基于单片机控制的led 点阵显示屏设计大学毕设论文.docx

基于单片机控制的led 点阵显示屏设计大学毕设论文.docx

《基于单片机控制的led 点阵显示屏设计大学毕设论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机控制的led 点阵显示屏设计大学毕设论文.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机控制的led点阵显示屏设计大学毕设论文

基于单片机控制的LED点阵显示屏设计

第1章绪论

LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示

屏系统，随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。

它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择，在短短的十年中迅速成长为平板显示的主流产品。

由于LED电子显示方式图文并茂等特点，因此被广泛地应用于军事、车站、宾馆、机场、邮局、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。

第2章系统总体方案设计

本文设计的LED点阵显示系统主要实现的功能是中文汉字的逐个左移显示，实时的时间显示和温度测量。

系统由硬件和软件两大部分组成。

其中硬件部分在设计上采用了单片机最小化设计原理，系统处理器选用的是ATMEL公司的8位高性能单片机AT89C51，显示器选用的是8×8LED点阵，可以实现简单的汉字和符号的显示。

另本系统还配备了先进的总线型数字温度传感器DS18B20,它只要一个端口就可以完成数据的读出和命令的写入，并且不需要对温度进行标定，具有操作简单、工作可靠的特点。

采用由Proteus软件完成仿真。

软件部分的基本设计思路是主程序加功能子程序，再加判断程序组成。

其中主程序作为整个软件流程的指挥协调程序有序运行，功能程序采用了模块化的设计思想，将系统的所有功能分开封装为模块，作为子程序调用。

这样不仅代码简单，条理清楚，而且易于读写和修改。

采用KeiluVision3完成软件的编译和调试，使得代码执行效率高，可移植性好.

第3章系统设计方法

3.1整体设计思路

除单片机AT89S52tn外，显示屏控制器的硬件电路部分由两个部分组成：

外部数据存储器的扩展、串行通信接口。

控制器的组成框图如图1所示，采用AT89S52作为中央控制器，完成与PC机的通信，实现对显示屏显示数据的控制。

数据存储器使用一片FLASH存储器

W29EE011。

W29EE011容量较大，可以用于存储汉字的点阵库．控制器与计算机的连接根据通信距离的远近选用RS-232标准总线接口．

通过AT89C51CPU控制系统的其他几个模块，从而实现系统功能。

控制系统中DS1302

芯片采集实时时钟信息，DS18B20芯片采集实时温度信息，LED点阵显示屏显示文字字符。

中央控制器读取时钟信息，并能通过按键调整当前时间。

系统的模块图可以用图1的方框图做个简单的说明。

3．2数据存储器的扩展

W29EE011有17条地址线（A0～A16），最高一位（A16）由P1．7作为地址送出，低八位（A0～A7）由舶口作为地址送出，通过74LS373锁存器进行锁存。

A8～A15由P2口作为地址送出．W29EE011与单片机的接口电路如图2电路原理图所示．

3·3串行通信

系统上位机——下位机是通过串行通信接口联系．本系统为了实现单片机与PC机的串行通信功能，将单片机的串行接口的电平转换成RS--232C电平标准【2】．其中计算机的RS232口输出的电压为±12V．考虑到单片机与PC机的通信距离不远，而且单片机部分只负责接收命令和数据，因此选择计算机与单片机直接相连的最简单接法，计算机TXD端发出的信号传送到通信电路后转化为电流信号，当有信号送进来时就会有电流流经光耦合器中的红外发光二极管，二极管发出光信号投射到光敏三极管，再转换成电信号输到单片机的RXD端，实现了以光为媒介的电一光一电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的，避免了输出端对输入端可能产生的反馈和干扰．其原理如图2所示．

3．4点阵显示屏

点阵显示屏由12个8×8点阵LED显示模块、行信号选择译码器74LSl38、数据移位寄存器74HC595、行驱动器TIPl27组成。

12片8x8点阵LED显示模块组成一个48×16的LED点阵，用于同时显示3个16x16点阵汉字【3】、字符或数字。

单元显示屏可以接收来自PC机传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息不经任何变化地显示出来。

一个程序周期里74LSl38共扫描两行，通过一个TIPl27来驱动，即一次有两行的信号被选中；然后经过74HC595的移位传送，将要显示的数据都送到显示缓冲区单元里，打开行选通信号，点阵屏即可正常显示信息．

3.5系统设计的总体功能

本次设计的LED点阵显示系统其显示和动态效果的实现主要依靠硬件扫描驱动，主要

实现的功能是显示时间,使汉字从左到右逐个滚动显示,实时测量温度，并能够通过按键来实现时间,日期的设置等功能。

第4章系统硬件设计

整个软件设计分为两大功能块：

显示部分和通信部分。

显示部分采用动态扫描的方式4，实现对显示屏要显示的汉字、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能．与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的实时数据信息传输。

通信部分的上位机软件采用VisualBasic编程，使用VB在标准串口通信方面提供的具有强大功能的通信控件MSCOMM，该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置，直接利用PC机的RS．232／RS-485串口发送数据．

为实现单片机与PC机的可靠通信，须保证双方具有相同的数据格式和波特率【2），本设计采用RS-232通信，一帧lO位的数据格式，9600bit／s的波特率．上下位机之间的通信协议为：

