1、畢 業 設 計（論文）（說 明 書）應用電子技術專業畢業論文：基于單片機1664點陣設計題 目： 姓 名： 編 號： xxxxxx技術學院 2013 年 5 月 10 日摘 要led點陣廣告牌在大街小巷隨處可見，它的應用領域現在極其廣泛。像證券交易、金融信息的顯示，led顯示屏需求量都是非常大的。而這些led的最基本單元都是8*8的點陣，它是組成漢字及其其它圖形的基礎。本次的設計就是采用單片機作為主要控制單元核心，來實現一個簡單的led點陣漢字顯示系統。通過單片機對行列掃描的控制，配合程序的運用，來實現顯示、滾動、暫停以及調速。漢字的顯示就是字模以極快的速度在屏幕上循環，超過一定的速度，由于人

2、眼的暫留效應，就會認為是完整地顯示了漢字。把字模按一定的速度依次調用顯示，在我們視線中就好像字體在滾動。在本次的設計中，主要用到了單片機的串口通信技術，這樣不僅節省了單片機io口的數目，而且是程序更加簡潔。led顯示漢字技術相信在將來還會得到更加廣泛的應用，它在我們日常生活中占得地位相信也會愈來愈重要。關鍵詞：stc89s52rc；led點陣顯示屏；串并轉換器；鎖存器；驅動電路目 錄第一章 緒論11.1 課題研究背景11.2 研究現狀及發展趨勢11.3 論文主要內容2第二章 方案論證與選擇42.1 系統硬件方案42.1.1 顯示屏主控制器42.1.2 通信系統52.1.3 硬件設計方案62.2

3、 系統軟件方案62.2.1 單片機編程語言72.2.2 系統軟件編譯器介紹8第三章 硬件設計93.1 硬件系統的總體設計93.2 單片機系統設計93.2.1 stc89s52rc簡介93.2.2 stc89s52rc單片機引腳功能103.2.3 復位電路設計113.2.4 時鐘電路123.2.5 電源電路123.3 控制單元設計133.4 驅動電路設計143.4.1 列驅動143.4.2 行驅動173.4.3 點陣屏分類183.4.4 點陣工作原理193.5 系統總電路圖21第四章 軟件設計224.1 主程序設計思想及流程圖224.2 顯示驅動程序設計23第五章 制作與調試265.1 系統硬件

4、部分調試265.1.1 短路與虛焊檢測265.1.2 上電測試265.2 系統軟件調試265.3 總結27參考文獻29致謝30第一章 緒論1.1 課題研究背景led顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬到幾十萬個半導體發光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的led像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色led的開發已經達到了實用階段。led顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點。在短短的十來年中，led點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功

5、耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定的優點迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。led的發展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性、可靠性、全色化方向發展。led顯示屏的應用涉及社會經濟的許多領域，主要包括證券交易、金融信息顯示、機場航班動態信息顯示、港口、車站旅客引導信息顯示、體育場館信息顯示、道路交通信息顯示、調度指揮中心信息顯示、郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳及信息顯示、廣告媒體新產品等。1.2 研究現狀及發展趨勢1. 我國led產業發展現狀經歷了多年的發展,我國led產業已從購買芯片、外延片生產應用產品，

6、逐步發展到自主生產外延片和芯片的階段，并且已具備一定技術和產業基礎。初步形成從外延片生產、芯片制備到器件封裝、集成應用等比較完整的產業鏈。我國上游產業的現狀，一是參與單位多，主要單位有中科院半導體所、中科院物理所、電子工業集團第十三電子研究所、北京大學、清華大學、南昌大學和一些企業；但是這些參與單位都想建立自己產能，起始階段產能都不大，整個產業看起來資源分散，沒有規模；而且科研院所都想建立自己的產能，在技術輸出上排外，而實際上各科研單位某一時間突破的可能僅是產業技術鏈的某一環節，整體上產業化條件還不具備，這樣雖然每年看起來各個方面的技術都在突破，但產業化效率非常低；二是與國際先進水平比較,整體

