基于51单片机的LED点阵显示屏Word文档格式.docx
《基于51单片机的LED点阵显示屏Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的LED点阵显示屏Word文档格式.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
[7]陈新忠.基于RS232总线的单片机多机通信软件设计[J].现代电子技术,2002,（03）:
56-78
六、毕业论文﹙设计﹚的进度安排：
3月2日——3月29日：
查阅资料，完成初步设计方案和开题报告。
4月1日——4月26日：
需求分析、总体规划。
4月29日——5月24：
完成具体模块设计、完成系统设计。
5月27日——6月7日：
撰写、修改毕业设计论文。
6月10日——6月15日：
打印论文准备并完成答辩。
指导教师签名系（教研室）主任签名
专业负责人签名批准日期
王燕
（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业,2012级3班，陕西汉中723000）
指导教师：
杨创华
[摘要]本次设计的是以单片机STC89C52为核心，选用两片74HC595级联，输出16行扫描信号设计一款16×
16点阵LED电子显示屏。
采用74LS164输出16列驱动信号，显示方式是采用动态显示的，能使得图形或者字体显示静止，移入和移出的显示方式。
在与传统的技术中，LED的优势是功耗低、寿命长。
其实LED技术运用在我们的生活中随处可见，比如说LED节能灯，LED广告牌。
就拿LED广告牌和传统的广告牌来说，两者相比LED广告牌具有随时更新广告内容、节能以及醒目还有显示信息量大和价格实惠等优点。
[关键字]STC89C52；
LED点阵显示；
动态显示；
DesignofLEDdot-matrixControlBasedOnMCU-51
Wangyan
（Grade12,Class5,Majorelectronicsandinformationengineering，ElectronicsandinformationengineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shaanxi）
Tutor:
Yangchuanghua
[Abstract]ThedesignisbasedonSCMSTC89C52core,usetwo74HC595cascade,theoutputofthescanningsignalline16todesigna16×
16dotmatrixLEDelectronicdisplay.Using74LS164output16drivesignaldisplayistheuseofdynamicdisplay,youcanmakethefontorgraphicdisplaystill,intoandoutofthedisplay.Intheconventionaltechnique,theadvantagesofLEDlowpowerconsumption,longlife.Infact,LEDtechnologyinourlivescanbeseeneverywhere,forexample,LEDenergy-savinglamps,LEDbillboards.TaketheLEDbillboardsandtraditionalbillboards,thetwocomparedLEDbillboardadvertisinghasupdatedcontent,aswellasenergy-efficientaswellaseye-catchingdisplaylargeamountofinformationandaffordable,andotheradvantages.
[Keywords]STC89C52devices;
LEDdotmatrixdisplay.Dynamicdisplay;
目录
引言1
1.1LED
点阵屏简介
1
1.2
LED显示屏的特点1
1.3LED显示屏工作原理
1.4MCS-51单片机简介
2
方案选择与实现3
2.1
系统总体设计方案框图3
2.2总体方案以及要求3
系统硬件设计4
3.1
单片机主控电路4
3.1.1单片机最小系统
4
3.2
行扫描电路设计
5
3.2.1
74HC595简介
3.2.2
行驱动电路
3.3
列扫描驱动电路设计6
3.3.1
74LS154简介
6
3.3.2
列驱动电路7
3.4点阵显示屏
10
3.4.1
8×
8点阵简介10
3.4.2
16×
16点阵连接图10
3.4.3
独立按键连接图11
3.5PCB11
3.5.1PCB的分类11
3.5.2本系统的PCB设计12
3.6元器件的设计以及焊接方法12
系统软件设计13
4.1软件设计总体流程图14
4.2主程序设计15
4.3
