基于单片机滚动字幕设计毕业设计.docx

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基于单片机滚动字幕设计毕业设计

基于滚动字幕设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

伴随着当今高度发展的信息时代，传统的移动车库门显示屏控制系统已经不能满足人们对信息显示的需要。

当今涉及电子电路、集成电路、信息图象处理、信息传输及电子产品安装工程等相关技术的LED显示屏在信息领域显得尤为活跃，在各行业的应用和普及方面也取的了长足的进步。

设计基于AT89S51单片机的简易LED显示屏。

该显示屏系统采用PC机加单片机组成的上下位机方式。

其中PC机用于更新信息数据，单片机用于控制硬件扫描及显示电路，上下位机之间采用RS-232通信标准。

系统软件是由用C++Builder编写的上位PC控制及通信软件和C语言编写的显示屏控制软件两部分组成。

硬件处理器选用AT89S51。

LED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显示屏幕。

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显示屏发展较快，被广泛的用于公交汽车、商店、体育场馆、车站、学校、银行、高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传。

本文讲述了基于AT89C51单片机16X64LED汉字点阵滚动显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编写与调试、protel软件等基本环节和相关技术。

关键词：

单片机；点阵；显示屏；数据；控制；

Abstract

Withtoday’shighlydevelopedinformation,traditionalmobilegaragedoorscreencontrolsystemcannotmeettheneedsofthepeopleontheinformationdisplay.TodayLEDdisplaywhichinvolveselectroniccircuit,integratedcircuit,information,imageprocessing,informationtransmissionandelectronicproductsandotherrelatedtechnologies,installationhasparticularlyactedinthefieldofinformationintheapplicationandpopularizationofvariousindustriesandalsotakengreatstrides.

ThispaperdesignsasimpleLED-baseddisplayAT89S51microcontroller.ThedisplaysystemiscomposedofPC,plustheUpperandLowerMCUmode.PC,whichusedtoupdatetheinformationdata,microcontrollerusedtocontrolthehardwarescananddisplaycircuit,betweentheupperandlowercomputerusingRS-232communicationstandard.SystemsoftwareiswrittenusingC++BuildertheupperPCcontrolandcommunicationsoftwareandClanguagewrittendisplaycontrolsoftware.HardwareprocessorselectsAT89S51.

LEDdotmatrixdisplayisflatdisplayscreenwhichisuselight-emittingdiodepixelmoduleormodules.Ithashighlight,longlife,flexibleconfiguration,color-richandstrongadaptabilityindoorandoutdoorenvironment.LEDdisplaydevelopsrapidlysoiswidelyusedinpublictransportvehicles,shops,stadiums,railwaystations,schools,banks,highwaysandotherpublicplaces,informationpublishingandadvertising.Thispaperdescribesthecharacterssuchasdisplayprinciple,thehardwarecompositionanddesign,programminganddebugging,protelsoftware’sbasicpartsandrelatedtechnologieswhichbasesonAT89C51microcontroller16X64LEDscrollingdot-matrix.

Keywords:

SCM；lattice；screen；data；control

引言

电子显示屏是以发光二极管为显示材料，结合计算机控制技术与图像处理技术的高亮度显示设备。

发光二极管简称LED（LightEmittingdiode），是利用半导体P-N结电致发光原理产生红、绿、蓝等颜色。

LED具有高亮度、色彩鲜艳、稳定性好、功耗低、发光效率高、无污染、寿命长等优点。

被誉为“照亮未来的技术”的LED，渐渐走近了我们的日常生活，并将推动显示器领域发生一次革命性巨变。

LED显示器技术的发展速度超出了专家的预测，作为一个新兴产业，10年内，LED显示器有望达到30亿美元的产值。

液晶显示器也将和CRT显示器一样，退出主流舞台！

LED电子显示屏作为继电视、广播、报纸、杂志之后的“第五大媒体”，且因为它与电视墙、等离子显示器、磁翻板、霓虹灯等媒介相比具有上述优点，而广泛应用于各类场所。

早期的LED只有红色或绿色，因此只有单色或双基色。

1993年，日本日亚化学工业株式会社（NICHIA）开发出了蓝色高亮度发光二极管，从此显示屏开始进入全彩色时代。

中国LED领域的技术创新仍较薄弱。

发光材料制造和发光芯片制造是发展LED产业必须掌握的两大核心技术，但在这方面，国外巨头优势明显。

核心专利基本掌握在外国几大公司，如CREE、欧司朗等手中，我国LED外延和芯片制造的关键设备依赖进口，这将成为制约我国半导体照明产业发展的软肋，影响自主品牌的市场竞争力。