7、上一般芯片的亮度、發光效率、抗靜電能力、抗漏電能力以及品質控制水平與國際廠家仍有差距。三是能滿足市場需要且規模化生產的企業少，封裝所需芯片尤其高檔芯片主要靠進口。值得一提的是經過多年的發展，我國led顯示屏廠商已經具有了很強的實力，雖然擁有dak、lighthouse、darco等知名顯示屏廠商的競爭，但國內led顯示屏廠商還是占據了國內市場的大部分份額，國內已經涌現了一批如上海三思、北京利亞德、西安青松等優秀企業，國內顯示屏市場吸收了很大一部分芯片產能，對促進國內上中游發展壯大起了重要作用。國內生產的顯示屏、景觀照明燈具等led應用產品已經出口到美國、歐盟等國家和地區。2. led顯示屏的發

8、展前景從led產業全球分工來看，在led上游外延片、芯片生產上，美國、日本、歐盟仍擁有巨大的技術優勢，中國臺灣已經成為全球重要的led生產基地。目前全球形成了以日、美、德為產業龍頭，中國臺灣、韓國緊跟其后，中國大陸、馬來西亞等國家和地區積極跟進的梯隊分布。雖然中國在led外延片、芯片的生產技術上距離國際先進水平還有一定的差距，但是國內龐大的應用需求給led下游廠商帶來巨大的發展機會，這為我國led產業的發展提供了良好的機遇。現代信息社會中，作為人-機信息視覺傳播媒體的顯示產品和技術得到迅速發展，進入二十一世紀的顯示技術是平板顯示的時代，led顯示屏作為平板顯示的主導產品之一無疑會有更大的發展，

9、并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產品。高亮度、全彩化藍色及純綠色led產品自出現以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業化條件、基礎材料的產業化。使led全彩色顯示產品成本下降，應用加快。led產品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優勢，預計在未來幾年的發展中，全彩色led顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替傳統的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產品，體育場館的顯示方面全彩色led屏更會成為主流產品。全彩色led顯示屏的廣泛應用會是led顯示屏產業發展的一個新的增長點。未來led顯示屏會

10、向著標準化、規范化，產品結構多樣化的方向發展。3. 選題意義該設計課題使我們能夠掌握led顯示屏的基本顯示原理和設計方法，對led顯示屏這個行業有了較為深刻的了解和認識。并且對大學期間所學習的一些理論進行了實踐，使我們對所學過的理論知識有了新的認識。并且通過該設計課題掌握了51單片機的的軟硬件開發工具的使用方法，為以后從事相關行業的工作積累了實際工作經驗。目前我國的信息行業發展迅速，作為主要平面顯示媒介的led顯示屏的作用也越練越廣泛，相關的從業人員也會越來越緊缺。但同時應該清楚的認識到我國的led技術雖然發展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此此課題不論是對自己的就業還是對我國led顯示

11、技術的發展都有非常現實與積極的意義。1.3 論文主要內容針對設計題目的特點，作者對論文的內容和結構將做如下安排：1. 初步方案的論證和選擇搜集題目的有關資料，并參照目前通用的設計思想和設計方法擬定幾套設計方案進行分析比較。最終選定了以單片機為核心控制器件，外加行驅動電路和列驅動電路的設計方案。2. 方案實現以設計方案為指導思想選擇合適的器件來實現這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經過對比選擇選定stc89s52rc單片機為核心控制器件，由74ls154和sdm495為行驅動電路器件，74hc595為列驅動電路器件。論文列出了詳細的器件參數和在系統中的連接使用方法。3.

12、軟件編寫 根據硬件特點和設計要求，軟件選用c語言編寫。程序按功能分為靜態顯示、動態顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個編寫和調試，最后將獨立的模塊整合起來。4. 結論設計完成后對設計中所遇到的問題、經驗教訓、以及自己的想法進行總結。第二章 方案論證與選擇2.1 系統硬件方案大多數的led顯示屏都在戶外，所以對硬件的質量要求非常的高。為方便檢修和維護硬件電路設計時常常采用模塊化的設計方法。硬件的設計采用模塊化設計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統兼容。如圖2-1所示，根據顯示系統的功能特點確定系統硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統三部分組成。單片機通過通信部分發

