基于单片机的LED广告牌的设计.docx

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基于单片机的LED广告牌的设计

基于单片机的LED广告牌的设计

学生毕业设计（论文）报告

系不：

电子与电气工程学院

专业：

应用电子技术

班号：

102

学生姓名：

学生学号：

1006043215

设计（论文）题目：

基于单片机的LED广告牌的设计

指导教师：

设计地点：

常州信息职业技术学院　

起迄日期：

2019.11.20-2019.6.30　　　　

毕业设计（论文）任务书

专业应用电子技术班级应电102姓名

实践单位名称：

江苏国光信息股份有限公司实践岗位名称：

驻外修理工程师

岗位职责：

所处的岗位属于售后服务这一块，针对各大银行，医院等各大机构使用的金融设备修理和保养，工作地点多在各银行网点，时刻观念要求较强。

岗位能力要求：

对运算机网络，运算机应用方面的能力要求较高，其次是实际动手能力，包括机械的拆装，部件的更换及修复，软件咨询题的排除与定位，终端的硬件故障修复等方面的能力。

一、课题名称：

基于单片机的LED广告牌设计

二、要紧技术指标（或差不多要求）：

ＬＥＤ像素构成采纳纯绿管；模组辨论率１６Ｘ６４点；

可视角度：

水平≧１６０度，上下≧１２０度；可视距离：

４ｍ－１５０ｍ；功耗，平均功耗450W/平米，最大功耗1000W/平米；点间距ＰＩＣＨ＝６ｍｍ。

三、要紧工作内容：

本温LED显示屏要紧包括单片机操纵模块，温度采集模块，LED显示模块，74HC595驱动模块，74L138译码驱动模块等5大部分。

该LED显示屏系统的核心是单片机操纵模块，它采纳的是Atmel公司的AT89C51，该单片机能够依照温度传感器DS18B20所采集的温度数据进行温湿度的提示，从而达到提醒人们的目的。

广告信息的显示是通过4个16X16的LED组合点阵来实现的，用户能够依照自己的需求将相应的字摸代码写进程序，从而进行滚动显示，同时也能够依照需要滚动显示时刻。

四、要紧参考文献：

[1]郭建江.单片机技术与应用.东南大学出版社.

[2]诸昌钤编著：

《LED显示屏系统原理及工程技术》．成都：

电子科技大学出版社

[3]张志良主编：

《单片机原理及操纵技术》．北京：

机械工业出版社，2005.

[4]李光飞编著：

《单片机课程设计实例指导》.北京：

北京航空航天出版社，

[5]吉雷主编：

《Ｐroteus从入门到熟知》．西安：

西安电子科技大学出版社，2004．

学生（签名）年月日

指导教师（签名）年月日

教研室主任（签名）年月日

系主任（签名）年月日

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

基于单片机的LED点阵显示屏系统设计

一、选题的背景和意义：

选题的背景和意义：

随着科学技术的不断进展,各种商业形式的显现,在20世纪80年代全球迅速进展起来的一种新型显示媒体—LED显示屏，迅速成长为平板显示的主流产品之一。

在广告牌、公共显示屏等信息显示领域得到了广泛的应用。

LED显示屏具有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点。

亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳固等这些优点为LED的进展前景提供了极大的便利，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光平均性，可靠性、全色化方向进展。

使得我们的设计研究专门的具有意义。

二、课题研究的要紧内容：

1提出符合设计要求的LED显示和操纵系统方案，并阐述了其工作原理。

2完成各模块电路的设计包括单片机操纵模块、温度采集模块、LED显示模块、数字时钟模块。

3软件部分设计包括LED显示程序、按键处理程序、温度采集DS18B20读写程序、数字时钟显示程序。

4运用PROTEUS软件进行仿真。

三、要紧研究（设计）方法论述：

1、确定单片机的类型，采纳STC89C51单片机，晶振频率选择12MHz。

2、选择的芯片，74HC595、74HC138、纯绿色8X8LED点阵、DS18B20温度传感器等原件。

3、确定开发环境为KeilUvision2和Proteus软件。

4、复习单片机的有关知识，并进行LED点阵使用方案的讨论：

16X64的点阵共有1024个发光二极管，假如采纳锁存器来操纵端口以8位的锁存器来算就要有128个锁存器，如此的处理方式是高成本的处理方式不适合实际使用，因此就要有一种动态扫描的方式来客服成本高的缺点。