同时中国LED照明企业仍处于数量多、规模小的状态中，出现了低水平重复建设。

总体来说，中国LED产业的发展瓶颈依旧无法回避。

核心技术缺乏，标准不够完善，成本偏高是主要发展瓶颈。

由于LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，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。

因此，LED显示屏具有非常强大的市场空间和前景，现在国内外很多公司也在大力研发和生产LED显示屏。

随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏应用前景更为广阔。

LED显示屏产业自90年代以来，在规模迅速发展的同时，产品技术也推陈出新，一直保持了在该领域内比较先进的水平。

早在90年代初，国产的LED显示屏就具备了成熟的16级灰度、256色视频控制技术和无线遥控等代表了当时的国际先进水平的技术。

近几年，在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无线控制、多级群控技术等方面，国内企业均拥有了居行业先进技术水平的产品。

这些产品被广泛应用于交通警车、汽车、车站、码头、体育、广告、银行、证券、商场、邮政电讯、机关单位等领域，另外，大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额，具有良好的收益前景。

课题研究的目的及意义，本论文以LED大屏幕显示系统设计思路为前提，提出了基于51单片机的LED点阵简易显示屏设计方案。

论文详细论述了简易LED显示屏的硬件设计原理，LED显示屏扫描驱动原理，单片机控制电路的软件设计方法，PC上位机控制及通信软件的设计，以及特效显示方式软件的设计方法。

其主要目的是设计一款基于51单片机的简易LED显示屏，实现汉字的上、下、左、右和静态显示。

通过该课题，可以学习到有关51单片机、LED显示屏、串口通信等知识。

了解LED显示屏的行业动态和发展趋势。

可以提高动手能力、编程能力、自学能力等，通过具体的毕业设计项目，对大学学习的知识也是一个很好的检验机会。

1LED显示屏系统原理

1.1LED器件的工作原理

1.1.1LED发光二级管的基本原理

发光二极管（lightemittingdiode,LED），是一种把电能变成光能的特种器件，当电流如图1所示通过它的时候，可以产生可视的光。

图1开启一个LED

发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。

我们知道，发光是一种能量转化现象。

当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。

当系统由不稳定的高能态重回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。

当在PN结上加以正向电压之后，P的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些少数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。

它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。

1.1.2LED器件的驱动

从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。

因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。

具体的驱动方式有直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等，本课题LED器件的驱动为扫描驱动。

（1）脉冲驱动

利用人眼的视觉暂留特性，采用向LED器件重复通断供电的方法使之点燃，就是通常所说的脉冲驱动方式。

采用这种方式时应该注意两个问题:

脉冲电流幅值的确定和重复频率的选择。

首先，要想获得与直流驱动方式相当的发光强度，脉冲驱动电流的平均值就应该与直流驱动的电流值相同[4]。

其次是脉冲重复频率的问题，通过视觉暂留特性知道脉冲重复频率必须高于24Hz，否则会产生闪烁现象，脉冲驱动的主要应用于扫描驱动。

（2）扫描驱动

扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。

LED显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。

在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制;也可以按列扫描，按行控制。

所谓“扫描”的含义，就是指一行一行地循环接通整行的LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该点亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。

本课题采用按行扫描按列控制的方式[4]。

一个m行n列结构的LED显示屏，当采用行扫描列控制的驱动方式时，从H1到Hm轮流将高电位接通各行线，使连接到各行的LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制所要完成的工作。

