多功能点阵显示屏的设计毕业设计论文.docx
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多功能点阵显示屏的设计毕业设计论文
毕业设计
题目多功能点阵显示屏的设计
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
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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）
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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：
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3.附件包括：
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4.文字、图表要求：
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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
3）其它
摘要：
LED电子显示屏是利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，在信息显示领域得到了广泛的应用，实现显示屏的技术也有很多种。
本文介绍了基于单片机AT80C52为控制器的16×64LED点阵显示屏系统的设计。
以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。
通过该芯片控制一个行驱动器74LS154和八个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。
该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示4个汉字，采用16块8×8点阵LED显示模块来组成一个16×64点阵显示模式。
本文介绍了利用Proteus软件进行原理图的绘制，利用汉字转换软件将汉字转换为将要发送给单片机的点阵数据，在Keil软件当中采用C语言编程，与Proteus进行联调，并通过仿真软件Proteus最终实现自己设想的效果，总体上系统的设计简单、显示清晰、成本较低。
关键词：
单片机LED点阵显示屏C语言Proteus仿真
Abstract:
LEDelectronicdisplaymoduleusingthedotorpixelunitisconstitutedwithalightemittingdiodedisplayofvariablearea,theinformationdisplayhasbeenwidelyappliedtoachievethedisplay,therearemanytechniques.ThispaperdescribesthedesignofthecontrollerbasedonMCUAT80C5216×64LEDdotmatrixdisplaysystem.IntheUnitedStatesproduced40feetATMELAT89C52microcontrollerasthecore,introducedtoitastheelectroniccontrolsystemofLEDdotmatrixdisplaydynamicdesignanddevelopmentprocess.74LS15474HC595andeightcolumndriverstodrivethroughthedisplaydriverchipcontrolsarow.Theelectronicdisplaycandisplayavarietyoftextormonochromeimages,fullscreencandisplayfourcharacters,using168×8LEDdotmatrixdisplaymoduleconsistingofa16×64dotmatrixdisplaymode.ThispaperdescribestheuseofProteusschematicdrawingsoftware,theuseofChinesecharacterskanjiconversionsoftwarewillconvertSCMlatticedatatobesentto,theKeilsoftwarewhichusestheCprogramminglanguage,andProteustheFBI,andfinallybyProteussimulationsoftwarerealizetheirvisioneffect,theoveralldesignofthesystemissimple,cleardisplayandlowcost.
Keywords:
microcontrollerLEDdotmatrixdisplayClanguageProteussimulation
1引言
LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新兴信息显示媒体，显示屏由几万甚至几十万个半导体发光二极管排列组成，利用不同的材料可以制成不同色彩的LED像素点。
目前应用最广泛的是红色、绿色、黄色，而蓝色和纯绿色的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏可以显示数字、文字、2D/3D图形图像。
不仅可以用于室内还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
短短十年中，LED点阵显示屏以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
LED的发展极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。
LED显示屏的应用涉及社会多领域。
例如机场、车站等乘车引导动态信息的显示，商场、证券交易、邮政等实时信息显示。
现代信息社会中，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到了迅速的发展。
LED显示屏也得到了很好的发展，随着LED显示屏产品功能的不断完善，基础材料的产业化，其成本也逐年降低，已基本具备成熟的商业化条件。
进入二十一世纪的显示技术将是平板显示时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，未来LED显示屏会向着标准化、规范化、产品结构多样化方向发展，相信在未来LED显示屏将会成为二十一世纪的平板显示主流产品。
2系统的概述和方案
2.1设计方案
2.1.1单片机的选择
设计采用常用的单片机AT89C52控制，技术比较熟练，应用广泛，现在51系列技术硬件的发展也非常快，出现了许多功能非常强大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。
图2-1单片机处理框图
2.1.2数据传输方案
显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。
当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。
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往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。
但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。
这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。
对于串行传输方式来说，列数据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太少了，以致影响到LED的亮度。
2.1.3时间矛盾问题的解决
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，传送下一列数据。
为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。
经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。
对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。
这样，本行已准备好的数据打入
并行锁存器进行显示时，串并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。
图1-2为显示屏电路实现的结构框图。
图2-2点阵显示屏系统框图
2.2字模点阵工具使用说明
2.2.1功能介绍
1.生成中英文数字混合的字符串的字模数据.
