AT89S51显示控制系统LED显示器大屏幕显示控制系统电子专业毕业论文.docx

AT89S51显示控制系统LED显示器大屏幕显示控制系统电子专业毕业论文.docx

《AT89S51显示控制系统LED显示器大屏幕显示控制系统电子专业毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AT89S51显示控制系统LED显示器大屏幕显示控制系统电子专业毕业论文.docx（65页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AT89S51显示控制系统LED显示器大屏幕显示控制系统电子专业毕业论文

摘要

近年来，LED大屏幕电子显示作为一种高科技产品正日益引起人们的重视，它可以实时显示或循环播放文字，图形和图像信息，具有显示方式丰富，观赏性强、显示内容修改方便、响应速度快、显示稳定、亮度高、功耗低且寿命长等多种优点，被广泛应用于各种公共场合，比如工业、商业、交通、新闻发布等领域和场合。

本设计采用AT89S51作为主要控制芯片，在单片机最小电路的基础上扩展了相应的外围电路，设计了下位机与上位机通讯的接口电路，采用了地址锁存器74LS373、程序存储器2716、I/O扩展芯片8255、译码器74LS138、显示接口电路8279，LED显示屏是发光二极管以16×16的矩阵式排列镶嵌成巨大的平面，显示屏受CPU控制实时显示或循环播放文字，计算机控制和多媒体技术融于一体，显示图像层次丰富、立体感强、变化迅速功耗低且寿命长。

鉴于大屏幕显示控制系统在人们日常生活中的广泛应用，为此设计一种大屏幕显示屏幕在车站、广告牌的应用。

该系统由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分包括单片机的选择、外部程序存储器的扩展，显示模块的设计，其中包括：

行扫描驱动电路和列扫描驱动电路的设计。

软件部分包括：

显示与控制；汉字说明、滚动及商标等一些特殊符号的显示.

关键词：

AT89S51；显示控制系统；LED显示器

Abstract

Inrecentyears,theLEDlargescreenelectrondemonstratestakingseriouslybeingarousingpeoplegraduallyasonekindofhigh-techproduct,itisnotbadrealtimedisplayorcirculationbroadcastscharacters,artworkandimageinformation,hasthedisplaywayrich,life-spanincreasestheheight,powerdissipationviewingandadmiringnaturedemonstratingcontentmodificationbyforce,goingtothelavatory,respondingtospeedquickly,demonstratingstability,brightnesslowatpresentwaitingforvariousmerit,thequiltappliestovariouscommonoccasion,BiRuindustry,commerce,fieldssuchastraffic,newsannounceandoccasionbroadly.

CapitalisdesignedadoptAT89S51toaccomplishcontrollingachipmainly,thecircuitshavingexpandedcorrespondingouter-ringoncircuitalbasisofmonolithicmachineminimum74LS373,procedurememoryhavingdesignedthatthecommunicationinterfacecircuit,hasadoptaddresslockexistimplementgettingoffplacemachineandsuperordinationmachine2716,I/Oexpandsachip8255,decoder74LS138,Circuitdemonstratinganinterface8279,theLEDdisplayscreenisthatthelight-emittingdiodearrangesmosaicwith16×16'smatrixesbecomingthegiganticflatsurface,thedisplayscreenacceptsCPUcontrollingrealtimedisplayorcirculationbroadcastscharacters,computercntrolandMultimediameltinanintegralwhole,thearrangementofideasdemonstratinganimageisrich,thethirddimensionisstrong,thepromptpowerdissipationofchangeislowandlife-spaniselder.

Accordingtolargescreendisplaynavar,inpeople,extensiveuseindailylife,designsonekindofthelargescreendisplayscreenapplicationinthestation,thebillboardforthispurpose.

Besystem'sturntobecomposedofhardwarepartandsoftwarepart.Thehardwarepartincludesmonolithicmachinechoice,outsideprocedurememoryexpansion,displaymoduledesign,includeamongthem:

Horizontalscanningdrivescircuitandthecolumnscanningthedesigndrivingacircuit.Thesoftwarepartisincluded:

Showandcontrol;AfewpeculiarsigndisplaysuchasChinesecharacterexplanation,rollingandbrand.

