基于单片机的点阵电子显示屏的设计毕业论文Word下载.docx
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16latticeLEDelectrondisplaymonitordesign.Theelectronicscreencanshowallkindsofwritten,numbersorletters,onefullscreendisplayChinesecharacters,fourpiecesof8×
8dot-matrixLEDdisplaymodulestoformthe16×
16dotmatrixdisplaymode.Showdynamicshowthatmakesstaticgraphicortextcanbeachieved,shiftedoutofvariousformats.ThispaperdescribesthehardwaredesignoftheLEDdotmatrixdisplay,andtheprinciplefunctionofthevariouspartsofthecircuit,thecorrespondingsoftwareprogramdesign
and
the
use
of
some
such.
Thewholeequipmentiswiththe40-pinAT89C51MCU（MicroControllerUnit）producedbytheAmericanATMELcompanyatthecore,introducedtakeitasthecontrolsystemLEDlatticeelectrondisplaymonitordynamicdesignandthedevelopmentprocess.Controlsgooddriver74HC154andtworowdriver74H-C595throughthischipactuatesthedisplaymonitordemonstration.SCM
process
c-ontrol
system
used
for
editing
MCU
C
language,
Programming
cont-rol
points
indicate-d
by
corresponding
LED
anode
overcast
extreme
level.
We
c-an
effectively
defense
showed
bright
spots.
The
lattice
data
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characters
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prepare
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（that
is,
direct
Painting）,
which
also
be
extracted
from
standard
fon-t.ThroughtheSystemdebugging,
thisdesignmeetsthebasic
requirements.
Key
words：
Micro
Controller
Unit,
Latticedrive,
Lattice
display
第一章绪论
1.1课题背景
单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。
单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。
正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。
在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。
我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。
更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。
以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。
这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。
例如，本文所要论述的通过单片机来控制LED点阵显示。
LED是发光二极管英文Light
Emitting
Diode的简称，是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和Ｐ-Ｎ结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。
进入八十年代后，LED在发光波长范围和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED显示屏。
LED电子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。
它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统，是目前国际上极为先进的显示媒体。
由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。
在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。
随着信息产业的高速发展，LED显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。
近年LED显示屏已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所如银行、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布，政府机关政策、政令，各类市场行情信息的发部和宣传等。
目前，对于那些需要显示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型。
1.2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显示屏的应用也越来越广泛，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。
1.3研究现状及发展趋势
1.3.1单片机的发展历史和发展方向
单片机的历史并不长，然而发展却十分迅猛。
自1971年美国Intel公司首先研制出4位单片机4004以来，它的发展可粗略划分为4个阶段。
第一阶段（1976-1978）：
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS-48为代表。
MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
1、完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
2、CPU外围功能单元的集中管理模式。
3、体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
4、指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段（1982-1990）：
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的推广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。
第四阶段（1990—至今）：
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
纵观各个系列的单片机产品的特性，可以看出单片机正朝两个方向发展。
一方面，单片机的性能不断提高，功能越来越强。
该类产品可以满足各种复杂应用系列的要求，如INTEL公司的MCS-96系列、MO68HC11系列等。
另一方面，在中小型只能产品中，单片机则朝小型，超低功耗，多品种等发展方向。
从工业角度考虑，随着大规模集成电路技术的改进，单片机经历了PMOS、NMOS、CMOS等各个阶段，现在正朝着改进型CMOS工艺的方向发展。
低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化及高性能化逐渐成为主导。
1、低电压化
几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。
允许使用的电压范围越来越宽，一般在3～6V范围内工作。
低电压供电的单片机电源下限已可达1～2V。
目前0.8V供电的单片机已经问世。
2、低噪声与高可靠性
为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
3、大容量化
以往单片机内的ROM为1KB～4KB，RAM为64～128B。
但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。
为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。
目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。
4、高性能化
主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。
采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。
现指令速度最高者已达100MIPS（Million
Instruction
Per
Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。
这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。
由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。
单片机的控制性能和可靠性高，体积小，价格低，易于产品化。
在现代的各种电子器件中，单片机具有良好的性能价格比。
正是单片机得到广泛应用的重要原因。
1.3.2单片机的应用
在说单片机应用之前，首先来谈谈我们使用的电脑（PC机），我们使用的电脑属于通用计算机，真是感叹计算机发展神速！
现在个人电脑的性能比以前已经得到了极大的提高，普通PC机的运行速度就已经达到了3GB以上，拥有海量的硬盘空间，80GB、160GB
甚至500G都很常见，内存普通的都有8G、16G甚至有32G内存，使用19"
大屏幕液晶显示器--正是这些电脑的高性能，为我们海量数值计算、信息处理、多媒体和网络应用、办公、家用等的实现成为可能。
相比之下，单片机的硬件配置就没有通用计算机那么高了，单片机运算速度一般只有几兆至几十兆，如51单片机常用的晶振频率有6MHZ、11.0592MHZ和24MHZ等，单片机内部程序空间也比较小，一般在几KB到几十KB，单片机内存RAM一般几百字节到几KB。
虽然单片机微型计算机的性能无法和电脑相比，但是单片机具有高可靠性、体积小、智能性、实时性、可塑性强（只要写入不同的程序，同一片单片机能够完成不同的工作）等诸多特点，而且价格低廉，如一片89c51单片机才几块钱。