2.可选择字体，大小，并且可独立调整文字的长和宽，生成任意形状的字符。
3.各种旋转，翻转文字功能
4.任意调整输出点阵大小，并任意调整字符在点阵中的位置。
5.字模数据输出可自定义各种格式，系统预设了C语言和汇编语言两种格式，并且可自己定义出新的数据输出格式,每行输出数据个数可调。
6.支持四种取模方式：
逐行（就是横向逐行取点）；逐列（纵向逐列取点）；行列（先横向取第一行的8个点作为第一个字节，然后纵向取第二行的8个点作为第二个字节……）；列行（先纵向取第一列的前8个点作为第一个字节，然后横向取第二列的前8个点作为第二个字节……）
7.支持阴码（亮点为1），阳码（亮点为0）取模
8.支持纵向（第一位为低位）（，倒向第一位为高位）取模
9.输出数制可选16进制或10进制
10.可生成索引文件，用于在生成的大量字库中可快速检索到需要的汉字
11.动态液晶面板彷真，可调节彷真面板象素点大小和颜色
12.图形模式下可任意用鼠标作画，左键画图，右键擦图。
13.旋转，翻转，平移等字符模式下的功能也可用与对BMP图象的处理
14.用户选择10进制输出时，会自动去掉生成字模数据前的“0x",或后面的“H”，选择16进制时则会自动加上。
15.具备生成英文点阵字库功能，可自动生成ASCII码从0-127的任意点阵字库，使用方法同生成国标点阵字库功能。
2.2.2使用方法解析
在正式版中，用户可生成自己需要的各种小字库，也可以生成自定义的国标一二级汉字库。
★生成自定义的小字库：
1.使用PCTOLCD的各种调整功能调整出您需要的文字样式,如字体,字样（下划、倾斜、加粗）,大小（各种点阵大小的字体,可锁定点阵本身大小（如16*16）,然后在这个固定的点阵大小内调节文字的大小（例如在16*16的点阵中居中显示12*12大小的汉字），如图1-4
2.将您需要的汉字和符号集中形成一个文本文件
3.使用“导入文本”的按钮
4.确认“生成二进制字库”被选中（建议选中"生成索引文件"原因后析）
5.点“开始生成”按钮，选择生成的字库文件名
6.然后耐心等待一段时间（与处理文本大小有关），在此期间建议不要动键盘和鼠标
7.字库生成完毕
★生成国标一二级汉字库：
1.使用PCTOLCD的各种调整功能调整出您需要的文字样式,如字体,字样（下划,倾斜，加粗）,大小（各种点阵大小的字体,可锁定点阵本身大小（如16*16）,然后在这个固定的点阵大小内调节文字的大小（例如在16*16的点阵中居中显示12*12大小的汉字）
2.使用“导入文本”的按钮
3.点右下角"生成国标汉字库"按钮
4.选择字库文件名后单击确定
5.耐心等待一段时间后既得到生成的汉字库
当然，如果不选中“生成二进制字库”的复选框，生成的字库将是文本格式的字模数据，生成英文点阵字库功能，使用方法同上。
图2-3字库字模选项
图2-4字库点阵模型
3系统硬件电路的设计
本系统采用AT89C52单片机作控制器。
整个电路主要由单片机控制及驱动显示电路、电源电路等部分组成，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芯片功能说明
3.1.174HC154功能简介
1、概述：
74HC154是一款高速CMOS器件，其引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。
74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。
该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。
任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。
当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。
74154这种单片4—16线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。
当两个选通输入G1和G2为低时,它可将4个二进制编码的输入译成16个互相独立的输出之一。
实现解调功能的办法是：
用4个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入，当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高。
以下是74HC154的特点：
·将4个二进制编码输入译成16个彼独立的输出之一
·将数据从一个输入线分配到16个输出的任意一个而实现解调功能
·输入箝位二极管简化了系统设计
·与大部分TTL和DTL电路完全兼容
2、引脚功能：
引脚端
符号
名称及功能
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,17
Y0~Y15
输出低电平
18,19
G1,G2
使能输入（低电平）
23,22,21,20
A~D
地址输入
12
GND
接地（0V）
24
VCC
电源电压
3、真值表（H表示高电平L表示低电平）：
输入
选定输出（L）
G1
G2
D
C
B
A
L
L
L
L
L
L
Y0
L
L
L
L
L
H
Y1
L
L
L
L
H
L
Y2
L
L
L
L
H
H
Y3
L
L
L
H
L
L
Y4
L
L
L
H
L
H
Y5
L
L
L
H
H
L
Y6
L
L
L
H
H
H
Y7
L
L
H
L
L
L
Y8
L
L
H
L
L
H
Y9
L
L
H
L
H
L
Y10
L
L
H
L
H
H
Y11
L
L
H
H
L
L
Y12
L
L
H
H
L
H
Y13
L
L
H
H
H
L
Y14
L
L
H
H
H
H
Y15
X
H
X
X
X
X
NONE
H
X
X
X
X
X
NONE
3.1.274HC595功能简介
1、74HC595的工作原理：
74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。
移位寄存器和存储器是分别的时钟。
数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。
如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。
移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
2、74HC595各个引脚的功能：
Q0~7：
是并行数据输出口，即储寄存器的数据输出口
Q7'：
级联输出端。
我将它接下一个595的SI端
SER（DS）:
串行数据输入端。
/SCLR（MR）（10脚）:
芯片复位端，低点平时将移位寄存器的数据清零。
通常我将它接Vcc。
SCK（SHCP）（11脚）：
移位寄存器的时钟脉冲输入口，上升沿时数据寄存器的数据移位Q0->Q1->...->Q7，下降沿移位寄存器数据不变。
（脉冲宽度：
5V时，大于几十纳秒就行了，通常都选微秒级）。
RCK（STCP）（12脚）：
存储寄存器的时钟脉冲输入口，上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。