单片机与键盘的程序设计16
4.4KeiluVision中的源程序设计与编译16
4.5Proteus的应用19
系统调试21
5.1硬件系统调试21
5.2软件系统调试
21
结论23
参考文献24
致谢25
附录26
附录1：
完整系统原理图26
附录2：
PCB原理图27
引言
在21世纪的今天，社会电子科学技术不断的发展不断的进步着，与人类的生活深深的融合在一起。
走在大街上进入各个公共场所，你可以看到各种各样的广告纷纷扮演着宣传的角色并越演越烈，与传统的霓虹灯广告相比不管在在显示效果、耗电量还是功能上都更加的满足当前社会要求，所以传统的广告方式已经渐渐被取而代之。
LED大屏幕显示技术能够成为一个闪亮点主要是因为可以很好的吸引人的眼球。
LED可以在文字、图形、视频、电视、电脑上显示多彩丰富内容的同时可以显示的方式是层出不穷的，因为它是集屏幕显示技术、计算机技术、单片机技术、信号处理技术于一身的新型产品。
因为拥有传统霓虹灯广告在显示效果方面无法比拟的优势，再加上单片机技术的不断进步和LED技术上的不断创新，让LED点阵显示屏播放广告的宣传方式更加具有市场，更加有影响力。
其次，LED显示屏具有耗电低、成本低、高亮度、高清晰等等众多的优点。
再者，显示屏像素采用的是LED发光二极管，可以将一定数量的发光二极管以序列的形式排成LED显示阵列。
在LED显示屏中，受空间的限制较小，可以根据用户的需求去制定屏幕的尺寸大小，可以运用色彩达到色彩斑斓的效果，在视角上能让人眼前一亮，LED显示屏华丽的转身标志着信息传播设施进入跨时代的新篇章。
LED显示：
LED显示是由发光二极管组成的，简称为LED。
它是通过控制文本，图形，图像，动画，视频以及视频信号和其它信息显示屏幕显示的发光二极管的显示器。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏这两种，这是均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机、英语、中国的文字和图形，视频画面采用微电脑控制、图形、图像、具有实时，同步，清晰的信息传播方式播放着各种信息，同时也展示了二维、三维动画、录像、电视，VCD节目以及现场。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳的屏幕，强烈的立体感，如电影，在许多的场所得到了广泛的应用比如车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业等。
LED显示屏的特点
显示变化的数字、文字和图形图像可以通过LED显示屏来显示；
它不仅能用在室内环境还能够用在室外环境，而且具有投影仪、电视墙以及液晶显示屏没法取代的优点。
LED已受到广泛的关注，并得到了迅速的发展，并且它有自己的优点。
这些优点是：
亮度高，工作电压低，功耗低，体积小，寿命长，耐冲击和性能稳定。
LED拥有极为广阔的发展前景，目前正朝着更高亮度，更高气候性，更高的发光密度，更高的发光均匀性，可靠性全面化的方向稳定发展。
LED电子显示系统：
是由专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件组成的。
计算机和专用设备：
计算机和专用设备直接决定系统的功能，可以根据用户的不同要求来选择不同类型的系统。
显示画面：
显示画面的控制电路从计算机接收到的显示信号，驱动LED以产生图像，并通过功率放大器，音箱输出的声音的增大。
视频输入端口：
主要是用来提供视频输入，信号源可以来自录像机、影碟机、摄像机等电子设备，可以支持NTSC、PAL、S_Video等多种音频制式。
系统软件：
是用来提供LED播放专用的软件，例如PowerPoint或ES98视频这样的播放软件。
51单片机是全部用单芯片的英特尔8031指令系统兼容。
这一系列微控制器的祖先是Intel8031单片机，后来随着闪存ROM技术的发展，单片机8031取得了很大的进步，已经成为最广泛使用的8位微控制器之一名列前茅。
在ATMEL公司的AT89系列是代表机型，它被广泛应用在工业测量与控制系统。
下面是主要功能的介绍：
1、8位CPU：
是运算和控制逻辑，其中还包括中断系统和特殊功能寄存器的外部；
2、4kbytes
程序存储器（ROM）
（52为8K）：
用于存储程序的一些原始数据和形式；
3、256bytes的数据存储器（RAM）
（52有384bytes的RAM）：
用于可读写数据的存储；
4、32条I/O口线：
8四位并行I/O端口，不仅可以输入数据，同时也可以输出数据；
5、在111条指令中大部分为单字节指令；
6、专用寄存器有21个；
7、2个可编程定时/计数器；
8、5个中断源，2个优先级（52有6个）；
9、一个全双工串行通信口；
10、外部数据和程序存储器寻址空间都为64kB；
11、逻辑操作位寻址功能是双列直插40PinDIP封装；
12、电源是单一的+5V供电。
