1、. . . . 14 / 18摘 要本文介紹了一款以單片機AT89S51為控制器的LED點陣顯示屏系統的設計。該系統可實現中英文字符的顯示和動態特效顯示，采用上-下位機的結構構建，實現點陣LED屏以多樣化的方式顯示各種信息的功能。該屏具有運行可靠、安全、節能、成本低、使用方便的特點。并且可以通過級連的方式來擴大顯示屏幕的尺寸以達到增加顯示容的目的。系統采用PC機作為上位機，上位機向單片機發送控制命令和上位機所存儲的顯示代碼，AT89S51單片機接收并處理PC機的控制命令以與顯示代碼，由顯示驅動模塊驅動一個1616分辨率的LED點陣顯示屏的掃描顯示。PC機與單片機之間的通信采用RS232C通信標

2、準來實現。所選用的AT89S51單片機具有價格低廉程序寫入方便的特點使得整個系統方便維護和檢修。除此之外，該系統只占用了單片機少量的I /O口和存，為系統留下了功能擴展的空間。關鍵詞:AT89S51 LED點陣顯示 串行通信AbstractThis paper introduces a design of the LED lattice display system base on MCU AT89S51. The system can display in both Chinese and English characters of the show and from top to bott

3、om and move around the magic show. And can be cascaded to expand the screen size to achieve increased content purposes. The PC sends control commands and displays code to microcontroller, AT89S51 receives control commands from PC and shows the code, Driver module drives a 1616-resolution LED lattice

4、 LEDs panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS-232C communications standards. the characteristics that AT89S51 microcontroller is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance and Repair. In addition, the system wil

5、l take up only a small amount of the MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion.KEY WORDS: AT89S51 lattice LEDs panel display, serial communication目 錄第一章緒論1第一節課題背景1一、選題背景1二、研究現狀與發展趨勢1第二節論文主要容2一、初步方案的論證和選擇2二、搜集題目的有關資料2三、方案實現2四、軟件編寫3五、驗證與測試3六、結論3第二章系統硬件設計4第一節器的擴展4第二節串行通信4

6、第三節點陣顯示屏4第三章應用軟件設計6第一節主程序設計7第二節滾動顯示模塊7第三節取數據模塊7第四節數據移位傳送模塊8第五節行掃描模塊8第六節串行通信模塊8結束語12辭13參考文獻14第一章 緒 言第一節 課題背景一、 選題背景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

7、優點1。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顯示屏的應用涉與社會經濟的許多領域，主要包括：（一）證券交易、金融信息顯示。（二）機場航班動態信息顯示。（三）港口、車站旅客引導信息顯示。（四）體育場館信息顯示。（五）道路交通信息顯示。（六）調度指揮中心信息顯示。（七）郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳與信息顯示。（八）廣告媒體新產品等。二

8、、 研究現狀與發展趨勢（一）我國LED產業發展現狀我國的LED顯示屏產業經過幾年的發展，基本形成了一批具有一定規模的骨干企業。據不完全統計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業有20多家，其銷售總額達6億元左右，占行業市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業有100余家，從業人員近6000人，行業年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國市場上，國產LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場體育中心、京九鐵路、西客站、首都機場、浦東機場等，均由國代表企業中標。技術水平

9、相對領先,我國LED顯示屏產業在規模發展的同時，產品技術推出新，一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術與無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術、集群無經線控制、多級群控技術等方面均有國先進、達到國際水平的技術和產品出現；LED顯示屏控制專用大規模集成電路也已由國企業開發生產并得到應用。LED顯示屏產業培養形成了一批LED顯示屏科技隊伍，在全國LED顯示屏行業的從業人數6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產業正成為我國電子信息產業的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國形成的民族高科技產業

10、。（二）LED顯示屏的發展趨勢現代信息社會中，作為人一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將是平板顯示的時代，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，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、全彩化藍色與純綠色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

11、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顯示屏會向著標準化、規化，產品結構多樣化的方向發展2。（三）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

12、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顯示技術的發展都有非常現實與積極的意義。第二節 論文主要容針對設計題目的特點，作者對論文的容和結構將做如下安排：一、初步方案的論證和選擇二、搜集題目的有關資料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PC機為上位機，單片機為核心控制器件，外加譯碼電路和驅動電路的設計方案。三、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

13、來選擇和論證。經過對比選擇選定AT89S51單片機為核心控制器件，由串并轉換器74LS164和鎖存器74LS373為譯碼電路器件，三極管8550和ULN2803為驅動電路器件。論文列出了詳細的器件參數和在系統中的連接使用方法。 四、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。五、驗證與測試調試分為硬件調試、軟件調試和系統聯合調試幾步來進行。在硬件調試中發現有單片機端口驅動能力不足、驅動電路工作不穩定等問題。在軟件調試中出現程序整合工作不協調等問題。通過分析，查

14、找找出了問題原因并設法將其解決。六、結論設計完成后對設計中所遇到的問題、經驗教訓、以與自己的想法進行總結。第二章 系統硬件設計顯示屏控制器的硬件電路部分由兩個部分組成：外部數據存儲器的擴展、串行通信接口。控制器的組成框圖如圖1 所示，采用AT89S51作為中央控制器，完成與PC 機的通信，實現對顯示屏顯示數據的控制。數據存儲器使用一片FLASH 存儲器W29EE011。W29EE011 容量較大，可以用于存儲漢字的點陣庫。控制器與計算機的連接根據通信距離的遠近選用RS-232 標準總線接口。第一節 存儲器的擴展W29EE011 有17 條地址線（A0A16），最高一位（A16）由P1.7 作為