所谓动态扫苗的意思确实是逐行轮番点亮，如此的话我们就能够实现16行的同名列公用一套驱动器。

这种扫描方式每一行有一个行驱动器，各行的同名列公用一个列驱动器。

显示数据放在单片机的储备器中，按8位一个字节的形式排放。

因此这种储备方式存在列数太多不能使用并列输入的方式的咨询题，因此那个地点我借用了并列输出芯片74HC595。

采纳串行传输的方法，能够采纳只用一根信号线将列数据一位一位传往列驱动器，然而列数据预备时刻可能相当长，可能会阻碍到LED的亮度，因此在这篇论文中我采纳了重叠处理方法，即在显示本行各列数据的同时传送下一列数据，因此为了达到重叠处理的目的，列数据的显示需要有锁存功能。

四、设计（论文）进度安排：

时刻（迄止日期）

工作内容

2019.11.20~2019.11.25

数据检索，收集国内外最新的相关资料；认真学习相关的知识，确定差不多思路

2019.11.26~2019.12.20

查阅相关资料，积存知识，分析该研究的实际意义，方案论证，总体设计，撰写开题报告；

2019.1.1~2019.3.20

参考收集好的资料撰写论文的具体内容，并形成初稿

2019.3.26~2019.4.1

提交论文初稿，交由老师批阅批正。

2019.4.5~2019.4.20

依照老师提出的意见修改论文，修改后再进行批示。

2019.4.21~2019.5.20

进行论文的最后定稿，并预备好答辩的相关工作。

2019.5.25~2019.6

预备答辩

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

年月日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

年月日

单片机操纵LED点阵显示屏系统

名目

摘要

Abstract

第1章前言…………………………………………………………..………….1

第2章LED与51单片机介绍…………………………………..…………….2

2.1LED及LED点阵介绍………………………….…………….………….2

2.1.1显示原理……………..………………………….…………….….......2

2.2微操纵器51单片机介绍…………………………….……..…………….3

第3章功能要求及方案论证…………………………………………..………...4

3.1功能要求…………………………………………………………..………..4

3.2显示模块论证..…………………………….……………………..………...4

3.3数据传输方案论证..……………….……………………………..………...4

3.3.1点阵显示屏总体框图…………………………………………………...5

第4章LED点阵显示屏系统软硬件设计…….………………..……………..6

4.1单片机系统及外围电路…………..……………………………………....6

4.2硬件驱动电路设计…………………………………………………...…...7

4.2.1列驱动.…………………………………………………………...…...7

4.2.2行驱动.…………………………………………………………...…...9

4.2.3DS18B20的使用………………………………………………...….10

4.3点阵显示屏硬件原理图……………………………………………...….12

4.4软件的设计思路…………………………………………………………13

4.4.1系统软件设计框图………………………………………………….13

4.4.2显示驱动程序……………………………………………………….13

第5章系统的调试与仿真…………………………………………………….15

第6章终止语及展望………………………………………………………….19

参考文献

答谢辞

附录

摘要

LED点阵显示屏是一种由多个独立的LED发光二极管封装而成的.新兴的显示器件。

LED点阵电子显示屏能够显示数字或符号,通常用来显示时刻、速度、系统状态等。

本设计是4个16×16点阵LED电子显示屏的设计。

整个设计介绍了以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心的操纵系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。