方案选择与实现
系统总体设计方案框图
图2.1系统总体设计方案框图
该电路主要是单片机STC89C52作为控制核心，分别控制着行和列信号以及驱动器74LS154和74HC595的输出扫描，驱动着16×
16点阵的8×
8点阵，可以让屏幕显示出汉字字符和其它字符。
2.2总体方案以及要求
本次设计的软件设计是利用单片机显示控制技术来控制LED的显示部分，并且根据Protues教程的使用来作线路的布置。
对于行列电路部分的设计，需要分析电路图再确定整个系统大概的规模框架。
再通过系统的理论分析，确定该系统中具有那些功能以及模块，并了解明白各个模块之间是怎样联系的，怎样组合在一起的。
还需要确定所需的元器件，再根据电路图进行连接，最后连接完成后检验是否准确无误。
下一步就是要集合程序调试，对整个的系统模块的功能进行调试，查看是否每个功能都能正常的运行，查找出程序中存在的错误，并给予改正。
最终的结果是能在LED电路板上显示所想要的图形和汉字。
在方案中设计的是一个LED点阵电子显示屏，需要满足以下几点要求：
1.要求采用51单片机作为微控制器；
2.通过4个8ｘ8的点阵组成16×
16LED点阵进行汉字显示；
3.可以目测的LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。
4.汉字显示具有左右滚动、复位、暂停等显示方式。
系统硬件设计
单片机主控电路
图3.1单片机主控电路图
此次单片机模块采用的是STC89C52单片机，是一种功耗较低、性能较高CMOS的8位微型控制器，同时具有8K在系统可编程闪存的功能。
最小系统的基本条件的组成部分：
1、电源
STC89C52单片机的电压为4.0V-5.5V。
我们使用的是7805的电压调节，从而得到5V电压的输出。
2、晶振
晶振与产生MCU时钟频率MCU内部电路，单片机的所有指令的执行是在此基础上建立的，晶体振荡器提供时钟频率高，微控制器的运行速度更快。
该系统采用230pF的电容构成的晶体振荡电路的12M晶振。
3、复位
为确保微机系统的电路工作稳定可靠，复位电路是不可缺少的一部分，复位电路的首要功能是上电复位，通过电容和一个短暂的高电平信号到RST端复位电路，与VCC的高电平信号到电容器充电过程逐步下降，即高层次RST结束持续时间在电容器充电时间来决定。
此外，在复位周期期间，端口引脚处于随机的状态，则复位后，该系统将被设置为全“L”状态。
如果该系统没有一个有效的复位当电源开启时，程序计数器PC不会得到一个适当的初始值，从而CPU可从一个没有定义的位置开始执行程序。
74HC595是硅结构CMOS器件，具有低电压的TTL电路兼容，以符合JEDEC标准。
74HC595是一个8位的移位寄存器和存储器，具有三态输出的功能。
分别的时钟是移位寄存器和存储器。
在SHcp的上升沿输入到移位寄存器，STcp的下降沿输入到存储器寄存器的上升沿的上升沿数据中去。
如果两个时钟被连接在一起，移位寄存器始终是比存储寄存器多那么一个脉冲。
移位寄存器包括一个串行移位输入（DS）和一个并行输出（Q7）以及一个异步有源低复位，寄存器存储的并行8位，三态输出总线，当OE为低电平的时候，所有数据通过存储寄存器的总线输出。
同时又是8位串行输入/输出或者并联输出的移位寄存器和关闭状态的高电阻、三态。
表1-174HC595引脚说明：
符号
引脚
描述
Q0~Q7
1~7
并行数据输出
GND
8
地
Q7’
9
串行数据输出
SRCLR
10
主复位
SRCLK
11
移位寄存时钟输入
RCLK
12
存储寄存时钟输入
图3.2.1M74HC595脚路图
本芯片是8位串行输入/输出或者是并行输出的移位寄存器，三态输出寄存器（三态输出：
是高电平和低电平和高阻抗栅极电路的三个输出状态）可以直接除去转移频率达到100MHz。
行扫描驱动器主要由74HC595构成，因为只有595可输出共有8个Q0-Q7输出，而我们现在希望做一个16×
16点阵的线扫描，所以我们必须用274HC595级联。
所以，可以达到16线的扫描输出。
其级联的电路如下。
图3.2.274HC595级联电路图
两片5952级连接，其中第一块的SRCLK和SRCLK和第二块595一起，这样你就可以共用一个时钟信号和信号数据锁定在信号中。
通过咨询74HC595芯片的数据与资料，我们知道，它的输入和输出数据是串联的输入和输出的数据的类型。
当我们想让第一行显示，从64SRCLK时钟周期之后的SER引脚串行数据输入，
发送到74HC595，同时控制其SRCLK，一个锁存信号的输出。
因此，输入数据保存到74HC595。
只要我们让使引脚为低电平，从而使数据可被存储在D0-D7送出时，输出为8位并行。
以实现串入并出的。
列扫描驱动电路设计
74LS154为4线-16线译码器，通过端G1G2当选为低时，结束地址端（ABCD）的输出为低电平转换二进制编码。
如果G1和G2作为数据输入中的一个，从ABCD输出寻址，74LS154也可以用作1-16线数据分配器。
