基于51单片机的LED点阵广告屏的设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................1

2设计方案遴选...........................................................................................................1

2.1单片机的选择...............................................................................................2

2.2系统框图设计...............................................................................................3

图1系统框图..............................................................................................................3

3产品硬件设计...........................................................................................................3

3.1按键电路设计...............................................................................................4

3.2LED点阵屏显示模块电路............................................................................4

4产品软件设计...........................................................................................................5

4.1主程序流程图...............................................................................................5

4.2按键程序流程图...........................................................................................6

4.3LED点阵显示屏程序设计............................................................................7

4.4程序清单.......................................................................................................9

5产品调试及使用说明...............................................................................................9

5.1产品调试.......................................................................................................9

5.2产品使用说明.............................................................................................10

6产品设计技术标准.................................................................................................11

参考资料.....................................................................................................................11

附录1元器件清单............................................................................................12

附录2电路原理图............................................................................................14

附录3PCB设计图.............................................................................................15

附录4产品实物图............................................................................................16

附录5产品装配图............................................................................................17

附录6程序代码................................................................................................17

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基于51单片机的LED广告点阵屏的设计与制作

1产品功能分析

本设计使用STC89C51系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电

路来驱动4块8×8的点阵LED显示屏。利用STC89C51系列高速单片机本身强

大的功能，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软

件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、

机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。

本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示4个8×8点阵汉字，并能通

过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存储在空闲的单片机

程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储1024个字符，每一个字由16

行16列的点阵形成显示，即每个字均由256个点阵来表示，我们可以把每一个

点理解为一个像素。一般我们使用的16×16的点阵宋体字库，即所谓的16×

16，是每一个汉字在纵横各16点的区域内显示的。汉字库从该位置起的32字

节信息记录了该字的字模信息。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。

本设计是单片机系统基本模块的一部分，即利用单片机驱动显示屏工作。

其中点阵行扫描由单片机驱动的74HC595驱动，列扫描由单片机驱动的74HC138

驱动，通过程序写入代码从而实现点阵的显示。

2设计方案遴选

LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显

示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，视频显示屏采用微型计算机

进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信

息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显

1

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示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运

输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像，不仅可以用于室内环

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。

2.1单片机的选择

STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编

程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指

令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编

程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得

STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C51还具备以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O

口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2

级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C51可降至0Hz

静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，

允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容

被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为

止。并且STC89C51上手简单，对于我们这些新手来说是个不错的选择。

2

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2.2系统框图设计

图1系统框图

3产品硬件设计

产品由STC89C51RC单片机系统模块，按键模块，LED点阵显示屏模块，驱

动电路模块以及电源接口组成。

此产品显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的

同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按

顺序依次对各行进行扫描(把该行与电源的一端接通)。另一方而，根据各列锁

存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，

就在该行该列点燃相应的LED，未接通的列所对应的LED熄灭。

3

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3.1按键电路设计

本设计是通过按键来控制汉字在显示屏上静止、闪烁、切换内容等多种显

示功能的实现。

图2按键电路原理图

3.2LED点阵屏显示模块电路

汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、银行、医院及

户外广告等地方都有广泛的应用。下面是简单的汉字显示屏的制作，由单片机

控制汉字的显示内容。为了降低成本，使用了四块8×8的LED点阵发光管

的模块，组成了一个16×16的LED点阵显示屏，如图3所示。

4

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图3LED点阵显示屏电路原理图

图4LED点阵显示屏实物图

4产品软件设计

用简短的汇编程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕

上从左到右的滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示

子程序和串行口中断程序。用STC89C51、74HC595、74HC138芯片和4个16×16LED

点阵显示器构成一个完整的16位点阵LED显示系统。

4.1主程序流程图

5

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图5主函数流程图

4.2按键程序流程图

6

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图6按键流程图

4.3LED点阵显示屏程序设计

7

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显示要求汉字在显示屏上按从左到右的顺序一个个的出现。设计时可采用

如下方法：首先将LED显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即LED显示空白，

然后每间隔一个定时器设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个汉字点

阵数据并进行扫描显示，这样就可达到动态显示的效果。

图7显示流程图

8

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4.4程序清单

LED点阵显示屏产品程序清单如图1.9所示，产品程序清单大体上可以

分成初始化、串口通讯程序、定时器中断、调用显示程序四部分组成。当主程

序初始化之后，串口通讯程序方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送，

然后再把数据传输到显示屏上。

图8产品程序清单

5产品调试及使用说明

5.1产品调试

将编写好的程序烧录到单片机中

程序烧录成功界面如下图：

9

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图9程序编译成功截图

图10程序烧录成功截图

5.2产品使用说明

1.产品接上电源上电，按下电源开关，按下按键1显示屏上字体滚动暂停，再

按一次滚动继续；

10

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2.按下按键2文字滚动方向相反；

3.按下按键3显示屏上文字闪烁；

4.按下按键4显示屏切换文字；

5.按下按键5显示屏文字加速；

6.按下按键6显示屏上文字滚动速度减慢。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

参考资料

[1]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京

理工大学出版社.2007.