通常将RCK置为低电平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了，通常都选微秒级），更新显示数据。
/G（OE）（13脚）:
高电平时禁止输出（高阻态）。
如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。
比通过数据端移位控制要省时省力。
注：
74HC164和74HC595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。
74HC164的驱动电流（25mA）比74HC595（35mA）的要小,14脚封装，体积也小一些。
74HC595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。
这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。
与164只有数据清零端相比，595还多有输出端使能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。
3.1.374HC04功能简介
1、概述与特性：
74HC04是一种高速CMOS器件,兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）非门（逆变器），
采用CMOS工艺，内部含有6组相同通道的反相器。
其宽电压工作范围：
3.0V—5.0V，适用于数字电路的信号反相应用。
2、管脚功能说明：
名称
功能说明
管脚号
1A-6A
数据输入
1、3、5、9、11、13
1Y-6Y
数据输出
2、4、6、8、10、12
VDD
逻辑电源
14
GND
逻辑地
7
图3-174HC04管脚图和内部逻辑图
3、真值表：
最大额定值
电源电压
-0.5to+7.0V
DC输入电压
-1.5toVcc+1.5V
直流输出电压
-0.5toVcc+0.5V
钳位二极管电流
±20mA
直流输出电流，每个引脚（输出）
±25mA
功耗
600mW
3.2单片机系统及外围电路
单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用12MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，显示更稳定。
单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。
P3口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.7口则用来发送控制信号。
单片机MSC-51的引脚基本功能：
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
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时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输
入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：
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。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
图3-2AT89C52单片机最小系统原理图
3.316×64点阵显示屏设计
图3-3是一种8×8的LED点阵单色行共阴模块的内部结构图，其单点工作电压为1.8V，正向电流露为8～10mA。
当某一行线为低电平而某一列线为高电平时，其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为低电平时，其行列交叉的点为暗；当某一行线为高电平时，无论列线如何，对应这一行的点全部为暗。
用4个8×8点阵显示可构成16×16点阵显示器，其连接方法如图3-4所示。
图中，将（A）和（B）的8列、（C）和（D）的8列分别对应相连，同时将（A）和（C）的8行、（B）和（D）的8行分别对应相连。
即可形成一个16行（每一行有16个LED）、16列（每一列也有16个LED）的16×16点阵显示器。
可将这256个点称为一页，这样，显示字符时，只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。
把4个16×16点阵显示器相连从而构成16×64的点阵显示器如图3-5。
图3-38×8的LED点阵行共阴模块的内部结构图
图3-416×16点阵连接图
图3-516×64点阵连接图
3.4LED点阵显示器的扫描驱动电路
LED显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。
驱动通常分为动态扫描型驱动和静态锁存型驱动两大类。
本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。
动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器，然后通过行驱动管的分时工作，来使每行LED的点亮时间占总时间的1／16。
只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。
AT89S52单片机有四个I／O口（P0、P1、P2、P3）。
每个I／O口有8位，如果都采用并行输出，显然不能满足要求。
因此，本设计中的行扫描驱动采用并口输出，而场扫描驱动采用串口输出。
3.4.1行驱动电路
由于16x64点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口。
本电路中加入了一个4—16线译码器74LSl54，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号，它们的管脚示意图如图2-6所示。
把74LSl54的E2引脚接地，E1引脚作为控制端，然后以A、B、C、D四脚为输入端，就会形成16种不同的输入状态，分别为0000～1111，然后使每种状态只控制一路输出，即会有16路输出。
如果一行64点全部点亮，则通过74LSl54的电流将达640mA，而实际上，74LSl54译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮，因此，应在74LSl54每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个反相器来将电流信号放大，本文选用的是74HC04。
这样，74LSl54某一输出脚为低电平时，对应的反相器可以提高电流幅值，从而使点阵显示器的对应行能较清晰的显示。
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