图3.3.1
74LS154芯片引脚图
其中，A、B、C、D为译码地址输入端。
（低电平有效）G1G2为选通端（低电平有效），0-15为输出端（低电平有效）
列驱动电路
（a）
（b）
3.3.2列驱动电路图
列驱动电路主要采用一个74LS154，因为我们必须占用所有输出，所以G1G2必须连接到低电平。
A，B，C，D，分别接到单片机的P0.4-P0.7。
74LS154是4线输入，它可以输出2的4次方=16种状态，按照相应的输出信号翻译成输入信号。
在图中，74lS154是一个4线-16线译码器，四个输入ABCD是有16个输出端口（0000-1111），翻译成16个输出D0-D15。
它有2个使能输入端，当两个G2和G1是0时，解码器处于工作状态，并输出为低。
G1/G2输入高电平时，解码器被禁用。
其输入输出，真值表如图所示：
表1-2
74LS154输出真值表
输入
输出
G1
G2
D
C
B
A
L
H
1
2
3
4
5
6
7
13
14
15
×
-
注：
H-----高电平
L------低电平
------高阻态
因为它是由发光二极管的点阵，所以在工作的时候要压降为约1.7V，在当前的工作是1mA左右-30mA时74LS154在连接点阵的时候，则必须考虑到在正常状态下的电压和电流。
74LS154输出5V左右的较高水平，若直接收到了点阵，可能会造成通过LED的电流过大而烧毁，所以我们要增加限流电阻。
LED电流和工作的亮度，更大的电流，亮度越高。
但是，当电流过大而烧毁，所以我们必须确保它不会在电流过大的情况下，烧毁尽可能，我们可以加限流电阻。
有LED的两种驱动模式，一种是静态驱动，而另一个是动态扫描驱动器。
静态驱动是每个LED电源分开。
使每个LED具有足够的电流，亮度也相应较高。
动态扫描驱动就是把本来供给一个LED灯的电流，同时分给了N个灯，所以它的亮度会有所降低。
当然也提供两个LED灯电流是不平均的电流分布，但目前不断两个LED扫描之间，所述扫描频率高达每秒100次。
这就是说在1/100秒电流一个LED，在1/百秒是提供另一个领导。
事实上，这两个LED是在连续明亮的灯光，但视觉效果持久，让我们知道他们在连续明亮的灯光，只要扫描频率达到了每秒超过64倍，人眼分辨。
由上面的分析可以得到限流电阻R的值
如果我们想使每个LED时电流为2mA.ULED为电压的正常操作采取1.7V的这个16×
16点阵。
然后我们可以得到限流电阻的值
我们选择了100欧姆的限流电阻。
目前的工作，这样每个LED是2mA左右。
在其中LED能够同时在点亮不会烧掉。
8点阵简介
用于共阴极型8×
8LED点阵的，每列的LED的阴极连接在一起，也就是，柱脚，每行的LED连接在一起，也就是行针。
通常从视图列的点，就是我们所说的“共同阴极型”，如果你想照亮的LED，则信号和该信号的列有一个共同的交叉点。
比如说要第1列，第2行的的LED亮，就必须要把第一列引脚接到GND上去，而第二行的引脚得接VCC上去，这样才能够形成一个正向的回路，LED才会亮。
对于共阴极型的数码管来说，列的引脚必须采用低电平扫描，而行的引脚就为高电平信号。
关于共阳型的8×
8LED点阵，把每列LED的阳极连接在一起的，称为列脚，每行LED连在一起的，称为行引脚。
一般的情况下是站在列的角度来看，所以被称之为“共阳极型”，如果想要点亮其中的LED，就要把列的信号与行的信号要交集在一起就可以达到。
比如说要在第1列和第2行上点亮LED，就必须要把第1列的引脚接到VVC上，而第2行的引脚就要接到GND上去，这样以便形成一个正向的回路，可以将LED点亮。
如果是共阳极型数码管的话，列的引脚必须要采用高电平来扫描，而列的引脚就为低电平信号。
16点阵连接图
图3.4.216×
以上是16×
16点阵图，连接到74LS154的输出列COL1-COL16的图像，行ROW1-ROW16接收74HC595输出。
16点阵扫描模式必须要与锁存信号配合在一起，比如说要显示的第一条扫描线，那么首先要进入到第一个显示信号的上部去，还需要在锁在器的上部发送一个正向脉冲，在该装置的内部锁存信号是不受影响的，接下来就是给下部的显示信号去对下部的锁存器送去一个正向脉冲，同时可以将这个信号锁在这个锁存器里面并且不会受到影响。
在最后送出列的扫描信号就可以显示16个LED了。
独立按键连接图
这个系统的点阵字符运动状态，有七个独立的按键来控制系统，功能键分别为：
K2：
移动速度变慢，K3：
移动速度变快，K4：
静态显示，K5：
移动显示，K6：
手机显示屏，K7：
右移动显示，K8：
左右移动显示。
据媒体不同的按钮来控制DISPLA的状态，原理图如图3-6所示：
图3.4.3按键部分原理图
3.5PCB
全称为PrintedCircuieBoard，即印制电路板，是电子元器件安装固定和实现相互连接的基板，是电子产品组成的核心部分。
绘制PCB的软件有很多种，本设计主要使用
升级会员 