LED点阵汉字显示屏的设计方案.docx
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LED点阵汉字显示屏的设计方案
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
2013届本科毕业论文
（一号黑体居中）
LED点阵汉字显示屏的设计
院（系）名称
物理与电子信息学院（小三号黑体）
专业名称
物理学（小三号黑体）
学生姓名
张三丰（小三号黑体）
学号
090514111（小三号TimesNewRoman）
指导教师
何大壮教授（小三号黑体）
完成时间
2013年5月8日（小三号黑体）
目录
摘要……………………………………………………………………..……………...Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………….....Ⅱ
第1章概述…………………………………………………………………………….1
1.1LED点阵数码显示屏概述……………………………………………………..1
1.1.1LED的简介……………………………………………………….................1
1.1.2点阵的概述…………………………………………………………….........1
1.1.3LED点阵数码显示屏的前景和发展………………………………………..1
第2章单片机的基础知识………………………………………………………………3
2.1单片机的简介………………………………………………………..................3
2.1.1单片机的种类……………………………………………………………….4
2.1.2汇编语言及其优点………………………………………………………….4
第3章系统硬件设计………………………………………………………………….6
3.1硬件设计主框图………………………………………………………………..6
3.2LED点阵数码显示屏的驱动原理……………………………………………...6
3.38*8LED点阵连接成数码显示屏的硬件连接………………………………….7
3.4单片机与74HC595的硬件连接………………………………………………..7
3.589S51单片机、显示模块及驱动模块的硬件连接…………………………….7
第4章软件设计………………………………………………………………………..9
4.1显示原理………………………………………………………………………10
4.1.1LED的显示原理……………………………………………………………10
4.1.2点阵的显示原理…………………………………………………………...11
4.2设计思路………………………………………………………………………12
4.316点点阵字库字模的提取……………………………………………………12
4.4扫描输出框图………………………………………………………………...14
4.5主程序流程图…………………………………………………………………15
4.6逐字显示及从左到右滚动显示时的流程图…………………………………17
4.7程序……………………………………………………………………………17
第5章单片机的硬件与软件调试……………………………………………………21
5.1硬件调试………………………………………………………………………21
5.2软件调试………………………………………………………………………21
总结……………………………………………………………………………………22
致谢………………………………………………………………………..................23
参考文献……………………………………………………………………………..24
摘要
随着国民经济高速增长，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，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
本设计是为了实现单片机控制LED数码点阵显示模块从右到左滚动显示“九州光电科技”。
它以单片机89S51为核心，以公司生产的1588双色点阵为显示模块，以移位寄存器74HC595实现点阵的列扫描。
采用单片机汇编语言进行编程，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭，所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直接点阵画图），也可从标准字库中提取。
关键词单片机键盘显示LED点阵移位寄存器Abstract
Withnationaleconomyhighspeedgrowing,topublicthesituationreleasetheneedofinformationdaybydaymightiness,LEDmanifestationholdofemergenceattherightmomentorientationthismarketsituation,asaresultatLEDmanifestationholdofdesignmanufacturingtechniqueandapplicationleveltopallgotquickofexaltation,producealsogotquickofdevelopment,andgraduallyformationindustry,becomethenewlyarisenindustryrealmofphotoelectronprofession.ThisdesignisforthesakeofrealizationlistslicemachinecontrolLEDfigurespointmanifestationmoldpiecefromrightarriveleftrollovermanifestation"ninestatelightelectricityscienceandtechnology".Ittakelistslicethemachine89S51ascore,withthecompanyproduceof1588pairsofcolorpointismanifestationthemoldpiecescanbymovingatherowwhichdepositthemachine74HC595arealizationpoint.AdoptionlistslicethemachineeditcollectedmaterialslanguagetocarryonplaitdistanceandpassplaitdistancecontroleachmanifestationpointrightnessshouldLEDanodeandcathodecarryofelectricityeven,canvalidofcontroleachmanifestationpointofbrightputout,thecharacterlistshowofpointthedatacanwrite（namelydirectpointdraw）byoneself,canalsowithdrawfromthestandardtheworddatabase.