Keywords：

AT89S51;callsystem;LEDdisplay

目录

目录I

第1章绪论1

1.1大屏幕的发展状况1

1.2LED大屏幕及其应用2

1.3研究LED大屏幕的目的及意义3

第2章方案论证4

2.1总体结构设计4

2.2大屏幕显示系统的基本构成5

2.3系统的工作时序6

2.4大屏幕显示器工作过程8

2.5显示器电路设计8

2.5.1LED结构与原理8

2.5.2LED显示方式9

第3章系统的硬件设计10

3.1AT89S51的最小系统10

3.1.1AT89S51功能简介10

3.2晶振电路15

3.3复位电路16

3.4程序存储器17

3.5地址计数器和时钟脉冲源19

3.6译码器电路21

3.7地址锁存器21

3.8扫描电路22

3.9并行I/O接口扩展芯片23

3.9.18255可编程并行I/O接口的结构23

3.9.28255的工作方式24

3.10显示接口电路27

3.11串行通信口接口电路31

3.12电源电路设计33

3.13汉字点阵信息的获取33

第4章系统的软件设计35

4.1软件设计总体思想35

4.2系统流程图设计35

4.3系统主程序设计37

第5章结论43

参考文献44

致谢45

附录Ⅰ46

附录Ⅱ55

附录Ⅲ66

第1章绪论

现代社会已经迈入信息化时代，大量的信息通过“信息高速公路”传送着，

图像是人们感受信息的直接方式之一。

研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，近2/3的信息是通过眼睛获得的。

而图像显示技术:

正是为人们提供各种各样重要信息的一个窗口。

进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于社会生活的各个方面。

目前已经开发和应用的各类显示设备有:

液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、真空荧光显示器、发光二极管（LED）等等。

其中，LED作为一种新型的显示设备，从一问世，就引起了世人的极大关注。

大屏幕的发展状况

在使用LED技术设计和制造大尺寸显示屏幕这一领域，SACOSMARTVISION公司处于世界领先地位。

该公司推出的LED显示屏采用数百万个分散的红、绿、蓝LED制造而成:

提供的分辨率和观察视角要远远好于任何一种投射或者层叠大尺寸显示器。

该公司为纽约时代广场制造的纳斯达克全彩屏最为闻名，这台超级显示屏面积为120英尺X90英尺，由1900万只超高亮度的蓝、绿、红色LED组成，该屏不仅具有巨大的尺寸，而且具有良好的分辨率和多功能胜。

在高亮度大屏幕视频显示技术方面，JumboTron系统被公认为是世界的领先者。

JumboTron的技术特点在于采用了独特的图像控制器，确保了图像的高清晰度。

目前，全世界有23个国家在使用JumboTron超大屏幕电子显示屏，总使用面积已超过14000平方米。

我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，国内的LED显示屏发展经历了三个阶段:

（1）1990年以前LED显示屏的成长形成时期

一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开,另一方面，显示屏控制技术基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。

这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内没有广泛使用。

（2）1990-1995年，LED显示屏迅速发展的时期

进入90年代后，国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。

LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏，一直到全彩色视频显示屏的发展过程。

无论在器件域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、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。

总之，在LED大屏幕材料研制方面，单色、多色LED点阵模块产品己经很成熟，目前的发展万向为全彩色LED显示屏;在产品方面,大屏幕朝标准化、大型化和小型化的方向发展。

LED大屏幕及其应用

发光二极管（LED）是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件。

七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能方面得以提高，并迅速进入批量化和实用化。

进入八十年代后，开始出现平板显示产品即LED显示屏。

大屏幕LED显示屏是一种新型的信息显示媒体，它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，以发光效率高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、组态灵活、色彩丰富等特点，在短短的十来年中，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。

随着计算机技术和半导体技术的发展，把计算机技术和先进的半导体技术连接起来，使LED大屏幕显示系统成为集计算机控制技术、视频技术、光电子技术、微电子技术、通信技术、数字图象处理技术为一体的显示设备。

它己成为既可以播放来自于计算机的动态视频信息，也可以播放来自存储设备的静态图象的综合的多功能的大型显示设备。

LED显示屏的应用涉及到社会经济的许多领域，主要包括:

（1）机场航班、港口、车站旅客引导信息显示。

以LED显示屏为主体的信息系统和广播系统、票务信息系统、列车到发显示系统等共同构成客运枢纽的自动化系统。

（2）证券交易、金融信息显示。

在证券行情屏、银行汇率屏、利率屏等方面应用占较大比例，是LED显示屏的主要需求行业。

（3）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。

（4）道路交通信息显示。

随着智能交通系统的兴起，在城市交通、高速公路等领域，LED显示屏作为可变情报板、限速标志等也有较大发展。

（5）高校教学管理信息发布显示。

为学生、教师提供方便快捷的获取信息的手段为最大限度地减少教学事故、维护良好教学管理提供帮助。

研究LED大屏幕的目的及意义

LED显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅速发展而形成的一种电子广告媒体，它越来越广泛地应用到工业、交通、金融及信息广告等各行业。

如今LED显示屏的应用越来越向面积大和分辨率高两个方向发展，进而增加了传统存储数据的量。

而目前，各种大屏幕LED显示屏的控制常采用的是8位或16位的微处理器，由于这些微处理器系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题，已难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的嵌入式应用场合。