13、送控制指令和顯示內容代碼，執行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內容和顯示方式。 通信部分控制部分顯示部分圖2-1 系統硬件組成框圖2.1.1 顯示屏主控制器控制部分是整個系統的核心部分，其功能為發送數據和控制指令處理后控制顯示部分顯示內容。其常用的電子設計方法有單片機、dsp、及eda技術。幾種設計方法比較各有其特點：1. 單片機單片機是集成了cpu，rom，ram和i/ o口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合于工業控制，因此又叫微控制器(mcu)。單片機品種齊全,型號多樣 cpu 從8，16，32到64位，多采用risc 技術，片上i/o非常豐富，有的單片機集成有a/ d

14、，“ 看門狗”，pwm，顯示驅動，函數發生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規模集成電路的發展，nmos工藝單片機被cmos代替，并開始向hmos 過渡。供電電壓由5v 降到3v，2v甚至到1v，工作電流由ma降至a ，這在便攜式產品中大有用武之地。2. dsp 芯片dsp 又叫數字信號處理器。顧名思義，dsp主要用于數字信號處理領域，非常適合高密度，重復運算及大數據容量的信號處理。現在已經廣泛應用于通信、便攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像、航空、家用電器、醫療設備等領域，dsp具有修正的哈佛結構，多總線

15、技術以及流水線結構。將程序與數據存儲器分開，使用多總線，取指令和取數據同時進行，以及流水線技術，這使得速度有了較大的提高。dsp區別于一般微處理器的另一重要標志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實現乘法，逐條執行指令，速度慢。而dsp 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如tm320 系列的firs ，lms，macd指令等。3. edaeda(即electronic design automation) 即電子設計自動化，它是以計算機為工具，在eda 軟件平臺上，對用硬件描述語言hdl 完成的設計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化、邏

16、輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設計者只需用hdl 語言完成系統功能的描述，借助eda工具就可得到設計結果，將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現。由于fpga/cpld可以通過軟件編程對該硬件的結構和工作方式進行重構，修改軟件程序就相當于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機。而且mcu和dsp都是通過串行執行指令來實現特定功能，不可避免低速，而fpga/cpld則可實現硬件上的并行工作，在實時測控和高速應用領域前景廣闊；另一方面，fpga/

17、cplp器件在功能開發上是軟件實現的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。三種設計方式相比較各有優點且都能夠實現控制功能，但單片機的技術門檻較低開發成本也較低非常適合初學者進行學習和鍛煉使用。現在市場上常用的單片機主要有mcs-51、avr、arm、pic等。其中應用最廣泛的單片機首推intel的51系列，由于產品硬件結構合理，指令系統規范，加之生產歷史“悠久”，有先入為主的優勢常作為單片機學習的教材。且51系列的i/o腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各i/o口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇

18、中選定51系列單片機作為控制部分的核心器件。2.1.2 通信系統通信部分要滿足的設計要求就是穩定、快速、簡單易實現。計算機數據通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。1. 并行通信并行通信時數據的各個位同時傳送，可以字或字節為單位并行進行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進行遠距離通信。2. 串行通信串行通信數據是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。在串行發送時，數據是一位一位按順序進行的，而計算機內部的數據是并行的。因此，當計算機向外發送數據時，必須將并行數據轉換為串行數據再發送。反之，又必須將串行數

19、據轉換為并行數據輸入計算機中。這種轉換即可以用硬件實現也可以用軟件實現。單由軟件實現會增加cpu負擔，降低其利用率，故目前常采用硬件實現。通用的通用異步接收/發送器，簡稱uart（universal asynchromous receeiver trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。在單片機芯片中，uart已經集成在其中，作為其組成部分，構成一個串行口。綜上所述，題目設計已經選定了單片機為開發方式而單片機的uart已經集成在單片機內，所以通信系統選擇串行通信為通信方式。2.1.3 硬件設計方案最終方案如圖2-2所示，以單片機機作為核心控制器件存儲和處理顯示內容，用串行通信的方式將顯

20、示內容和控制指令傳輸到單片機系統，單片機根據傳輸來的內容和指令通過端口譯碼擴展后驅動16塊88led點陣模塊構成的1664的led點陣顯示屏。題目將以此方案為指導思想展開具體的硬件電路設計。串行通信單片機譯碼電路顯示驅動電路1664led顯示屏圖2-2 硬件設計方案2.2 系統軟件方案 軟件的設計除了滿足設計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設計目標和硬件總體結構確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個主要部分組成。具體結構如圖2-3所示。靜態顯示程序主程序控制程序特效顯示程序通信程序圖2-3 軟件功能結構框圖軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件