Keyword:
ListslicemachineKeyboardandDisplayLEDPointMovetodepositamachine
第1章概述
1．1LED点阵数码显示屏概述
1．1．1LED的简介
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过度层p-n结，注入的少数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
LED在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。
LED具有效率高、光线质量高、能耗小、寿命长等特点，主要可用于平面显示领域、便携设备显示屏、照明以及红外线LED领域等下游应用产品市场。
与传统的照明工具相比，LED照明产品，尤其是氮化镓基（GaN）白光LED照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性。
1．1．2点阵的概述
LED点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。
具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。
点阵显示器有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等。
LED点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等多种；
根据像素的数目分为等，双基色、三基色等，根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同，单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。
图1--5示出几种LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可实验获得。
LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号．如5x7点阵显示器用于显示西文字母．5×8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵用于显示中文文字，也可用于图形显示。
用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。
1．1．3LED点阵数码显示屏的前景和发展
LED电子显示屏是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，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，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。
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。
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。
同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。
目前大多数的LED点阵显示系统自带字库。
其显示和动态效果（主要是显示内容的滚动）的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行。
而实际上经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。
这时一般的显示系统就很难达到要求。
另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。
本文提出一种利用PC机和单片机控制的LED显示系统通讯方法。
该方法可以对显示内容（包括汉字和特殊图符）进行实时控制，从而实现诸如闪动、滚动、打字等多种动态显示效果。
该方法同时还可以调节动态显示的速度，同时用户也可以在PC机上进行显示效果的预览，显示内容亦可以即时修改。
另外，通过标准的RS232／485转换模块还可以实现对显示系统的远程控制。
在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，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，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
第2章单片机基础知识
2.1单片机简介
单片微型计算机（singlechipmicrocomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的RAM和ROM以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。
1976年Intel公司推出的MCS—48系列8位单片机，以其体积小，功能全，价格低等特点赢得了广泛的应用。
MCS—48为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。
在MCS—48成功的激励下，许多半导体公司和计算机公司竞相研制和开发自己的单片机系列。
其中包括MOTOROLA,Zilog,Philips,Atmel等公司的产品。
尽管目前单片机品种繁多，但其中最具有典型性的当数Intel公司的MCS—51系列。
MCS—51系列是在MCS—48系列的基础上于80年代发展起来的，虽然它仍然是8位单片机，但其功能较MCS—48有很大的增强。
此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资源丰富的特点，因此应用较为广泛，成为继MCS—48之后最重要的单片机品种。
直到现在，MCS—51仍不失为一种单片机是主流芯片。
在8位单片机之后，16位的单片机也有很大的发展。
例如，1983年Intel公司的MCS—96系列单片机就是其中的典型代表。
与MCS—51相比，MCS—96不但字长增加了一倍，而且还具有4路或8路的10位的A/D转换功能。
此外，在其他性能方面也有一定的提高。
在单片机的基础上发展起来的嵌入式系统已成功进入商业市场。
嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软，硬件可裁减，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统。
1981年，ReadySysten开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核，这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务间通信，同步与相互排斥，中断支持，内存管理等功能。
此后一些公司也纷纷推出了自己的嵌入式操作系统，这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：
它们均采用占先式的调度，响应时间短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁减性。
可扩充性和可移植性，可移植到各种处理器上，较强的实时性和可靠性。
适合嵌入式应用。
如今，实时内核逐渐发展为多任务操作系统，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。
嵌入式系统由软件和硬件两大部分组成。
从硬件方面来讲。
嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。
据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，其中8051体系占大多数。
嵌入式系统的软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成。
操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序。
操作系统有两个基本功能：
使计算机硬件便于使用，高效组织和正确使用计算机系统。
如今，嵌入式系统主要应用于工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，POS网络及电子商务，环境监测，机器人等领域。
单片机具有以下特点：
1）小巧灵活，成本低，易于产品化。
它能方便的组合成各种智能化的控制设备及各种智能仪器与仪表。
2）面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的价格性能比。
