基于单片机的LED点阵显示屏论文Word文档格式.docx
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LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。
一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；
另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。
目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。
一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。
国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。
随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。
因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。
而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。
1.2LED显示屏控制技术状况
显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。
1.2.1串行传输与并行传输技术
LED显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。
日前普遍采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。
采用这种方式的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的联线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现也较为容易。
1.2.2动态扫描与静态锁存技术
LED显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。
一般室内显示屏多采用动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等。
室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%。
动态扫描法可以大大减少控制器的I/O口，因此应用较广。
1.2.3自动检测及远程控制技术
LED显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。
在LED显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。
2AT89C51单片机概述
2.1AT89C51单片机的结构
AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器（FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，FPEROM）的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1000次写／擦循环，数据保留时间为10年。
他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。
图2-1AT89C51引脚图
2.2管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
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口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.3振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3基于单片机的LED点阵显示设计任务
现在市场上各类基于LED的显示屏较多，但大部分产品为单一模式的LED显示屏，其在显示内容的更换及显示屏的重组等方面都存在不便之处。
但随着信息化社会的迅速发展，LED显示屏正在向显示内容丰富、信息更改方便等方面发展。
因此制作一款多功能的LED广告显示屏是非常有意义地。
本研究即以AT89C51单片机为核心，采用串行传输、动态扫描技术，制作一款拥有PC机通信功能的，模块化LED多功能显示屏。
3.1LED驱动模块
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（共阴或共2端），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。
3.2数据存储模块
采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。
串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：
不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。
它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择。
3.3总体硬件组成框图
图2-1总体硬件组成框图
系统框图如图2-1所示，系统主要由三大模块组成即LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块。
3.4数据存储电路设计
数据存储电路由串行EEPROM24C256组成。
24C256是美国CATALYST公司出品的一个1-256K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOSE2PROM，可用电擦除，可编程自定时写周期（包括自动擦除时间不超过10ms典型时间为5ms）的串行E2PROM。
该芯片有两种写入方式，一种是字节写入方式，还有另一种页写入方式。
允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入。
24C256的引脚排列及引脚功能描述如图3-2-1和表3-2-1
图3-2-124C256的引脚排列图
表3-2-1引脚功能描述
该存储电路仅由芯片24C256组成，SCL为串行时钟引脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。
SDA为串行数据/地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送或接收。
当LED显示屏控制系统工作时，单片机89C51通过读SDA和SCL脚读取24C256中的内容，并将其显示于LED显示屏上。
也可以通过上位机（PC机）将编辑好的数据内容下载到24C256芯片内
4系统的软件设计
4.1下位机软件流程
本系统中下位机（单片机89C51）的主要功能就是实现LED显示屏上字样的移位、显示、数据的读取等功能。
其主程序流程如图4-2-1所示。
4.2设计过程
4.2.1总体设计
图3-1显示屏电路框图
如图3-1所示，本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、电源、行驱动器、列驱动器、16×
16LED点阵5部分组成。
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的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。