21、，編譯完成后還需要下載到單片機中執行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執行。2.2.1 單片機編程語言現在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和c語言。兩種語言相比較各有優點。匯編語言(assembly language)是面向機器的程序設計語言，是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。其具有執行速度快，占內存空間少等優點，但在編寫復雜程序時具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機型，不能通用，也不能在不同機型之間移植。c語言是一種源于編寫unix操作

22、系統的語言，它是一種結構化語言，可產生壓縮代碼。c語言結構是以括號 而不是子和特殊符號的語言。c可以進行許多機器級函數控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優點：對單片機的指令系統不要求了解，僅要求對51的存儲器結構有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數據類型等細節可由編譯器管理；程序有規范的結構，可分為不同的函數。這種方式可使程序結構化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術。c語言作為一種非常方便的語言而得到廣

23、泛的支持，c語言程序本身并不依賴于機器硬件系統，基本上不做修改就可根據單片機的不同較快地移植過來。基于以上理由決定采用c語言為該顯示系統的編程語言。2.2.2 系統軟件編譯器介紹c語言編寫的程序并不能被單片機直接執行還需要編譯為單片機可執行的機器語言。因此在系統軟件設計中，編譯器必不可少。支持mcs51用c語言編程的編譯器主要有兩種：franklin c51編譯器和keilc51編譯器。目前在單片機開發中普遍都是使用keil c51來進行編譯。第三章 硬件設計3.1 硬件系統的總體設計本設計采用stc89s52rc單片機為核心控制器件，用16塊8*8點陣相連組成16*64點陣屏，作為顯示部分。

24、用74ls154作為行驅動控制，控制點陣屏的行控制信號，有十六根數據線接在點陣屏的十六個行控制信號端上，用74hc595作為列驅動控制，控制點陣屏的列控制信號，同樣有三根數據線接在點陣屏的十六個列控制信號端。系統方框圖如圖3-1所示。單片機列驅動行驅動點陣模塊時鐘電路復位電路圖 3-1 系統方框圖3.2 單片機系統設計3.2.1 stc89s52rc簡介本設計使用的是stc89s52rc單片機，原因是此款單片機具有眾多優點。加密性強，難解密超強抗干擾超低功耗 掉電模式：qb-qc-.-qh；下降沿移位寄存器數據不變。引腳29，ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0

25、000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。因為沒有擴展外部程序存儲器所以將ea置為高電平。圖3-5 控制部分電路圖3.4 驅動電路設計3.4.1 列驅動列驅動電路由集成電路74hc595構成。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結構，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現在顯示本行列數據的同時，傳送下一行的列數據，既達到重疊處理的目的。圖3-7 74hc595結構圖表74hc595的外形如圖3-7所示。它的輸入側有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳ds是串行數據的輸入端。引腳st是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿

26、發生移位，并將si的下一個數據打入最低位。74hc595引腳說明見表3-1。列驅動電路見圖3-8。表3-1 74hc595引腳說明符號引腳描述ooo717并行數據輸出gnd8地q79串行數據輸出srclr10主復位（低電平）srclk11移位寄存時鐘輸入rclk12存儲寄存時鐘輸入ce13輸出有效（低電平）ser14串行數據輸入vcc16電源移位后的各位信號出現在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。rck是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳g是輸出三態門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高組態。sclr信號是移位寄存器清零輸入端，

27、當其為低時移位寄存器的輸出全部為零。由于sck和rck兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為qaqh，最高位qh可作為多片74hc595級聯應用時，向上一級的級聯輸出。但因為qh受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出qh，作為與移位寄存器完全同步的級聯輸出。圖3-8列驅動電路 將8片74hc595進行級連，可共用一個移位時鐘sck及數據鎖存信號rck。這樣，當第一行需要顯示的數據經過8x8=64個sck時鐘后便可將其全 部移入74hc595中，此時還將產生一個數據鎖存信號rck將數據鎖存在74hc595中，并在使能信號g的作用下，使串入數據并