3）抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠性工作，这是其它机种无法比拟的。
4）可以很方便的实现多机和分布控制。
使整个控制系统的效率和可靠性大幅度提高。
单片机具有体积小、功耗低，价格便宜等优点，近年来还还开发了一些以单片机母片为核（如80C51），在片中嵌入更多功能的专用型单片机（或者叫专用微控制器），因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。
8051是MCS51系列单片机的一个产品。
MCS51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机，在本设计中我选用的是89S51。
2.1.1单片机的种类
单片机可按应用领域、通用性、总线结构分类。
（1）按应用领域分为：
家用类、工控类、通信类、个人信息终端等。
（2）按通用性分为：
通用型和专用型（如计费率电表、电子记事本）。
（3）按总线结构分为：
总线型和非总线型。
单片机的供应状态按提供的存储器类型可分为以下五种状态。
（1）MASKROM类：
程序在芯片封装过程中掩膜工艺制作到ROM区中，如80C51，适合大批生产。
（2）EPROM类：
紫外线可擦写存储器如87C51，价格较贵。
（3）ROMless类：
无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，较少用。
（4）OTPROM类：
可一次性写入程序。
2.1.2汇编语言及其优点
本设计采用的是汇编语言编程，所以下面我们对汇编语言及其优点做一些简介。
汇编语言（AssemblyLanguage）是面向机器的程序设计语言。
在汇编语句中，用助记符（Memoni）代替操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替地址码。
这样符号代替机器语言的用二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。
于是汇编语言亦称为符号语言。
使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序。
汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。
汇编语言把汇编程序翻译成机器语言的过程称为f汇编。
作为最基本的编程语言之一，汇编语言虽然应用的范围不算很广，但重要性却勿庸置疑，因为它能够完成许多其它语言所无法完成的功能。
汇编语言的主要优点有：
1）速度快，可以直接对硬件进行操作（这对诸如图形处理等关键应用是非常重要的）2）能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口3）能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制4）能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁5）能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度6）能够最大限度地发挥硬件的功能。
第3章系统硬件设计
3．1硬件设计
主框图如下图3-1所示：
图3-1硬件设计主框图
单片机的P1、P2口控制8*8点阵行信号，P0.0作为74HC595DS扫描信号的输入，P0.1、P0.2作为SCK和RCK时钟脉冲信号的输入。
SCK为串行输入右移寄存器的时钟信号，RCK为并行输出时钟脉冲。
SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。
3.2LED显示屏的驱动原理
24片8*8LED点阵，成两行12列，组成6位16*16显示单元。
每一只74HC595驱动一片8*8LED点阵。
74HC595的8位并口Q0～Q7分别对应8*8LED点阵公共阳极A1～A8，我们是通过列扫描实现全屏显示。
同一时刻只能将信号加到某一列，使该列的LED通过所对应的信号将其点亮。
我们要把信号加到指定的那一列是由74HC595的移位脉冲控制的，当我们高电平脉冲移到下一位时，我们的LED点阵下一位公共阳极就被驱动，信号也就加到了该列，这样便实现了扫描。
每一只二极管的驱动电流是10mA,当某一列的二极管全点亮时,驱动电流I=10X8mA=80mA。
我们的74HC595能够满足驱动力，不会影响当某一列全点亮时所至该列亮度偏暗。
3．38*8LED点阵连接成显示屏的硬件连接
因为要显示6个字并且我使用16*16点阵的方法，所以需要24块1588点阵模块。
1588是红绿双色点阵，共有24个PIN脚，在本次设计当中我们只使用的红色LED，也就是没有接绿色LED的PIN脚，通过单片机P1口和P2口作为行信号与1588的行连接，通过74HC595对1588的列进行扫描，每块1588都对应一块74HC595。
3．4单片机与74HC595的硬件连接
单片机与74HC595的硬件连接如下图3-2所示：
图3-2单片机与74HC595的硬件连接图
单片机的P0.0端口与第一块74HC595的DS（串行移位输入）相连，第一块74HC595的Q7端口（串行输出）与第二块的74HC595的DS相连，用以当列扫描信号移位到第一块74HC595的Q7时驱动第二块74HC595，同理第二块的74HC595的Q7端口（串行输出）与第一块的74HC595的DS相连依次下去。
单片机P0.1端口与74HC595的SHCP移位寄存器时钟输入相连，通过软件的置一和清零给74HC595送入移位寄存器时钟信号，然后在STCP的上升沿送到存储寄存器端口。
单片机的P0.2端口与74HC595的MR（复位）相连，当给P0.2低电平时74HC595都处于复位状态。
3．589S51单片机、显示模块及驱动模块的硬件连接
89S51单片机、显示模块及驱动模块的硬件连接如下图3-3所示：
1）单片机P1口和P2口作为行信号与点阵的行连接，P0口的0，1。
2）端口与74HC595相连，通过控制74HC595对点阵的列进行扫描，然后通过P1口和P2口输入的行信号点亮。
图3-389S51单片机、显示模块及驱动模块的硬件连接图
第4章软件设计
4．1显示原理
4．1．1LED的显示原理
数码管是由8个发光二极管构成的显示器件，如图4-1为发光亮段，可显示0～9十个数字。
在数码管中，若将二极管的阳极连接在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极连接在一起，称为共阴极数码管如图4-2当发光二极管导通时，它就会发光。
每个二极管就是一笔画，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。
将单片机的I/O口与数码管的a—g及h相连，高电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的大妈，就可以控制数码管的显示不同的字符。
例如：
当I/O口输出的代码为00111111时，数码管显示的字符为0。
这样形成的显示字符的代码称为显示代码或段选码。
8×8点阵LED显示器组成原理图如下图4-3所示，8×8点阵LED引脚的排列图如图4-4：
图4-38×8点阵LED显示器组成原理图
图4-48×8点阵LED引脚的排列图
十六进制数
hgfedcba
显示代码
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
.
00111111
00000110
01011011
01001111
01100110
01101101
01111101
00000111
01111111
01101111
01110111
01111100
00111001
01011110
00111110
01110001
00000000
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
7FH
6FH
77H
7CH
39H
5EH
79H
71H
80H
表4—1十六进制数字的显示代码
数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态显示方式。
在静态显示方式下，每位数码管的a—g和h端与一个8位的I/O口相连。
要在某一位数码管上显示字符，只要从对应的I/O口输出并锁存其显示代码即可。
其特点为：
数码管中的发光二极管恒定的导通和截止，直到显示字符改变为止。
动态显示方式的每位数码管都需要一个数据锁存器，因此，其硬件电路较为复杂。
但它的显示程序非常简单。
在动态显示方式中，各位数码管的a—g和h端并连在一起，与单片机系统的
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