本课题针对目前大屏幕LED显示系统存在的问题，结合当今先进的微控制器产品、控制技术和通信技术，实现高性能、低成本、低功耗、小体积的大屏幕LED控制器。

所以，通过RS232,RS485方式与PC机进行近距离的通信，采用AT89S51单片机就能满足需要远距离控制的使用要求。

第2章方案论证

总体结构设计

该系统由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分包括单片机的选择、外部程序存储器和数据存储器的扩展，显示模块的设计，其中包括：

行扫描驱动电路和列扫描驱动电路的设计。

软件部分包括：

上位机的数据组织及通讯处理程序，和单片机系统的控制驱动程序。

本文主要介绍后者。

显示与控制；显示模块有测量参数的显示；测量幅值光柱模拟显示，测量值的汉字说明、滚动及等一些特殊符号的显示.

系统以单片机为控制核心，外扩EPROM型和RAM型数据存储器各一片，存储器的容量可根据显示系统每屏显示的字数决定，由于AT89S51的寻址空间为64KB，直接寻址时每屏最多可显示16×16字库中的汉字2048个，要增大每屏显示汉字的个数，还可通过P1口扩展单片机的寻址范围。

在较小字符个数的系统中，64K空间分别分配给EPROM（用于固定信息显示）和RAM（用于与PC机的实时通信时存放点阵信息）以及不同的字型，符号等。

系统扩展了RS232接口，用于与PC机进行实时通信。

系统总体框图如图2.1所示。

图2.1系统总体框图

主控制电路选用AT89S51单片机，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

地址锁存器采用74LS373。

振荡电路采用XTAL1与XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器。

若为晶体振荡器则C1、C2为30uF，若为陶瓷谐振器则C1、C2为47uF，C1、C2对频率有微调作用，振荡频率范围是1.2～12MHZ。

复位电路采用MAXIM公司的复位和电源监测芯片MAX813，它可以保证上电或死机时系统可靠复位。

采用8279，它是一种专门用于键盘/显示器的可编程接口电路，能自动向数码管显示器输出显示代码和位代码，使一种功能较强、使用方便灵活的可编程键盘/显示接口电路。

译码器采用74LS138，它的3个输入端接8279的SL0~SL2。

显示部分采用LED显示屏它是发光二极管以16×16的矩阵式排列而成，其中发光二极管采用7407作为驱动器，显示器的行线由8279的RL端提供，列线由74LS138的输出端提供，发光二极管接在每个行线和列线之间。

大屏幕显示系统的基本构成

PC机控制LED点阵显示系统主要由主控PC机、通信部分、扫描控制、LED显示部分和行列驱动等部分构成。

这几大部分都是各自相对独立的自治系统，虽然它们各自完成各自的功能，但相互间还有联系及数据信息的交换，各种条件相互制约，在系统的协调下统一工作。

系统的基本组成如图2.2所示。

图2.2大屏幕显示系统的基本组成框图

PC机与通信接口主要靠RS232总线通信，一般以IBM/PC及其兼容机作为系统的主控微机，用于接收用户的输入信息并向显示屏发送数据。

然后进行通信标准的转换即把RS-232总线标准转换为RS-485总线标准。

下位机与上位机的通讯接口电路采用RS—485，RS—485串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗干扰能力。

又因为它的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达1200m，传输率可达1Mbps。

RS—485的两线间的电压差为2.6V，接口信号电平比RS—232大大降低了，就不容易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

RS—485通讯接口采用两根线之间的电压来表示逻辑1和逻辑0，发送方与接收方仅需要2根传输线。

其他部分用来接收RS-485总线标准的数据并向显示模块发送显示数据。

控制部分作为显示屏的核心则主要进行系统进程的控制、数据的存储发送以及外部控制信号的输出。

显示部分根据需要由一定数量的显示单元构成，按显示单元划分为若干显示区域，并采用分布式扫描技术，各单元独立进行扫描显示。

附属功能控制部分主要是执行如打铃控制信号的输出等一些附属控制功能，它是在控制部分的管理、监控下完成其功能的。

系统的工作时序

微机控制LED点阵显示系统的功能及工作过程微机控制LED点阵显示系统主要用在公共场所显示文字信息。

系统主要由微机、接口、电路采集、扫描电路、行驱动电路、电源及发光二极管点阵组成（如图1所示）。

微机输出的各种图形、文字、表格、时间及实时温度数据，由接口通过25m电缆传送至显示屏，显示屏扫描电路在贞同步脉冲同步下对段脉冲（fp）计数译码产生段驱动脉冲（fp1×fp16）,在段脉冲同步下对字节脉冲（fw）计数译码产生字节锁存脉冲（fw1×fw16）。