28、行輸出，從而使與各輸 出位對應的場驅動管處于放大或截止狀態；同時由行掃描控制電路產生信號使第一行掃描管導通，相當于第一行led的正端都接高，顯然，第一行led管的亮滅 就取決于74hc595中的鎖存信號；此外，在第一行led管點亮的同時，再在74hc595中移入第二行需要顯示的數據，隨后將其鎖存，同時由行掃描控 制電路將第一行掃描管關閉而接通第二行，使第二行led管點亮，以此類推，當第十六行掃描過后再回到第一行，這樣，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整 的文字或圖像。3.4.2 行驅動本設計采用74ls154作為點陣屏列控制信號，因為154可以輸出16位的控制信號，所以只要掃描頻率可以，點陣

29、屏就可以看成是穩定平滑過渡，沒有閃爍的感覺，給人以正常的視覺效果。74ls154引腳圖3-9如圖所示。圖3-9 74ls15474ls154可以將4 個二進制編碼輸入譯成16 個彼獨立的輸出之一，還可以將數據從一個輸入線分配到16 個輸出的任意一個而實現解調功能。圖3-10和3-11是74ls154內部邏輯連接圖和管腳功能示意圖。圖3-10 內部邏輯連接 圖3-11 管腳功能74ls154為4線16線譯碼器，可以實現地址的擴展。該譯碼器采用先進的硅結構cmos技術，并適合內存地址譯碼和數據路由應用。它抗噪聲能力強，低功耗，并與低電壓ttl電路兼容。功能特性：傳輸延遲：21ns電源提供靜態電流：

30、80a電源電壓范圍：26v低電平輸入電流：最大1a引腳功能說明：1-11 13-17 ：輸出端。（outputs (active low)）12：gnd電源地 （ground (0 v)）18-19：使能輸入端 (enable inputs (active low)20-23地址輸入端 (address inputs)24：vcc電源正 (positive supply voltage)地址/全能輸入對應輸出表功能真值表注意：h = 高電平（high voltage level）l = 低電平（low voltage level）x = 任意電平（dont care）只要控制端g1、g2任意一

31、個為高電平，a、b、c、d任意電平輸入都無效。74ls154是此集成電路的ttl版本，其功耗更小，功能一樣。譯碼器在單片機系統中一般起擴展i/o的作用，當外設比較多，單片機的引腳不夠用的時候，就可以由74ls154把4個單片機i/o口擴展為16個。增強了單片機控制外設的能力。這種單片 4 線16 線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器。當兩個選通輸入e1 和e2 為低時, 它可將4 個二進制編碼的輸入譯成16 個互相獨立的輸出之一。實現解調功能的辦法是：用4 個輸入線(a、b、c、d)寫出輸出線的地址，使得在一個選通輸入為低時數據通過另一個選通輸入。當任何一個選通輸入是高時，所有輸出都為高。

32、3.4.3 點陣屏分類1. 按顏色基色分：單基色顯示屏:單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯 示一千六百多萬種色。 2. 按顯示器件分： led數碼顯示屏：顯示器件為7段碼數碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數字的電子顯示屏。led點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。led視頻顯示屏：顯示器件是由許多發光二極管組成，可以顯示視頻、動畫等各種視頻文件。3. 按使用場合分類室內顯示屏：發光點較小，一般3mm-8mm，顯

33、示面積一般幾至十幾平方米。室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風、防雨、防水功能。4. 按發光點直徑及間距分類室內屏（按直徑分）：3mm、3.75mm、5mm、室外屏（按間距分）：ph10、ph12、ph14、ph16、ph20、ph25、ph31.25、ph37.5.3.4.4 點陣工作原理圖3-12為8*8點陣led等效電路，只要其對應的x、y軸順向偏壓，即可使led發亮。例如如果想使左上角led點亮，則y0=1，x0=0即可。應用時限流電阻可以放在x軸或y軸。一般我們使用點陣顯示漢字是用的16*16的點陣宋體字庫，所謂16*16，是每一個漢字在縱、橫

34、各16點的區域內顯示的。也就是說得用四個8*8點陣組合成一個16*16的點陣。 圖3-12 點陣原理圖led顯示屏是由一個一個的發光二極管點陣構成的，要構成大屏幕的led顯示屏就需要多個發光二極管。構成led屏幕的方法有兩種，一是由單個的發光二極管逐點連接起來，如圖3-12所示；二是選用一些由單個發光二極管構成的led點陣子模塊構成大的led點陣模塊。目前市場上普遍采用的點陣模塊有88、1616幾種；這兩種屏幕構成方法各有有缺點，單個發光二極管構成顯示屏優點在于當單個的發光二極管出現問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，模塊構成