通过该芯片操纵八个列驱动器74HC595和两个行驱动器74HC138来驱动显示屏显示。

所设计的电子显示屏能够显示各种文字或单色图像，全屏能显示数个汉字，采纳的是16块8x8点阵LED显示模块来组成4个16x16点阵显示模式。

显示采纳动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。

文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用讲明等。

关键词：

AT89C51单片机LED点阵显示动态显示

Abstract

Asapopulardisplaydevicecomponent,LEDdot-matrixdisplayboardconsistsofseveralindependentLED（LightEmittingDiode）.TheLEDdot-matrixdisplayboardcandisplaythenumberorsign,anditisusuallyusedtoshowtime,speed,thestateofsystemetc.

Thisdesignis416×16latticeLEDelectrondisplaymonitordesign.Thewholeequipmentiswiththe40-pinAT89C51MCU（MicroControllerUnit）producedbytheAmericanATMELcompanyatthecore,introducedtakeitasthecontrolsystemLEDlatticeelectrondisplaymonitordynamicdesignandthedevelopmentprocess.Controlsgooddriver74HC154andeightrowdriver74HC595throughthischipactuatesthedisplaymonitordemonstration.Theelectronicscreencanshowallkindsofwrittenormonochromeimages,onefullscreendisplayChinesecharacters,sixteenpiecesof8x8dot-matrixLEDdisplaymodulestoformthe16x16dotmatrixdisplaymode.Showdynamicshowthatmakesstaticgraphicortextcanbeachieved,shiftedoutofvariousformats.

ThispaperdescribesthehardwaredesignoftheLEDdotmatrixdisplay,andtheprinciplefunctionofthevariouspartsofthecircuit,thecorrespondingsoftwareprogramdesignandtheuseofsomesuch.

Keywords:

AT89C51MicroControllerUnit；LED；LatticeDisplay；DynamicDisplay

第1章前言

LED显示屏（LEDdisplayLEDScreen）：

又叫电子显示屏或者飘字屏幕。

他是由LED点阵和LEDPC面板组成，通过红色，蓝色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容能够随时更换，各部分组件差不多上模块化结构的显示器件。

传统LED显示屏通常由显示模块、操纵系统及电源系统组成。

显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；操纵系统通过操纵相应区域的亮灭，能够让屏幕显示文字、图片、视频等内容，单色、双色屏要紧用来播放文字的，全彩屏要紧是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。

LED的迅速进展，是与它本身亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳固的优点分不开的。

LED的进展前景极为宽敞，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光平均性，可靠性、全色化方向进展。

本论文LED广告牌的设计，以显示文字和数字为主。

第2章LED与51单片机介绍

随着LED显示屏在广告传媒领域逐步崭露头角，其操纵系统也如雨后春笋，层出不穷。

由于它的操纵系统均是基于嵌入式微处理器开发，因此单片机在其中也占有一席之地。

本论文提出基于一般51系列单片机实现LED显示屏操纵的原理及方法。

2.1LED及LED点阵显示

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。

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。

当电流通过导线作用于那个晶片的时候，电子就会被推向其PN结的P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，从使LED发光。

LED显示屏（LEDpanel）是由半导体发光二极管构成的点阵模块组成的显示屏幕，通过操纵半导体发光二极管的亮灭显示文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息。

LED显示屏具有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点。

LED亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳固，因此受到广泛重视而得到迅速进展，前景极为宽敞。

随着LED显示屏在广告传媒领域逐步崭露头角，其操纵系统也如雨后春笋，层出不穷。

归根结底，LED显示屏操纵卡的设计中硬件是一方面因素，同时还要考虑到显示数据组织方式，通过软硬件结合的方法才能设计出一款性价比较高的操纵卡。

本论文提出基于一般51系列单片机实现LED显示屏操纵的原理及方法。

2.1.1显示原理

人眼的亮度感受可不能因光源的消逝而赶忙消逝，要有一个延迟时刻，这确实是视觉的惰性。

视觉惰性能够明白得为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时刻，因而使视觉具有一定的低通性。

实验讲明，当外界光源突然消逝时，人眼的亮度感受是按指数规律逐步减小的。

如此当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼能够发觉亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐步不能发觉相应的亮度变化了。