前两帧数据为字数的字节数，接下来每通信128个字节的数据就延时20ms的时间，保证数据都能写进片外数据存储器，直到数据都传送完为止．

4.1.1主程序设计

主程序主要完成I／O121和一些变量的初始化，定时器To定时初始值的设置，串行通信工作方式和波特率的设置，滚动显示、取数据模块，数据移位传送模块、行扫描模块的调用．主程序流程图见图3所示．

4.1.2滚动显示模块

滚动显示主要是实现显示信息的换屏，一屏显示三个字，两秒后换一屏，直到所有信息都显示完毕后，接着从头开始

显示．换屏主要是根据PC机传送来的字节数，通过改变指针来实现的．滚动显示流程图见图4所示．

4.1.3取数据模块

由于数据都是存储在片外数据存储器里，所以要先从片外取数存放到显示缓冲区里，然后再移位传送并扫描显示．数

据存放的顺序是从上到下，即先从左到右存放点阵屏上面的六个显示缓冲区单元STAl0．STAl5，接着存放下面六个显示缓

冲区单元STA20．STA25．取数据流程图见图5所示．

4.1.4数据移位传送模块

点阵屏的列驱动器74HC595为串入并出的移位寄存器，故显示单元的数据需从低位到高位一位一位传送进74HC595

里，然后才能驱动点阵屏．

4.1.5行扫描模块

16x16的点阵屏若逐行扫描，时间可能会超出人眼反应时间，故行扫描采用一个程序周期扫描两行，即第一行和第八行同时扫描的方案，这样可减少时间，保证了点阵屏的正常扫描显示．

4.1.6串行通信模块

串行通信程序主要是实现与PC机的通信，当通信接收中断标志位RI被硬件置1时，中断开始，有数据从PC机传送到单片机，单片机软件清RI并接收数据，将数据暂存到片内高128字节的RAM里，当存满后，再将数据写进片外数据存储器W29EE011里。

延时一段时间后，继续接收从PC机发送过来的数据，重复之前的工作，直到所有数据接收完毕为止。

中断跳出．串行中断程序流程图见图6所示。

4.1.7AT89C51芯片

AT89C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash,ROM，它能于3伏的电压工

作，与MCS-51系列单片机完全兼容。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，可适用于众多的控制领域。

4.1.8DS1302时钟芯片

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字

节静RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。

4.1.9数据移位寄存器

具有积寄存数据功能的逻辑电路称为寄存器，它是一种典型的时序逻辑电路，常常用来进行读出、写入操作数或中间结果。

寄存器由触发器组成，一个触发器只能存放一位二进制数，因此如果要存放N位二进制数，就得使用N个触发器相连。

如果前一级触发器的输出与后一级的输入相连，并且各个触发器都受同一个时钟脉冲的控制，那么寄存器中的二进制信息就能够进行移动，这就是移位寄存器。

4.1.10LED点阵

LED二极管50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。

LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧7树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯片的作用，该电路的显示采用逐行扫描方式。

工作时，由单片机取出第一行需要显示的内容经延时一段时间后再进行下一行点阵数据的显示。

需要注意的是每次只能选通一行数据，即需要通过不断的逐行扫描来实现汉字或字符的显示。

4.1.11温度传感器DS18B20

LED点阵显示系统采用的温度传感器是美国DALLAS公司生产的总线型数字温度传感器DS18B20。

它具有耐磨碰，体积小，使用方便，封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

温度测量范围为-55℃~+125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度,被测温度串行输出.CPU只需一根端口线就能与DS18B208通信，适用于大多数温度测量和控制场合。

4.2LED点阵显示系统模块

LED显示屏控制时采用动态扫描实现显示。

实现汉字从左到右移动，就是将后一列的字节移到前一列。

采用扫描方式时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器若要显示一帧画面，先送出第一行的数据，然后选通并点亮第一行，延时;此后送出第二行的数据，同样选通、点亮并延时;依次将所有行扫描完，即给出了一帧的画面。

第五章系统软件设计

系统的开发软件采用KeiluVision3，开发语言C语言，系统软件编程的基本思想是将系统的每个功能封装为模块，同时分配好每个模块的入口地址以便主程序调用。

5.1主程序流程图

程序主要由初始化主程序组成。

其中主程序如图3所示。

系统的详细软件设计过程参考下面几节内容。

5.2主程序工作工程

系统开始工作后，CPU发出初始化LED命令，接着CPU发出初始化DS1302的命令，然后从DS1302中读取时间信息并显示读取到的数据，接着系统会判定启动按钮S2有没有按下，若是，则系统会更新显示的数据，由其它按键来调整；若无，系统会一直显示当前的时间，但延时一段时间后显示屏会动态显示时间和温度，然后再进入当前时间模式。

5.3LED点阵显示程序流程图

个16*16共阳极LED点阵是由4个8*8点阵构成，显示程序流程图如图4所示。

点阵显示的工作过程：

汉字在显示屏上按从左到右的顺序一个个出现。

首先将LED显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即LED显示空白，然后每隔一个"软定时器"设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个汉字点阵数据并进行行扫描，这样就可以达到动态的效果。

5.4LED点阵显示程序流程图

图5所示DS1302的实时时间流程，其工作原理可参考第三章第一节。

根据此流程框图，不难采集实时时间。

这里将通过DS1302工作的整个流程图和部分程序的说明来详细介绍DS1302模块的软件设计