基于51单片机的动态点阵LED汉字显示屏的设计.doc

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基于51单片机的动态点阵LED汉字显示屏的设计

摘　　要

LED点阵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，可以显示汉字、数字或特殊符号，通常用来显示时间、速度、系统状态等。

LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,现已广泛应用于广告、交通运输、教育系统、银行等工业企业管理和其它公共场所,产业面临良好的市场发展机遇及前景。

本设计研究了基于单片机AT89C51的8×8点阵LED动态显示屏的设计与运用Proteus软件的仿真实现。

具体介绍了设计的系统方案、LED图形显示原理及应用、LED汉字显示屏的硬件电路设计、汇编程序设计与调试、Proteus软件仿真，软件流程图等内容。

本设计主要以AT89C51为核心芯片，通过程序控制，采用动态扫描技术，用AT89C51的P0口控制行驱动器74LS245和P3口来直接驱动显示屏，在点阵LED显示屏上实现了汉字的动态显示。

在负载范围内,只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展，来制作一款拥有多功能模块化的点阵LED的多功能显示屏，是一种成本低廉的图文显示方案。

关键词：

AT89C51单片机；LED点阵；动态扫描；Proteus仿真软件

DynamicdotmatrixLEDChinesecharactersdisplaydesignBasedon51Micro-controller

ABSTRACT

　　LEDdotmatrixdisplaytisPlanardisplayscreenwhichiscomposedoflight-emittingdiodedotmatrixmoduleorpixelunit.LEDdotmatrixdisplaycandisplayChinesecharacters,numbers,orspecialsymbols,usuallyareusedtodisplaytime,speed,andsystemstatus.LEDdotmatrixdisplayisanewdisplaydevices,whichiswidelyusedinadvertising,transport,educationsystem,banksandotherindustrialenterprisesandotherpublicplacesnow,andtheindustryisfacinggoodopportunitiesformarketdevelopmentandprospects.Thedesignstudiesthatthe8×8dotmatrixLEDdynamicdisplaydesignbasedonAT89C51Micro-controllerandusingProteussoftwaretosimulate.Specificallydesignedsystemsolutions,LEDgraphicdisplayprincipleandapplicationofLEDChinesecharactersdisplayhardwarecircuitdesign,assemblerprogramminganddebugging,Proteussoftwaresimulation,softwareflowchart.ThisdesignregardstheAT89C51asthecorechip,usesAT89C51theP0porttocontrollinedrivethe74LS245andP3portstodirectlydrivethedisplaybytheprogramcontrollinganddynamicscanningtechnology,ChinesecharactersistobeDynamicdisplayedonadotmatrixLEDdisplay.Intheloadrange,displaycanbeextendedjustbyasimplecascade,tocreateamultifunctionaldisplaywhichhasamultifunctionalmodularLEDdotmatrix,anditisalow-costgraphicdisplayprogram.

Keywords:

AT89C51Micro-controller;LEDdotmatrix;Dynamicscanning;Thesimulationsoftwareofproteus

　目　　录

　　１　绪论 1

　　1.1　课题的来源和意义 1

　　1.2　国内外发展状况 1

　　2　LED点阵显示器的原理 2

　　2.1　LED点阵显示器简介 2

　　2.2　8×8点阵LED原理及应用 2

　　2.3　LED点阵的显示文字图形原理 3

　　2.4　驱动方式 5

　　2.5　点阵的移动 5

　　2.5.1　向左移动原理 6

　　3　系统硬件设计 8

　　3.1　方案要求 8

　　3.2　系统设计原理 8

　　3.4　系统硬件电路图 10

　　3.5　晶振电路设计 10

　　3.6　复位电路设计 11

　　3.7　LED驱动电路设计 11

　　4　系统程序的设计 13

　　4.1　系统主程序 13

　　4.2　显示驱动程序 13

　　4.3　编程及仿真 14

　　4.3.1　Proteus的基本性能概述 14

　　4.3.2　Proteus仿真要求 15

　　4.3.3　Proteus仿真结果 15

　　5　结论 17

　　参考文献 18

　　致谢 19

　　附录 20

１　　绪论

1.1　课题的来源和意义

本设计是采用AT89C51单片机实现对LED显示屏动态显示汉字的控制，通过proteus来产生仿真结果，目的是实现在教学过程中可以让学生理论与实践相结合，更加深刻地理解理论知识，使其能够独立自主的研发，并进一步使学生对软件与硬件的结合有一个更直观地了解，加深学生对课堂知识的理解与应用。

随着电子技术发展迅猛，作为现代信息显示的重要媒体，LED具有低功耗、价格低等优点，在金融证券、体育、机场、交通、指挥调度、国防军事等许多领域中得到广泛应用[1]。

所以点阵式显示器件的研制和生产同样得到了迅速发展。

由于条件限制，因此本设计只是实际用品的一个缩小实例。

因此研究LED汉字动态显示屏的设计方法具有重要的理论和现实意义。

1.2　国内外发展状况

　　1990年以前LED显示屏的成长形成时期:

这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。

1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期:

LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果，电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术。

这一阶段，LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。

1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期:

1995年以来，LED显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对LED显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这方面的工作正在逐步深化。

目前我国LED显示屏广泛应用于机场航班动态信息显示以及道路交通信息显示上，尤其在广告媒体新产品应用上最多。

2　　LED点阵显示器的原理

2.1　LED点阵显示器简介

点阵显示器有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等。

LED点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等多种；根据图素的数目分为，单色、双原色、三原色等。

根据图素顏色的不同所显示的文字、图像等内容的顏色也不同，单原色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双原色和三原色点阵显示内容的顏色由图素内不同顏色发光二极体点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极体的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。

　　由LED点阵显示器的内部结构可知，器件宜采用动态扫描驱动方式工作，由于LED管芯大多为高亮度型，因此某行或某列的单体LED驱动电流可选用窄脉冲，但其平均电流应限制在20mA内，多数点阵显示器的单体LED的正向压降约在2V左右，但大亮点∮10的点阵显示器单体LED的正向压降约为6V[2]。

大荧幕显示系统一般是将由多个LED点阵组成的小模组以搭积木的方式组合而成的，每一个小模组都有自己的独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模组的命令和资料即可，这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。

2.2　8×8点阵LED原理及应用

8×8的LED点阵是由64个发光二极管按矩阵形式排列而成，每一行上的发光管有一个公共的阳极（或阴极），每一列上的发光管有一个公共的阴极（或阳极），一般按动态扫描方式显示汉字或图形。

扫描分为点扫描、行扫描和列扫描三种方式。

当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图2-1，2-2所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：

一根竖柱：

对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。

一根横柱：

对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。

图2-1　　8×8点阵LED外观及引脚图

图2-2　　8*8LED点阵硬件图

2.3　LED点阵的显示文字图形原理

汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、银行、医院及户外广告等地方都有广泛的应用。

下面是简单的汉字显示屏的制作，由单片机控制汉字的显示内容。

为了降低成本，本文设计的是一个8×8点阵LED显示屏动态显示汉字。

在实际的使用中可以根据这个原理自行的扩展显示的汉字，下面是介绍汉字显示的原理。

LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐列轮流点亮，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阴极连在一起，把所有同一列的发光管的阳极连在一起（共阴的接法），先送出对应第1列发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1列使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2列的数据并锁存，然后选通第2列使其燃亮相同的时间，然后熄灭；……第16列之后，又重新燃亮第1列，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。

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]。

显示数据可通过单片机的P0，P3口接驱动电路传输到点阵行引脚。

LED点阵显示模块进行的方法有两种：

（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：

此时用一个P口输出列码决定哪