简易电子广告屏设计.docx

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简易电子广告屏设计

简易电子广告屏的设计

毕剑龙

（德州学院物理与电子信息学院，山东德州253023）

摘要本设计是基于单片机（AT89C51）为核心部件的室内用的16×16LED电子广告屏的点阵显示。

主要介绍了LED汉字显示屏的硬件电路、程序设计等方面的内容，以74HC595作为列驱动器，以三极管8550作为行驱动器，LED七段数码管作为字模显示用。

本显示屏的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及易实现等优点，能帮助我们了解和认识汉字的点阵显示原理，单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高对单片机知识技术的应用。

关键词LED显示屏；行驱动器；列驱动器

1绪论

1.1电子广告屏的发展

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，简称LED,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

由于其像素单元是主动发光的，具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、视角广、工作电压低、功耗小、使用寿命长等优点，因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。

随着近些年来科技的飞速发展，单片机的应用不断深入，以单片机为核心部件的控制系统也是多种多样。

利用功能越来越丰富的单片机和操控越来越简单的外部设备，可以实现点阵电子显示屏更加丰富的功能。

它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。

LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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。

1.2电子广告屏的应用

随着生活水平的提高，时代的不断进步，LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。

随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，且具有众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：

信号指示应用，信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域；显示应用，主要包括指示牌、广告牌、大屏幕显示；照明应用，主要有便携灯具，汽车用灯，特殊照明；背光照明，应用于普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源以及投影仪用RGB光源。

显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。

本次研究课题主要以16x16点阵为例，讲述汉字的点阵显示原理，单片机的基本结构、工作原理及应用方法。

2系统总体设计方案

2.1方案设计原理

LED阵显示器是由一串发光或不发光的点状显示器按矩阵的方式排列组成的，其发光体是LED发光二极管。

只要让某些LED点亮，就可组成数字、字母、图形、汉字等。

LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。

以16×16点阵为例，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1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2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；…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，就能看到显示屏上稳定的图形。

2.2系统框图

显示屏电路实现的结构框图如图2.1所示。

图2.1显示屏电路框图

3系统硬件设计

硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。

3.1控制器部分

1.单片机AT89C51的简介

AT89C51是MCS-51系列单片机的典型产品，它是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能的CMOS8位微处理器。

AT89C51单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，内部结构见图3.1所示。

图3.1AT89C51单片机内部结构示意图

各部分说明如下：

（1）中央处理器

  中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器。

能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

由运算器和控制器构成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）

（2）数据存储器（RAM）

片内为128B，片外最多可外扩为64KB。

片内128B的RAM以高速RAM的形式集成在单片机内，加快单片机运行速度，降低了功耗。

（3）程序存储器（ROM）

它用来存储程序。

89C51片内集成有4KB的Flash存储器，如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩程序存储器至64KB。

（4）定时/计数器：

AT89C51有两个16位定时器/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

定时器/计数器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0构成，定时器/计数器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1构成。

两个定时器/计数器都具有定时器和计数器两种工作模式，4种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3）。

特殊功能寄存器TMOD用于选择定时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式。

特殊功能寄存器TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含了T0、T1的状态。

（5）并行输入输出（I/O）口：

AT89C51共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

（6）中断系统

AT89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

2.AT89C51的主要特性

●与MCS-51兼容

●4KB可编程闪烁只读存储器

●寿命:

1000次写/擦循环

●数据保留时间：

10年

●全静态工作：

0～24Hz

●三级程序存储器锁定

●128X8位定时/计数器

●32位可编程I/O线

●两个16位定时/计数器

●5个中断源

●可编程串行通道

●低功耗的闲置和掉电模式

●片内振荡器和时钟电路

3．AT89C51单片机系统及外围电路

AT89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的。

AT89C51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的。

这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的断电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。

在断电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

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3.2AT89C51最小相位系统及其结构图

各引脚功能如下：

（1）电源

　①VCC–供电电压

　②GND–接地

（2）时钟电路引脚:

XTAL1：

接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。

XTAL2：

接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。

（3）控制线

　1）ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

　　①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。

　　②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

2）PSEN:

外ROM读选通信号，低电平有效。

　3）RST/VPD:

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

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。

②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

4）EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

当EA保持低电平时，则在此期间访问外部程序存储器（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，则在此访问外部存储器。

②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加12V编程电源Vpp。

（4）I/O线

89C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P0口（P0.0～P0.7）：

漏极开路的8位准双向口，每脚可吸收8个TTL门电流。

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8位。

在flash存储器编程时，P0口作为原码输入口，当flash存储器进行检验时，P0口输出原码，此时P0口外部被拉高。

P1口（P1.0～P1.7）：

准双向I/O口，具有内部上拉电阻，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。

在flash存储器编程和检验时，P1口作为第8位地址接收。

P2口（P2.0～P2.7）：

准双向I/O口，具有内部上拉电阻，P2口输出地址的高8位。

在flash存储器编程和检验时接收高8位地址信号和控制信号。

P3口（P3.0～P3.7）：

准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可接收输出4个TTL门电流。

P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）

（5）P3口第二功能

　　P3.0RXD串行输入口

　　P3.1TXD串行输出口

　　P3.2INT0外部中断0（低电平有效）

　　P3.3INT1外部中断1（低电平有效）

　　P3.4T0定时计数器0

　　P3.5T1定时计数器1

　　P3.6WR外部数据存储器写选通（低电平有效）

　P3.7RD外部数据存储器读选通（低电平有效）

3.2列驱动器部分

列驱动电路由集成电路74HC595构成，硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路。

它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。

1.74HC595的引脚图及功能

图3.474HC595引脚结构图

74HC595的外形及内部结构如图3.4所示，它是带锁存功能的传入并出的移位寄存器，为三态输出，引脚功能如下表3-1所示：

符号

引脚

描述

QA~QH

1~7

并行数据输出

GND

8

地

QH1

9

串行数据输出,芯片级联信号

SRCLR

10

主复位（低电平）

SRCLK

11

移位寄存器时钟，上升沿有效

RCLK

12

锁存寄存器时钟输入，上升沿有效

CE

13

输出使能，低电平有效

SER

14

串行数据输入

VCC

16

电源

表3-1引脚功能

2.74HC595原理图及用途

74HC595原理图如图3.5示。

图3.574HC595原理图

将2片74HC595进行级联，可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。

这样，当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中，此时还