定时将对应段的16字节LED选通。

另外增加了对现场温度的实时采集、显示。

系统供电由三部分组成，第一部分是经稳压的+5V/5A×4路输出，为扫描电路。

行列驱动电路的TTL数字电路供电，第二部分是经过稳压的+5V/1A×4路输出，为了驱动电路供电。

第三部分+12V/25A×4路输出，为显示屏LED供电。

用户在微机上通过控制软件将编辑好的文字和相应的控制命令经通讯线路传至系统的控制部分，显示屏即可根据用户选择的方式逐页循环显示用户编辑好的文字。

本系统还具有脱机显示方式。

在这种方式下，用户将显示内容传至显示部分后，计算机就可以不再介入显示过程，显示系统就可以根据用户设定的模式显示所要显示的信息。

由于系统有内置时钟，故显示屏还可以循环显示日期、时间。

图2.3系统工作时序

大屏幕显示器工作过程

用户将待显示的信息输入主控计算机中，由计算机中的控制软件把输入的信息转换成相应的数据，经微机串行接口发送到RS-232数据总线上。

通信转换电路将RS-232标准的数据转换成RS-485标准，以便进行远距离传输。

主控部分的通信接口接收到RS-485标准的信号后，将其转换成CMOS电平信号存储在缓冲区内。

主控CPU识别控制命令及显示数据并执行相应的操作。

副CPU则从显示缓冲区取出显示数据发送给显示单元。

显示单元接收到本单元的数据后，按照规定的频率在本区域内独立进行扫描显示。

副CPU分别定时从双端口存储器和温度控制器中读出时间值、温度值，经查询字库后转换成显示数据送到显示单元。

系统的工作原理是：

显示汉字点阵数据存于EPROM中，单片机通过对EPROM寻址，取出点阵信息，并送往LED点阵屏，与PC机实时通信时，PC机从汉字操作系统（如UCDOS7.0）的点阵字库中取出点阵信息，送往RAM区，单片机再通过对RAM区的寻址，将点阵数据送往LED显示屏，实现实时显示功能。

系统通过扩展8279键盘显示电路，并让8279工作于中断方式（外中断）地完成了人机对话。

显示器电路设计

LED结构与原理

LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。

发光二极管显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。

当二极管导通时相应的一个点或一个笔划发光，就能显示出各种字符，LED显示块与单片机接口非常容易，只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连接即可。

8位并行输出口输出不同的字节数据可显示不同的数字或字符。

通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码或称字形代码，公共极称为位选线。

共阳极与共阴极的段选码互为补数。

从LED显示器的显示原理可知，为了显示字母数字，必须最终转换成相应段选码。

这种转换可以通过硬件译码器或软件进行译码。

如图2.4。

图2.4单个显示器的设计

LED显示方式

单片机完成显示屏的控制任务，主要程序用于循环显示固定信息，中断子程序的任务是实时通讯，接受遥控指令以及响应键盘。

控制过程是单片机将EPROM或RAM中的汉字点阵信息取出，按显示屏的字节顺序用并行口送往点阵屏内的数据锁存器之中，逐次点亮响应的字型笔画，送完一屏数据后，屏幕上即开始稳定显示所送信息。

上述操作被主程序循环执行，直到中断发生，程序转入中断程序。

其关键程序段如下：

MOVA，#点阵数据

MOVDPTR,#锁存器地址

MOVX@DPTR,A

主程序循环给显示屏传送数据的目的是为了定时对显示屏进行刷新，避免随机噪声对屏幕内容的干扰。

信息的显示方式（如滚动显示等）可以通过变换点阵数据的格式来实现。

单片机在执行主程序时，若遇到中断请求，则转而执行响应的子程序。

限于篇幅，本文不介绍这几个子程序。

由于显示数据被锁存于74LS373中，当单片机进入中断子程序时，屏幕内容将定格在中断到来时的显示内容上，直到信息被更新，不会引起混乱。

第3章系统的硬件设计

AT89S51的最小系统

下位机选用AT89S51单片机，安装在控制室。

AT89S51是由美国Intel公司生产的低功耗八位高性能单片机，其性能价格比高，并且到市场上很容易买到。

AT89S51功能简介

AT89系列单片机是美国ATMEL公司的8位Flash单片机产品，它以MCS-51为内核，与MCS-51系列的单片机软硬件兼容。

AT89S51单片机由运算器和控制器组成的微处理器、片内存储器ROM/RAMP0~P3组成的I/O端口以及各种存储器组成的特殊功能寄存器SFR和串行接口、定时/计数器、中断系统、震荡器等构成。

AT89S51单片机采用40引脚双列直插式封装和44引脚方形封装，如图3.1所示。

图3.1AT89S51管脚排列

引脚功能说明：

·VCC：

电源电压；

·GND：

地；

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/0口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL；

·P1口：

Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I