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航天航空大学出版

社.2006.

[3]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版设，2004.10.

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附录1元器件清单

黄婧《基于51单片机的LED广告点阵屏的设计与制作》元器件清单

型号规

序号名称代号数量备注

格

1电容C1,C222P2

2电容C310UF1

3晶振JZ12M1

4电阻R1710K1

SW1,SW2,SW3,SW

5按键4AJ7

SW5,SW6,SW7

列驱动

6U1,U974HC1382

芯片

8*8共阳

7U2,U3,U7,U8LED4

点阵块

STC89C

8单片机U41

51

12

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型号规

序号名称代号数量备注

格

74HC595

9U5,U674HC5952

列驱动

10开关1

11排阻1

12导线若干

9*15cm

131

万用板

DC电源

141

接口

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5产品装配图

附录6程序代码

#include<reg51.h>//头文件

sbitshcp=P1^2;//数据输入时钟线595的11脚

sbitstcp=P1^1;//输出存储器锁存时钟线595的12脚

sbitds=P1^0;//数据线595的14脚

sbits1=P3^1;//按下暂停再暂按继续

sbits2=P3^2;//按下方向取反

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sbits3=P3^3;//闪烁

sbits4=P3^4;//切换内容

sbits5=P3^5;//加速

sbits6=P3^6;//减速

bitfx;//方向切换

bitss;//闪烁切换

intxsflag=0;

intsd=10;

intcount;

unsignedcharalt;//数据移动定时时间

unsignedintnet;//控制显示的字符

unsignedcharzi1=4,zi2=4,zi3=3;

unsignedintzong=416;//总字符（所有的字数+1）*32字数指的是汉字，字母、

数字两个算一个数字

unsignedcharcodetab1[]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",0*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",1*/

0x04,0x08,0x04,0x10,0x24,0x20,0x24,0x40,0x24,0xFC,0x24,0xA2,0xFD,0x22,0x26,

0x22,

0x24,0x42,0x2C,0x42,0x14,0x42,0x24,0x82,0x44,0x1E,0x04,0x00,0x04,0x00,0x00,

0x00,/*"老",0*/

0x00,0x00,0x3F,0xE1,0x00,0x02,0x00,0x0C,0xFF,0xF0,0x00,0x00,0x40,0x00,0x47,

0xF8,

0x44,0x00,0x44,0x00,0x7F,0xFF,0x44,0x10,0x44,0x08,0x47,0xF0,0x40,0x00,0x00,0

x00,/*"师",1*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1A,0x00,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"，",2*/

0x04,0x02,0x08,0x0C,0x10,0x00,0x3F,0xEE,0xC4,0x01,0x08,0x81,0x11,0x11,0xE6,

0x4D,

0x20,0x21,0x2F,0xC1,0x20,0x01,0x24,0x07,0x2A,0x00,0x31,0x88,0x00,0x06,0x00,

0x00,/*"您",3*/

0x02,0x00,0x02,0x20,0x22,0x20,0x22,0x20,0x2A,0x20,0x26,0x20,0xA2,0x20,0x63,

0xFF,

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0x22,0x20,0x26,0x20,0x2A,0x20,0x22,0x20,0x22,0x20,0x02,0x20,0x02,0x00,0x00,0

x00,/*"辛",4*/

0x21,0x00,0x21,0x00,0x21,0x00,0x21,0x3F,0xF9,0x22,0x21,0x22,0x21,0x22,0x2F,0

xE2,

0x21,0x22,0x21,0x22,0xF9,0x22,0x21,0x3F,0x21,0x00,0x21,0x00,0x21,0x00,0x00,0

x00,/*"苦",5*/

0x00,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x02,0x40,0x01,0x47,0

xFE,

0x44,0x00,0x48,0x00,0x50,0x00,0x60,0x00,0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"了",6*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",10*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",11*/

};

unsignedcharcodetab2[]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",0*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",1*/

0x00,0x00,0x08,0x04,0x08,0x04,0x1F,0xFC,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*"1",0*/

0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x88,0x11,0x04,0x11,0x04,0x18,0x88,0x00,0x70,0x00,0

x00,/*"6",1*/

0x02,0x40,0x02,0x40,0x01,0x80,0x0F,0xF0,0x01,0x80,0x02,0x40,0x02,0x40,0x00,0

x00,/*"*",2*/

0x00,0x00,0x08,0x04,0x08,0x04,0x1F,0xFC,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*"1",3*/

