012).[4]缪思恩.LED大屏幕显示电路设计[J].电子技术应用，1996，(08)：56-77.[5]DaveJackson.关于DSP芯片的问与答.今日电子，1998，(12)：1-7.[6]卢弥坚.主从分布式LED大屏幕显示系统[J].电脑与信息技术，1997，(04)：6-13.[7]高胜东，梁采，张宏富.\t"C:\\Users\\dell\\Desktop\\_top"一种LED大屏幕显示系统[J].成都气象学院学报，1998，(03)：108-120.[8]张全福.汇编语言程序设计实验教学改革与探索.教学研究，2005，(06)：3-5.[9]文哲雄.用单片机控制LED显示屏[D].佛山：佛山科学技术学院，1995.附录1：程序清单//#include<reg51.h>//#include<absacc.h>//#include<intrins.h>#include<AT89x52.h>//#include<regx52.h>#defineCOUNT34#defineW0X01unsignedcharbuffer[COUNT];unsignedcharpoint;sbitA1=P1^0;//定义第一列对应端口sbitA2=P1^1;//第二列sbitA3=P1^4;//第一行sbitA4=P1^5;//第二行sbitCLK_L=P1^2;//列移位时钟上升沿触发sbitCLEAR_L=P1^3;//列清除控制位低电平有效sbitCLK_H=P1^6;//行移位时钟sbitCLEAR_H=P1^7;//行清除控制位低电平有效sbitEN=P2^0;sbitP21=P2^1;sbitOE=P2^2;//三态允许控制端低电平有效sbitLE=P2^3;//锁存允许端unsignedcharcodeH1[16]={1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},H2[16]={0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0};//分别暂存行（H）列（L）所要显示的数据unsignedcharL1,L2,i,command,k,j;charz,l,m,n,x;unsignedchardataziku[32];unsignedcharidatasort[32];unsignedintdatatemp;unsignedcharcodeBmp019[]=//静态显示内容{/**/0x00,0x22,0x22,0x2A,0x2A,0x2A,0x2F,0xFA,0x2A,0x2A,0x2A,0x2B,0x2A,0x2A,0x22,0x00,0x04,0x04,0x08,0x10,0x20,0xC0,0x20,0x5C,0x48,0x42,0x41,0xFE,0x40,0x40,0x40,0x00};//*************************************************************//串口中断程序//功能：接收数据，当接收满34位后将接收到的数据发送返回//*************************************************************com_interrupt(void)interrupt4using3{unsignedcharRECEIVR_buffer;if(RI==1){RECEIVR_buffer=SBUF;RI=0;TI=0;if(point==0){if(RECEIVR_buffer=='s')point++;elsepoint=0;}if(point>0&&point<35)buffer[point++]=RECEIVR_buffer;elsepoint=0;}//TI=0;if(point==35&&RI==0){ command=buffer[34];point=0; x=0;for(k=2;k<34;k++){SBUF=buffer[k]; sort[k-2]=buffer[k]; while(TI==0);TI=0;} }}voiddelay(intk)//延时程序{while(k--);}//**********************************************************************//静态显示程序//功能：将显示数据处理后，控制串并转换器并行输出控制LED显示//**********************************************************************voiddisplay()//显示子程序{EN=1;P21=1;CLEAR_L=0; delay(5); CLEAR_L=1;for(i=0;i<16;i++){CLK_L=0;A1=H1[i];A2=H2[i];CLK_L=1; L1=ziku[i+z]; L2=ziku[i+16+z];if(i+z<0||i+z>15)continue; OE=1; LE=1; if(L1==0x00&&L2==0x00) continue; for(j=0;j<8;j++){CLK_H=0; if(L1&W==1)A3=0;elseA3=1;if(L2&W==1) A4=0;elseA4=1; CLK_H=1;L1>>=1; L2>>=1;}OE=0; LE=0; delay(110); CLEAR_H=0; delay(1); CLEAR_H=1;}}//右移显示//功能：使得LED产生画面右移得效果voidsdisplay_left(){if(m==0){ z++; m=30; } if(z==15) { l=0; z=0; }display(); 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