1.2基于LED显示屏的大屏幕显示系统的组成

1.2.1大屏幕LED显示系统的组成

图2系统基本结构图

由图2可看出，该系统是由PC机和多台单片机组成的群显示LED显示系统，PC机在控制中心作为上位机，下位机采用单片机。

基于单片机的LED显示屏控制电路是系统的核心，完成对LED显示屏的动态扫描控制，PC机用于后级管理和控制。

PC机与单片机之间采用RS-232C通信标准，由上位机发送信号，各个下位机同时接收。

当各个显示屏需要显示不同内容时，可以通过对不同编号的下位机传送不同的显示数据的方法来实现。

1.2.2主要组成部分功能介绍

（1）LED显示屏

LED显示屏以发光二极管为像素，由LED点阵显示单元拼接而成。

最常见的LED点阵显示单元有5

7，7

9，8

8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符。

（2）以单片机为核心的动态扫描电路

图3所示以单片机为核心的动态扫描电路是由单片机、显示控制电路、显示驱动电路组成。

单片机及相应软件，主要负责存储显示数据、安排控制信号的定时与顺序、和PC机进行通信等。

图3以单片机为核心的动态扫描电路图

根据驱动方式的不同，LED大屏幕显示方式可分为静态显示和动态扫描显示两种。

静态显示是指将一幅画面输入以后要保持到下一幅画面的输入。

动态扫描是指将画面分为若干部分分别进行刷新，静态显示每一个像素需要一套驱动电路，如果显示屏为n

m个像素屏，则需要n

m套驱动电路。

动态扫描显示则采用多路复用技术，如果是P路复用的话，则每P个象素需一套驱动电路，n

m个象素仅需n

m/p套驱动电路。

另外，对于静态显示方式，需要较多的译码驱动装置，需要的引线也比较多，对于动态扫描显示方式，可以避免以上不足，但是容易造成显示亮度低、屏幕闪烁等问题。

在实际的LED大屏幕显示中，很少有采用静态驱动的。

对于以动态扫描方式工作的显示系统，扫描时间的确定较为重要，根据人眼的视觉暂留时间，若每秒显示二十四帧以上，便可得到稳定的显示，取每秒二十五帧，即完成对全屏的一次扫描时间为40ms，那么，只要每次完成对全屏的扫描时间不超过该值，将会得到较为稳定的显示。

从理论上讲，显示屏的大小是任意的，但从上面的分析可知，显示屏做得越大，即屏幕的点阵规模越大，往显示屏上所送的数据就越多，数据传输与控制的时间也会增加，即完成一屏扫描的时间也将越长，然而，40ms的时间却是固定的，多于40ms会有闪烁感。

在设计显示屏的大小时，该因素是必需考虑的。

显示数据通常以字节的形式顺序存放在单片机的存储器中。

在行扫描列控制显示时，把显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上，这就存在一个列数

传输方式的问题。

从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式，它们各有优缺:

数据并行传输的速度比较快，但是随着屏幕的增大，点阵模块数量的增多，线路会越来越复杂;数据串行传输的速度比较慢，但它可以大大简化传输线路，对于大屏幕来说，采用串行传输方式比较合适。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传给列驱动器，与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到一行的各列数据全部传输到位后，才能并行地进行显示。

对于串行传输来说，列数据的准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就少一些，以至影响到LED的亮度。

解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。

即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据，这就需要列数据的显示具有锁存功能。

本行己准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串行移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。

（3）PC机及运行在PC机上的程序

PC机主要用于人机交互，完成对每一个LED显示屏的控制与显示数据传输。

应用程序主要完成对显示屏的控制，同时完成对包括图形和中西文字符的显示信息进行编辑处理，将待显示信息通过串行通信传输到指定的LED控制器中。

1.3简易LED显示屏系统的硬件组成

本论文根据上节介绍的大屏幕LED显示系统的组成原理，设计了一款简易LED显示屏系统。

该系统能方便的显示16

64点阵的汉字。

其显示内容可以实现上下，左右移动，显示内容和方式可以有用户按要求随时修改。

系统总体硬件结构如图4所示，在该系统中系统硬件电路有四部分组成：

LED显示屏；基于51单片机的动态扫描电路；PC与单片机的通信电路；汉字字库。

图4系统总体硬件原理框图

（1）LED显示屏

LED显示屏由LED点阵显示器构成，采用逐行动态扫描的方式工作，逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示汉字信息的信号，反复循环以上操作，就可显示各种文字信息。

本设计选用4块8

8LED单色（红）组成一个16

64的LED显示屏，可以显示一个汉字。

采用逐行动态扫描的方式工作。

（2）基于51单片机的动态扫描电路

本系统选用AT89S51处理器，该款单片机是AT