16ｘ16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16ｘ16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16ｘ16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，而采用另外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16行）的同名列共用一套驱动器。
具体就16ｘ16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；
再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；
以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1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，就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。
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的问题。
从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。
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，并列传输的方案是不可取的。
4.2.2系统硬件选择
由图3-2可知此次设计的硬件选择如下：
AT89C51芯片、LED、74LS138、LED的驱动三极管、电阻等一些单片机外围应用电路组成。
4.2.3硬件电路实现
经分析本设计的电路原理图如下图3-1所示：
4.3软件的程序实现
编译、装载、连续运行程序，点阵显示模块应循环显示“民族职业学院欢迎你！
”字样。
;
16×
16点阵显示程序清单如下：
ORG0000H
LJMPXB13
==========点阵扫描子程序====================
X01A:
CLRA;
清列值
MOV0EH,A;
指向零列
X023:
MOVA,0EH;
取列值
CLRC
SUBBA,#10H;
减16（十进制数）
JCX0D2;
末满16列继续扫描下一列
RET;
本次扫描完毕返回主程序
X0D2:
MOV0F0H,#02H
MOVA,0EH
MULAB;
当前列值与“2”进行十进制调正
MOV82H,A;
调正结果送数据指针DPTR
MOV83H,0F0H
LCALLXB1F;
取与当前列对应的扫描代码
MOV20H,A
;
=====================
LCALLXB4E;
扫描代码送高八位锁存器
MOV0F0H,#02H;
MULAB
ADDA,#01H;
调正结果加1送数据指针DPTR
MOVR7,A
CLRA
ADDCA,0F0H
MOV82H,R7
MOV83H,A
====================
PUSHDPH;
扫描代码送低八位锁存器
PUSHDPL
MOVDPTR,#0FFE0H
MOVX@DPTR,A
MOVA,#01H;
代码扫描从第一行开始
MOVR6,#00H
MOVR0,0EH;
取与当前代码扫描对应的列值
INCR0;
列指针加1
SJMPX083
X07E:
CLRC;
当前代码扫描对应行的查找
RLCA;
行高八位左移一位
XCHA,R6
行低八位带进位左移一位
X083:
DJNZR0,X07E;
不为当前代码扫描对应行返上继续调正
MOVDPTR,#0FFE2H;
当前行码送高八位锁存器
MOVDPTR,#0FFE1H;
当前行码送低八位锁存器
MOVA,R6
MOVR6,#80H;
当前行锁定显示250u秒
DJNZR6,$
关闭显示
MOVDPTR,#0FFE1H
MOVX@DPTR,A;
行高八位锁存器清零
INCDPTR
行低八位锁存器清零
POPDPL
POPDPH
INC0EH;
AJMPX023;
继续下1行
X097:
X0A0:
清扫描个数寄存器
MOVR5,A;
从第一个开始扫描
X0A2:
MOVA,R5;
取当前扫描个数
=========确定要显示的汉字个数===========;
用户可自定义汉字个数
SUBBA,#19H;
共扫描83个汉字
JNCX0A0;
扫描个数满83个返回从第一个开始
MOVA,R5
=========确定显示为循环方式============;
用户可自定义为移位循环方式
MOVDPTR,#STLS;
指向汉字表首址
MOV0F0H,#20H;
设定以完整的一个汉字为最小循环单位
ADDA,dpl
MOV0ah,A
MOVA,dph
MOV09H,A
MOVR4,A
X0BD:
MOVA,R4
SUBBA,#64H;
每个汉字扫描64次
JNCX0CF;
当前汉字扫描次数满64次转
MOVR2,09H
MOVR1,0AH
ACALLX01A
INCR4;
扫描次数加1
SJMPX0BD
X0CF:
INCR5;
扫描个数加1指向下一个汉字
SJMPX0A2
============汉字代码表======================================
STLS:
民
DB00H,10H,7FH,F8H,40H,10H,40H,10H,40H,10H,7FH,F0H,42H,00H,42H,08H,
7FH,FCH,42H,00H,41H,00H,41H,00H,48H,80H,50H,42H,60H,32H,40H,0EH
族
DB20H,40H,18H,40H,08H,48H,00H,7CH,FEH,80H,21H,48H,20H,7CH,3CH,A0H,
24H,A0H,25H,24H,27H,FEH,24H,20H,44H,50H,44H,50H,94H,8EH,09H,04H
职
DB04H,00H,FEH,04H,24H,FEH,24H,84H,3CH,84H,24H,84H,24H,84H,3CH,84H,
24H,FCH,24H,84H,27H,48H,FCH,48H,44H,84H,04H,86H,05H,02H,04H,00H
业
DB04H,40H,04H,40H,04H,40H,04H,40H,44H,44H,24H,44H,24H,48H,14H,48H,
14H,50H,14H,50H,14H,60H,04H,40H,04H,40H,04H,44H,FFH,FEH,00H,00H
学
DB
22H,08H,11H,08H,11H,10H,00H,20H,7FH,0FEH,40H,02H,80H,04H,1FH,0E0H,00H,40H,01H,84H,0FFH,0FEH,01H,00H,01H,00H,01H,00H,05H,00H,02H,00H
院
00H,80H,78H,40H,4FH,0FEH,54H,02H,58H,14H,63H,0F8H,50H,00H,48H,08H,4FH,0FCH,48H,0A0H,68H,0A0H,50H,0A0H,41H,22H,41H,22H,42H,1EH,4CH,00H
欢
DB00H,80H,00H,80H,0FCH,80H,04H,0FCH,45H,04H,46H,48H,28H,40H,28H,40H,10H,40H,28H,40H,24H,0A0H,44H,0A0H,81H,10H,01H,08H,02H,0EH,0CH,04H
迎
DB00H,00H,41H,84H,26H,7EH,14H,44H,04H,44H,04H,44H,0F4H,44H,14H,0C4H,15H,44H,16H,54H,14H,48H,10H,40H,10H,40H,28H,46H,47H,0FCH,00H,00H
你
DB
11H,00H,11H,00H,11H,00H,23H,0FCH,22H,04H,64H,08H,0A8H,40H,20H,40H,21H,50H,21H,48H,22H,4CH,24H,44H,20H,40H,20H,40H,
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