不致于引起闪耀感受的最低反复通断频率称为临界闪耀频率。

通过实验证明临界闪耀频率大约为24Hz。

因此采纳每秒24幅画面的电影，在人看起来确实是连续活动的图象了。

同样的原理，日光灯每秒通断50次，而人看起来却是一直亮的。

由于视觉具有惰性，人们在观看高于临界闪耀频率的反复通断的光线时，所得到的主观亮度感受实际上是客观亮度的平均值。

视觉惰性能够讲是LED显示屏得以广泛应用的生理基础。

第一，在LED显示屏中能够利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采纳的扫描驱动方式。

扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点燃，只要扫描频率高于临界闪耀频率，人眼看起来各组灯都在发光。

2.2微操纵器51单片机介绍

单片机产生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大时期。

SCM即单片微型运算机（SingleChipMicrocomputer）时期，要紧是寻求最佳的单片形状嵌入式系统的最佳体系结构。

MCU即微操纵器（MicroControllerUnit）时期，要紧的技术进展方向是：

不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化操纵能力。

。

单片机是嵌入式系统的独立进展之路，向MCU时期进展的重要因素，确实是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的进展自然形成了SOC化趋势。

2.2.1MCS-51系列单片机及其特点

①可靠性高：

按工业测控环境要求设计的芯片，抗干扰的能力优于PC机。

系统软件固化在ROM中，不易受病毒破坏。

芯片呢诶集成许多的信号通道，因此能够在系统稳固可靠的运行。

②便于扩展：

片内具有必需的运算机正常运行所部件，片外提供（总线，并行和串行的输入/输出）管脚，方便扩展，同时也方便多模块组合成一个系统。

③操纵功能强：

条件分支转移指令，I/O口的逻辑操作指令，位处理指令。

④有用性好：

体积小，功耗低，价格廉价，易于产品化

第3章功能要求及方案论证

LED点阵显示屏操纵系统是由51微操纵器充当核心部分的。

本操纵系统要实现LED操纵屏显示文字左移，时刻显示，温度显示等相关功能，适合初学者学习与研究，LED点阵显示屏的操纵逻辑思路具有延展性，依照需要可扩展更多的显示模块组，本论文以16X64点阵模块组为例。

3.1功能要求

本方案设计一个16X64点阵电子显示屏，要满足以下条件

1.采纳51单片机作为微操纵器；

2.通过4个16ｘ16的点阵LED进行文字显示,可调数字时钟显示，温度信息显示；

3.LED显示屏清晰无串扰；

4.文字显示具有滚动显示方式。

3.2显示模块方案论证

1.静态显示方式

所谓静态显示方式确实是8段LED数码管在显示某一个数码时，加在数码管上的段码一直保持不变，直至换成显示其他数码为止。

如此数码管的每一段均应由一条输出线来操纵，则每显示一位数码需要8根输出线，那么要显示N位则需N×8根输出操纵线。

如此就会占用较多I/O资源。

2.动态显示方式

针对静态显示方式的缺点，我们能够用动态显示的方式来克服。

为了解决静态显示方式将会占用较多I/O资源的缺陷，在多位显示时通常采纳的是动态显示的方式。

我们将所有数码管的段码线对应并联在一起，然后再用一个8位的输出口来操纵，每一位数码管的公共端分不出一位I/O线进行操纵，这确实是动态显示。

在显示不同数码时，由位线操纵各位轮番显示。

位线操纵某位选通时，该位应显示数码的段码同时加在段码线上，即每一时刻仅仅有一位数码管是被点亮的，当轮番显示的速度较快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，看起来就像所有位同时显示一样，这时，我们就能看到稳固的图像了。