0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x88,0x11,0x04,0x11,0x04,0x18,0x88,0x00,0x70,0x00,0

x00,/*"6",4*/

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0x00,0x01,0x00,0x02,0x03,0xEC,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x28,0xFE,0x26,0x12,

0x20,

0x12,0x28,0x12,0x26,0x12,0x20,0x13,0xE0,0x10,0x08,0x10,0x07,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"点",5*/

0x00,0x00,0x7F,0xFF,0x40,0x10,0x44,0x08,0x5B,0x10,0x60,0xE0,0x10,0x10,0x13,

0x10,

0x1D,0x10,0xF1,0x10,0x17,0xFF,0x11,0x10,0x11,0x10,0x11,0x10,0x10,0x10,0x00,

0x00,/*"阵",6*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",6*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",7*/

};

unsignedcharcodetab3[]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",0*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",1*/

0x08,0x00,0x08,0x00,0x48,0x00,0x4B,0xF9,0x4A,0x4A,0xFA,0x4C,0x4A,0x48,0x4

F,0xF8,

0x4A,0x48,0xFA,0x4C,0x4A,0x4A,0x4B,0xF9,0x48,0x00,0x08,0x00,0x08,0x00,0x0

0,0x00,/*"黄",0*/

0x08,0x02,0x08,0x44,0x0F,0xA8,0xF8,0x10,0x08,0x68,0x0F,0x86,0x22,0x00,0x2A,

0xFF,

0x2A,0xA8,0x2A,0xA8,0xFE,0xA8,0x2A,0xAA,0x2A,0xA9,0x2A,0xFE,0x22,0x00,

0x00,0x00,/*"婧",1*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

x00,/*"",8*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

20

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x00,/*"",9*/

};

voiddelay(unsignedintz)//延时子函数

{

unsignedcharx;

for(;z>0;z--)

for(x=110;x>0;x--);

}

voidwritedata(unsignedchardat1,unsignedchardat2)//595显示子函数

{

unsignedchari;

//CY存储移位之后的数据CY进位标志位，单片机内部的寄存器移位

之后的数据就存在CY里面

for(i=0;i<8;i++)//循环八次

{

dat1=dat1<<1;//数据左移11110001

ds=CY;//数据发送

shcp=1;//上升沿发生移位上升沿时数据寄存器的数据锁存。

shcp=0;

}

for(i=0;i<8;i++)//循环八次

{

dat2=dat2<<1;//数据左移

ds=CY;//数据发送

shcp=1;//上升沿发生移位上升沿时数据寄存器的数据锁存。

shcp=0;

}

stcp=0;

stcp=1;//上升沿将数据送到输出锁存器

stcp=0;

}

voidmain()//主函数

{

chari,aa;

TMOD=0x01;//定时器0模式116位定时模式

TH0=(65536-10000)/256;//定时10.000ms

TL0=(65536-10000)%256;

ET0=1;//使能定时器0

EA=1;//开启总中断

TR0=1;//开始计数

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zong=(zi1+1)*32;

while(1)//无限循环

{

if(s1==0)//检测按键

{

delay(30);//延时消除按键抖动

if(s1==0)

{

ss=0;

TR0=~TR0;//按下暂停暂按继续

while(s1==0);//等待按键松手

}

}

if(s2==0)//检测按键

{

delay(30);//延时消除按键抖动

if(s2==0)

{

fx=~fx;//方向取反

TR0=1;

ss=0;

aa=0;

if(fx==0)net=0;//正向移动

if(fx==1)net=zong;//反向移动

while(s2==0);//等待按键松手

}

}

if(s3==0){

delay(30);

TR0=0;

net=32;

ss=1;

while(!s3);

}

if(s4==0){

xsflag++;

if(xsflag>=3)

xsflag=0;

net=32;

while(!s4);

if(xsflag==0)

zong=(zi1+1)*32;

if(xsflag==1)

22

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zong=(zi2+1)*32;

if(xsflag==2)

zong=(zi3+1)*32;

}

if(s5==0){

ss=0;

sd=sd-2;

if(sd<=4)

sd=4;

while(!s5);

}

if(s6==0){

ss=0;

sd=sd+2;

if(sd>=20)

sd=20;

while(!s6);

}

if(ss==0){

for(i=0;i<16;i++)//循环移位

{

//两片138组成的4-16线译码器

P2=i;//列数据驱动，138的驱动端口

if(xsflag==0){

writedata(tab1[net+aa],tab1[net+aa+1]);//写入需要显示的数据

}

if(xsflag==1){