正是这些特点，使单片机成为工程师们开发嵌入式应用系统和小型智能化产品的首选！
1.3.3LED显示屏产业现状及发展趋势
1、我国LED产业发展现状
我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。
据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。
全国从事LED显示屏的各类企业有100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。
在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。
技术水平相对领先,我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。
90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；
LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。
LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。
LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。
2、LED显示屏的发展趋势
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将是平板显示的时代，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。
LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。
全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。
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。
1.4功能要求及方案论证
1.4.1功能要求
1、自制一台简易16行×
16列点阵显示的LED电子显示屏。
2、多功能显示控制，显示屏通过按键切换，显示数字、字母。
3、显示屏能显示2组特定数字或英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容。
4、能显示2组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。
5、滚动显示数字、字母、汉字。
6、Proteus进行仿真，keil进行程序编译，prote画图制板。
1.4.2显示模式方案论证
为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式，最简单的显示模式是静态显示。
这里所说
的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。
与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。
按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示
模式。
产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。
例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；
而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；
同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。
其它模式的数据刷新，也可找到相应的算法。
不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先
生成刷新数据，存储备用。
刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。
刷新太慢，动感不
显著；
刷新太快了，中间过程看不清。
一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。
从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对
应的
器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制
显示屏的各个发光点亮灭
的方法称为静态驱动显示方式。
16×
16
的点阵共有
256
个发光二极管，
显然单片机没有这么多端口，
如果我们采用锁存器来扩展端口，按8
位的锁存器来计算，16×
的点阵需要
256/8=32
个锁存器。
这个数字很庞大，因为我们仅仅是
的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在
锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而
采用另一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如
行）
的同名列共用一套列驱动器，每行有一个行驱动器，具体就
的点阵来说，把所有同一行的
发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一
行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；
再送出第二行的数
据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；
……第十六行之后，又重新燃亮第一
行，反复轮回。
当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到
显示屏上稳定的图形了。
1.4.3显示数据传输方案论证
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。
显示数据通常存储在单片机的存储器中，按
8
位一个字节的形式顺序排放。
显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输方式的问题。
从控制电路到列驱动器的数
据传输可以采用并行方式或串行方式。
显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量
大，相应的硬件数目多。
当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。
采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。
但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器。
只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。
这样，对于一行的显
示过程就可以分解列数据准备和列数据显示两个部分。
对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED
的亮度。
解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。
即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。
为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具
有锁存功能。
经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。
对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；
对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。
这样，本行已准备好的数
据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。
第二章系统硬件电路的设计
2.1设计框图及介绍
LED点阵总体框图如图2.1所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。
控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。
在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。
点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。
由于两部分的电路在制板时可以放到一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。
图2.1显示屏电路框图
此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。
2.2控制电路模块
2.2.1单片机简介
单片微型计算机（Single
Chip
Microcomputer）简称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括CPU（Central
Processing
Unit）、存储器（memory）、基本输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路、定时/计数器和中断系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。
单片机内部基本结构如图2.2所示。
由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器（Micro-Controller
Unit，简称MCU）。
图2.2单片机内部基本结构
2.2.2单片机最小应用系统电路设计
单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，显示更稳定。
单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。
P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；
P1.5～P1.7口则用来发送控制信号。
P0口和P2口空着，在有必要的时候可以扩展系统的ROM和RAM,图2.3给出的是AT89C51的最小系统图。
图2.3单片机最小系统图
注：
该最小系统由按键复位RESET电路、晶体振荡电路以及I/O接口电路组成。
复位的实现通常用2种方式：
开机上电复位和外部手动复位，本设计用的是外部手动复位。
电路如图2.4：
图2.4单片机复位电路
2.2.3单片机引脚介绍
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0
口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八
升级会员 