基于单片机的特性，我们将采纳动态显示方式的方案。

采纳动态显示的方式进行显示时，每一行都有一个行驱动器，同时各行的同名列共用一个驱动器。

数据从操纵电路到列驱动器的传输方式能够采纳并列方式或串行按8位一个字节的形式顺序排放储存在单片机的储备器之中。

在显示的时候要把一行中的各列数据都传送到相对应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据如何传输的咨询题。

3.3数据传输模块方案论证

明显，假如我们采纳并行的方式，因为从操纵电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多，当列数专门多的时候，并列传输的方案就不是专门好，实现起来也不如串行传输的方法。

假如我们采纳串行传输的方法，则操纵电路能够只用一根信号线，让列数据一位一位的向列驱动器传输。

如此的方式在硬件方面无疑是十分经济的。

然而，我们也能够看到如此的方式也存在不足。

那确实是整个串行传输的过程较长，数据是按顺序一位一位的输出给列驱动器的，只有当一行的各列数据都差不多传输到位过后，这一行的各列才能并行地显示。

如此，关于每一行的显示过程我们就能够将其分解成列数据传输和列数据显示如此两个部分。

由于串行传输方式的列数据预备时刻可能相当长，在行扫描周期一定的情形下留给行显示的时刻就可能比较少了，这会阻碍到LED的亮度。

我们能够采纳重叠处理的方法来解决串行传输中的列数据预备与列数据显示时刻的矛盾咨询题。

重叠处理的方法，即在显示一行各列数据的同时，传送下一列数据。

为了达到如此的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。

通过上述分析，就能够归纳出列驱动器电路应具有的功能。

列数据预备应当能实现串入并处的移位功能，而列数据显示则应当具有并行锁存的功能。

如此，本行将已预备好的数据输入并行锁存器进行显示的时候，串并移位寄存器就进行预备下一行的列数据的动作，而可不能阻碍本行的显示。

3.3.1点阵显示屏总体图

图3.3.1点阵显示屏总体框图

第4章LED点阵显示屏系统软硬件设计

点阵电子显示屏的硬件电路大致上能够分成列驱动电路，行驱动电路以及单片机系统及外围电路三部分。

点阵的显示屏软件的要紧功能是在向屏体提供显示数据的同时产生一系列操纵信号，使屏幕按我们的要求显示。

定时器T0的中断程序来实现显示驱动程序。

主程序来实现系统应用程序，完成系统初始化以及显示成效处理等工作。

4.1单片机系统及外围电路

点阵电子显示屏的硬件电路大致上能够分成列驱动电路，行驱动电路以及单片机系统及外围电路三部分。

单片机采纳51芯片或其兼容系列芯片。

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；P3.0，P3.1，P3.2，P1.7口则用来发送操纵信号。

P0口空着，在有必要的时候能够扩展系统的ROM和RAM。

图4.151单片机最小系统

80C51单片机管脚讲明如下：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口的输出驱动电路由上拉场效应管和驱动场效应管组成，操纵电路包括一个与非门，一个非门和多路开关MUX。

P0口既能够作为通用的I/O口进行数据的输入输出，也能够作为单片机系统的地址/数据线使用，为此在P0口的电路中有一个多路转换器MUX。

在操纵信号的作用下，多路转换器能够分不接通锁存器输出或地址/数据线输出。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口能驱动4个LSTTL负载。

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常，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P1口作为一样的I/O口使用时记做P1.7~P1.0。

P2口：

P2口既能够作为通用的I/O口使用，也能够作为地址总线使用，因此他的位结构比P1口多了一个多路操纵开关MUX。

当P2口作为通用I/O口使用时，多路开关MUX倒向锁存器的输出端Q，构成一个准双向口，其功能与P1口相同，有输出，读引脚和读锁存器3种工作方式。

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