35、省約了大量的連線，不過當一個led出現問題時同在一個模塊的所有led都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構成的方法來制作一個led點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數較小的模塊來減小出現這一問題的風險。所以構建一個1664的led點陣屏選用塊88點陣模塊。如圖3-13所示，本設計采用了16個8*8的點陣發光二級管模塊，組成了16*64的led點陣顯示屏。led驅動顯示采用的動態驅動掃描方法，動態掃描方式是逐行輪流點亮，把所有同一行的發光管的陽極連在一起，把所有同一列的發光管的陰極連在一起，先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第一行使其點亮一定的時間

36、，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第二行使其點亮相同的時間，然后熄滅；第十六行之后，又重新點亮第一行，反復輪回。當這樣的輪回速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現象，就能看到顯示屏上穩定的圖形。該方法能驅動較多的led，控制方式較靈活，而且節省單片機的資源。圖3-13點陣顯示電路3.5 系統總電路圖 第四章 軟件設計如果說硬件是一個人的身體軀干，那么，軟件就是一個人的靈魂、思想。只有合理并且完美的程序才能使指導一個人成功地去完成一項任務。對于單片機來說更是如此，基礎的硬件電路焊接好后，就需要從軟件設計來下手，想要實現硬件電路的正常工作，往往需要對軟件進行系統的設計，設計

37、的思想、設計的目標、設計方案、代碼的編寫、軟件的測試等對軟件設計的成功有著非同一般的指導意義。4.1 主程序設計思想及流程圖顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數據，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。根據軟件分層次設計的原理，可以把顯示屏的軟件系統分為兩層；第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數據，并負責產生行掃描信號和其他控制信號，配合完成led顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動器程序由定時器t0中斷程序實現。系統應用程序完成系統環境設置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現。本設計從單片機上電開始，先進行初始化操作，單片機執行顯

38、示程序后，點陣屏可以輸出顯示結果，此過程單片機要對74hc595的觸發端進行調整，為下一次重新執行做好準備工作；數據在schcp的上升沿把單片機端口輸出的8位串行數據輸入移位寄存器中，在stcp的上升沿到來后再把數據輸送到到存儲寄存器中去。若顯示程序成功執行一個周期，則重新跳回到初始化狀態進行下一周期的顯示，若沒有顯示完全，則一直在顯示程序內執行，直到本次顯示完全實現。流程圖如圖4-1所示。開始系統初始化調用顯示程序調整數據指針n是否顯示完？y圖4-1 主程序流程圖4.2 顯示驅動程序設計顯示程序分為靜態顯示程序、左移顯示2種種顯示方式。其中左移動程序調用了靜態顯示程序為子程序。對靜態顯示來說

39、，每一個發光二極管都需要一套驅動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內容，需要重新輸出新的點陣數據這種方式系統原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低。另一種動態掃描顯示是把整個led屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復循環進行在重復掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩定的畫面也就是說采用動態掃描顯示需要不斷進行畫面的刷新在這種方式下其顯示驅動電路可重復利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發光二極管輪流發光，使

40、用時的耗電量大大降低大屏幕的制造、維護要容易許多，可靠性也增加了兩種顯示方式的比較再結合51單片機io口數量有限的原因決定采用動態掃描的方式進行顯示。動態掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區別在于選通端和數據輸入端分別是行還是列。在該顯示系統中掃描顯示的工作原理如圖4-2所示，先選通列然后再從行送入對應列的數據，這樣從第1列到第16列循環往復，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時特性就可以看見一幅穩定的畫面。圖4-2 掃描顯示程序原理圖顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數據元素的對應關系第i列對應的行數據為數組中的第i和第i+16個元素。將對應元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為

