16×16点阵式LED显示屏毕业设计说明书_精品文档.doc
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浙江工业大学博士学位论文
毕业设计说明书
课题名称：
点阵式LED汉字显示屏的设计
学生姓名戴沛夷
学号0906061110
二级学院（系）电气电子工程学院
专业应用电子技术
班级电子0911
指导教师阮越广
起讫时间：
2011年 11月 1日～ 2012年 1月 6日
31
浙江机电职业技术学院毕业设计说明书
点阵式LED汉字显示屏的设计
摘要
本设计所使用的是AT89C51高性能CMOS8位微处理器作为主控制模块。
利用简单的外围电路来驱动16×16的点阵LED显示屏。
利用AT89C51单片机本身强大的功能和E²PROM可以很方便的实现单片机与PC机之间的数据传递及存贮。
并能够利用仿真软件可以很方便的进行仿真调试，和显示内容的多样化。
LED汉字点阵广泛应用于银行，机场，港口等公共场所。
所以本设计具有很强的应用性。
本课题利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真设计，完成了系统的硬件电路设计和软件编程，并进行了仿真调试，实现了汉字在点阵式LED显示屏上的滚动显示，达到了仿真设计的目的。
关键词：
仿真；显示；点阵；微处理器；控制模块
Abstract
ThisdesignisusedAT89C51MCUasamaincontroller,anddependonasimpleexternalcircuittodriver16×16latticeLEDdisplay.ByusingitsownpowerfulfunctionsandcapacityofinternalE2PROM.ItiseasytoaccomplishtheMCUandthePCandE2PROMforinternalstorage,datetransmissionequipment,anditalsocanbeusedshowavarietiescontentchanges.TheotherdotmatrixdisplayiswildelyusedinBanks,Airports,Portsandotherpublicplaces.Therefore,thedesignhasstrongpracticalapplication.WiththehelpofProteusanembeddedsystemsimulationflat,rollingChinesecharacterdisplayondot-matrixLEDwassimulated.Hardwarecircuitandprogramswerefinishedintheembeddedsystemflat.AndSimulationdebuggingwascarriedon,whichfulfilledtherollingChinesecharacterdisplayondot-matrixLED.ByProteussimulation,theanticipateddesigngoalwasreached.
Keywords:
Simulation;Proteus;Display;dot-matrix;
目录
摘要 I
第1章绪论 1
1.1引言 1
1.2 设计课题的背景知识 1
1.3LED的扫描方式 3
第2章方案设计 5
2.1任务要求 5
2.2方案设计 5
第3章硬件设计 6
3.151单片机简介 6
3.2主电路设计 9
3.3显示驱动电路 10
第4章软件设计 13
4.1任务说明 13
4.2软件设计 13
第5章仿真及调试 15
5.1PROTEUS及KEIL的简介 15
5.2仿真步骤 16
总结 18
附录A元器件清单 19
附录B源程序 20
附录C仿真结果 26
参考文献 30
致谢 31
第1章绪论
1.1引言
点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。
例如，车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的起飞时间表。
点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图型的变化，达到广告宣传和提示的目的。
Proteus是一款新颖的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，特别适用于单片机仿真，能够在线、实时仿真多种类型的单片机，诸如MCS-51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机等，能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。
1.2设计课题的背景知识
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。
如图所示
LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。
这些优点概括起来是：
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。
LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。
现代LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，实际情况是：
很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以本课题只是简单的研究一下用单片机驱动的LED移动显示汉字以及Proteus的应用，本课题的目的有一下四点：
一是亲手制作一个简单实用的显示文字的LED点阵；二是通过制作LED点阵增强对LED点阵的了解和应用，以及复习巩固单片机知识；三是通过此次课题可以掌握一些仿真软件比如：
Proteus,Keil3,PCtoLCD汉字取模软件。
四是通过这个课题可以培养我们独立思考，动手实践的能力
图1-1LED的应用
LED点阵显示器是由一串发光或是不发光的点状（或条状）显示器按矩阵的方式排列组成的，其发光体是（LED发光二极管）。
LED的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16点阵），常用的汉字取模软件有PCtoLCD等。
将字模文件保存形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。
不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。
通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。
对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。
当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。
这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。
显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。
文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。
组成一个字的点阵，其大小也可以有8×8、16×16、24×24、32×32、48×48等不同规格。
当前，LED点阵显示器的应用十分广泛。
下图为8×8点阵LED的等效电路图和外观及引脚，16×16的诸如此类的。
图1-28×8点阵LED等效电路图
图1-38×8点阵LED外观及引脚图
1.3LED的扫描方式
点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为如下三种方式：
①点扫描；
②行扫描；③列扫描；若采用第一种方式，其扫描频率F必须大于16×64=1024Hz,周期小于1ms。
若采用第二种和第三种方式，则F必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms才可以符合视觉暂留要求。
此外一次驱动一行和一列是需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。
根据位选线与段选线的连接方法不同，LED显示器可以分为静态显示和动态显示两种方式。
段选线控制字符选择，位选控制显示位的亮暗。
LED在显示某一字符时，其显示驱动电路要具有锁存功能，由单片机送出的显示驱动码一经送出后，在不改变显示内容的情况下该驱动吗一直保持到下一个字符为止。
这是LED的静态显示。
因为LED的静态显示要占用大量的I/O口，硬件电路也比较复杂，为了简化电路，降低成本，可采用动态显示的硬件接法是将所有的LED显示器的段选线并在一起，接到一个8位的I/O口上，而位选线则分开接到各自的控制I/O线上。
由于各LED的段选线是接到一起的，如果不加控制，在显示字模时各LED会显示出同样的内容，为解决这一问题，应使LED在每一个时间段内只显示一位，在此期间只使一位LED的位选线有效，则在此期间只有一位LED显示，其他的则不显示。
各LED在一个显示周期内分别显示一段时间，当一个显示周期足够短时（小于10ms）,由于人眼的视觉暂留特性，使人感觉每个LED都在亮。
第2章方案设计
2.1任务要求
①选用合适的51系列单片机并设计一个点阵汉字显示屏。
②显示屏有一块16×16点阵LED显示器组成，通过按键可以实现逐字、向左右移动显示4个汉字的功能。
③完成相应的软硬件设计。
④可以通过制作实物或利用PROTEUS仿真软件完成调试。
2.2方案设计
LED点阵总体框图如图所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。
控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。
在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。
点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。
由于两部分的电路在制板时可以放到一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。
此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。
由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源的一端接通）。
另一方而，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。
接通的列，就在该行该列点燃相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。
图2-1系统框图
第3章硬件设计
3.151单片机简介
单片机（Microcontroller，又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时
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