15、地址送出，低八位（A0A7）由P0 口作為地址送出，通過74LS373 鎖存器進行鎖存。A8A15 由P2 口作為地址送出。W29EE011 與單片機的接口電路如圖2 電路原理圖所示。第二節 串行通信系統上位機下位機是通過串行通信接口聯系。本系統為了實現單片機與PC 機的串行通信功能,將單片機的串行接口的電平轉換成RS232C 電平標準2。其中計算機的RS232 口輸出的電壓為12V。考慮到單片機與PC 機的通信距離不遠，而且單片機部分只負責接收命令和數據，因此選擇計算機與單片機直接相連的最簡單接法，計算機TXD 端發出的信號傳送到通信電路后轉化為電流信號，當有信號送進來時就會有電流流經光耦合

16、器中的紅外發光二極管，二極管發出光信號投射到光敏三極管，再轉換成電信號輸到單片機的RXD 端，實現了以光為媒介的電光電信號轉換傳輸，并在電氣上是完全隔離的，避免了輸出端對輸入端可能產生的反饋和干擾。其原理如圖2 -1所示。第三節 點陣顯示屏圖2-1 LED 點陣顯示屏的系統結構框圖基于AT89S51 單片機的LED 點陣顯示屏控制系統的設計 71點陣顯示屏由12 個88 點陣LED 顯示模塊、行信號選擇譯碼器74LS138、數據移位寄存器4HC595、行驅動器TIP127組成。12 片88 點陣LED 顯示模塊組成一個4816 的LED 點陣，用于同時顯示3 個1616 點陣漢字3、字符或數字

17、。單元顯示屏可以接收來自PC 機傳輸下來的數據信息和命令信息，并可將這些數據信息不經任何變化地顯示出來。一個程序周期里74LS138 共掃描兩行，通過一個TIP127 來驅動，即一次有兩行的信號被選中；然后經過74HC595 的移位傳送，將要顯示的數據都送到顯示緩沖區單元里，打開行選通信號，點陣屏即可正常顯示信息。第三章 應用軟件設計整個軟件設計分為兩大功能塊：顯示部分和通信部分。顯示部分采用動態掃描的方式4，實現對顯示屏要顯示的漢字、字符等數據信息進行傳輸控制以與顯示等功能。與PC 機的實時通信部分主要是利用單片機串口中斷接收數據信息，實現與計算機的實時數據信息傳輸。通信部分的上位機軟件采用

18、Visual Basic 編程，使用VB 在標準串口通信方面提供的具有強大功能的通信控件MSCOMM，該控件可設置串行通信的數據發送和接收，對串口狀態與串口通信的信息格式和協議進行設置，直接利用PC機的RS-232/RS-485 串口發送數據。為實現單片機與PC 機的可靠通信，須保證雙方具有一樣的數據格式和波特率2，本設計采用RS-232 通信，一幀10 位的數據格式，9600bit/s 的波特率。上下位機之間的通信協議為：前兩幀數據為字數的字節數，接下來每通信128 個字節的數據就延時20ms 的時間，保證數據都能寫進片外數據存儲器，直到數據都傳送完為止。第一節 主程序設計圖2-2系統電路流

19、程圖主程序主要完成I/O 口和一些變量的初始化，定時器T0 定時初始值的設置，串行通信工作方式和波特率的設置，滾動顯示、取數據模塊、數據移位傳送模塊、行掃描模塊的調用。主程序流程圖見圖2-3 所示。第二節 滾動顯示模塊滾動顯示主要是實現顯示信息的換屏，一屏顯示三個字，兩秒后換一屏，直到所有信息都顯示完畢后，接著從頭開始顯示。換屏主要是根據PC 機傳送來的字節數，通過改變指針來實現的。滾動顯示流程圖見圖2-4 所示。第三節 取數據模塊由于數據都是存儲在片外數據存儲器里，所以要先從片外取數存放到顯示緩沖區里，然后再移位傳送并掃描顯示。數據存放的順序是從上到下，即先從左到右存放點陣屏上面的六個顯示緩

20、沖區單元STA10-STA15，接著存放下面六個顯示緩沖區單元STA20-STA25。取數據流程圖見圖2-5 所示。第四節 數據移位傳送模塊點陣屏的列驅動器74HC595 為串入并出的移位寄存器，故顯示單元的數據需從低位到高位一位一位傳送進74HC595里，然后才能驅動點陣屏。第五節 行掃描模塊1616 的點陣屏若逐行掃描，時間可能會超出人眼反應時間，故行掃描采用一個程序周期掃描兩行，即第一行和第八行同時掃描的方案，這樣可減少時間，保證了點陣屏的正常掃描顯示。第六節 串行通信模塊串行通信程序主要是實現與PC 機的通信，當通信接收中斷標志位RI 被硬件置1 時，中斷開始，有數據從PC 機傳送到單

21、片機，單片機軟件清RI 并接收數據，將數據暫存到片高128 字節的RAM 里，當存滿后，再將數據寫進片外數據存儲器W29EE011 里。延時一段時間后，繼續接收從PC 機發送過來的數據，重復之前的工作，直到所有數據接收完畢為止，中斷跳出。圖2-3 主程序流程圖2-4 滾動顯示流程圖圖2-5 取數據流程圖結束語設計的點陣LED顯示屏系統采用上位機下位機的結構搭建,上位機為PC機,通過串行通信接口與下位機顯示系統進行通信，能夠實現所要顯示的字符串的修改、顯示方式的設定、時間的設置等功能；下位機系統由單片機控制LED點陣顯示屏的顯示。漢字顯示采用1616點陣模式,并能夠實現屏幕顯示容的實時更改；并具有顯示當前的時間與日期的功能。所設計的系統具備顯示穩定、功耗低、壽命長、顯示容易改、顯示方式豐富等優點，另外成本較低,電路與控制方案簡