41、將元素向右邏輯移位后再與0x01相與，所得結果通過單片機端口輸出到串并轉換器的a端，鎖存在鎖存器里完成一列數據移位后再將其輸出。如此依次循環選通各列來顯示所需畫面。開始讀入顯示數組顯示顯示數組元素邏輯左移一位移位次數是否為16ny圖4-3 左移程序流程圖動態顯示程序流程如圖4-5所示，根據顯示數據的存儲原理通過改變實際led列與數據邏輯列的方法來實現程序的左移。顯示數據與列的對應關系為：第i列對應的數據為數組中i和第2i個數據。顯示數組中，第1至16個元素的第8至第1位led顯示屏中的第1至第8行。同理第17至32個元素的第8至第1位led顯示屏中的第9至第16行。所以將元素數據進行邏輯位移便

42、能產生左移動的效果。第五章 制作與調試軟件硬件完成后開始進行調試。調試可分為硬件調試，軟件調試和系統聯合調試。5.1 系統硬件部分調試硬件調試主要是調試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸出輸入電壓是否符合設計要求，最后測試各硬件部分能否完成設計功能。因此把硬件調試按照以下四部分分步來進行：1. 測試所有焊點是否有短路和虛焊的現象存在；2. 通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設計要求的范圍內；3. 測試usb下載的功能是否能夠實現；4. 測試覆銅板上的線路是否存在短路斷路；由于最重要的顯示系統功能的測試需要軟件配合所以在硬件調試部分只測試單片機復位電平，功能部分測試放在系統聯合調試部分來完成

43、。5.1.1 短路與虛焊檢測檢測工具為萬用表，使用萬用表的短路報警功能，逐個測試相臨的兩個焊點檢測是否短路。按照電路圖檢測需要連接的兩點是否短路來檢測是否已經連接上，以此來檢測虛焊的情況。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險和由于虛焊引起檢測結果不真實的麻煩。5.1.2 上電測試由于系統測試時是采用usb電源為系統電源，所以電源輸入都為5v。顯示系統中單片機、譯碼器，鎖存器，驅動電路的電源電壓均要求為5v所以可同時直接接入。上電后首先觀察電路是否有過熱，異味，冒煙的現象出現。經過觀察，沒有這些現象出現。然后測試各器件的電源，接地及一些電平應該固定的端口的電壓。測試的結果為：各器件電

44、源端在4.3v4.8v之間滿足器件的電源電壓要求，單片機端口在未接負載時端口電壓為4.5v。5.2 系統軟件調試由于已經進行了硬件調試，所以軟件調試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗證其功能的可實現性。在進行功能調試前必須用keil c對所有程序進行編譯，編譯成功生產可執行的.hex后將程序燒入芯片中。如圖5-1，5-2所示：圖5-1生成.hex文件圖5-2下載5.3 總結經過一段時間的工作，終于完成了基于51單片機的led顯示系統的設計，設計所要求的功能全部達到。通過這次設計收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識還有更為重要的實際經驗和過程中所發現的問題。接手題目之后從互聯網上對

45、led進行了詳細的資料收集，從技術和產業的兩方面對led進行了了解。通過了解我認識到led是一門當今應用非常廣泛的技術，整個產業每年都會有巨大的產值而且技術還在不斷發展和創新。從設計之初就確定了參照大屏幕顯示屏的實現方法和實際情況設計一款小屏幕的led點陣顯示屏。在查閱了大量的大屏幕顯示屏資料后確定了題目的設計方案。整個設計采用stc89s52rc做核心控制器，74ls154做成譯碼電路，74hc595做成列驅動。在實現這一設計的過程中所遇到的問題和困難給我留下了寶貴的經驗和深刻教訓。這些經驗和教訓是：1. 設計之前應該進行大量的資料收集和分析，確定一個清晰的設計思路；2. 器件選擇時要詳細閱讀器件使用手冊，不但要考慮器件的功能實現還要考慮器件在整個系統中的兼容性；3. 硬件的系統的建立必須合理和穩定，實物建立之前最好進行仿真這樣才能為軟件提供一個可靠的試驗平臺；4. 軟件的編寫不但要實現功能還要不斷的優化、簡練、易讀。5. 電路板的制作過程中要不斷自己的去實踐和發現捷徑，從而更快更好的完成整個設計的制作。隨著課題的進行，對led的了解也越來越深入。認為led技術也會進一步發展，led應用將會更加廣泛。可以設想利用led的高穩定性和低能耗，再與無線通信技術相結合在沙漠深處或者人跡罕至的雪山之顛樹立一塊依靠太陽能充電，通過無線傳輸方式更改顯示內容的信息板為登山者提供指示