1、第1章 緒 論1.1 LED的發展及意義隨著社會文化的不斷發展，人們的消費標準不斷改變，戶外燈箱廣告更是扮演著越來越重要的宣傳角色，不論是汽車站，火車站，股市交易市場，還是學校都離不開它，然而傳統的霓虹燈廣告牌不論是在顯示效果、耗電量還是可修改性上都無法滿足當前社會的需求，傳統的霓虹燈廣告亟待改進。 由于單片機技術的不斷發展和高亮度LED發光管的出現使得大屏幕高亮度LED電子廣告屏成為可能，與傳統的霓虹燈廣告在顯示效果以及可修改性上都有著無法比擬的優勢，而且單片機的日益平民化以及LED技術的不斷創新，使得高亮度高清晰的LED點陣廣告牌與傳統霓虹燈廣告牌的成本日益接近。另外，SMT技術

2、的飛速發展，開關電源的大規模使用，使其無論在體積上還是在可靠性上都比傳統的霓虹燈廣告有明顯的優勢，為其在特殊領域的應用奠定了基礎。 這種新興的大屏幕顯示技術成為眾人目光的焦點。與傳統的顯示設備相比，首先，LED 顯示屏色彩豐富，3基色的發光管的可以顯示全彩色，顯示顯示方式變化多樣（文字、圖形、動畫、視頻、電視畫面等）、亮度高，是集光電子技術、微電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的高技術產品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。其次，LED顯示屏的象素采用LED發光二極管，將多個發光二極管以序列的形式構成LED顯示陣列，這種顯示屏具有耗電省、成本低、亮度清晰度高、壽命

3、長等優點，而且LED顯示屏以其受空間限制較小，并可以根據用戶要求設計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，是信息傳播設施劃時代的產品。再次，LED顯示屏應用廣泛，金融證券、銀行利率、商業廣告、文化娛樂等方面，顯示效果清晰穩定，越來越多的地方開始使用LED電子顯示屏，有巨大的社會效益和經濟效益。它以其超大畫面、超寬視覺、靈活多變的顯示方式等獨居一格的優勢，是目前國際上使用廣泛的顯示系統。1.2 LED顯示屏的發展趨勢自從1907年H·j·Round發現了金剛砂通電之后可以出現發光的現象并繼此由后人發明了發光二極管，已經過去了一個多世紀。一個多世紀以來，LED技術得到了很大的發展。

4、早先的LED是單個的發光管，結構比較簡單。通過單向導電的方式點亮發光，到了二十一世紀，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，有可能成為這個世紀的顯著代表性主流產品。亮度高，多彩化藍色及純綠色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性的效果。它的發展前景極為廣闊，但是由于LED顯示屏控制較復雜，特別是對于顯示特殊效果，如循環移動，覆蓋霓虹燈效果，要求處理器運算速度快，這姓效率高，所以控制起來很麻煩，

5、因此很多生產廠家采用高端嵌入式系統進行設計，這樣做雖然能在一定程度上提高數據處理速度，但是并不能完全滿足所有顯示效果要求，而且開發和產品成本也會隨之成倍增加，由于LED技術的快速發展，有很多已經超出在校生所接觸到的知識范圍，所以本設計旨在利用最簡單主要的單色屏顯示演示LED屏的工作過程和原理。第2章 總方案設計2.1 系統硬件設計控制部分是整個系統的核心部分利用單片機進行控制，顯示部分顯示內容利用LED點陣顯示內容，還有驅動器驅動電路利用74LS245驅動電路。1.單片機單片機是集成了CPU，ROM,RAM,I/O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）

6、,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口非常豐富，有的單片機集成有A/D“看門狗”，PWM,顯示驅動，函數發生器，鍵盤控制等，他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。2.LED點陣顯示屏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，一種是由單個的發過二極管逐點連接起來，一種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。在這次設計中使用的是8×8模塊。2.2 系統軟件設計利用

7、軟件編寫程序，軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執行。編寫程序前首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編輯軟件。現在選擇單片機編程語言進行編譯。第3章 系統硬件設計3.1整體模塊設計本設計驅動電路，顯示器電路，運用單片機的控制電路。總體結構設計如圖3-1所示。單片機驅動電路8×8點陣LED顯示器電路圖3-1 總體結構設計3.2單片機控制電路 單片機簡介1.STC89C52單片機的主要特性如下：  STC89C52是一種帶8K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasabl

8、e Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，STC的STC89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案，STC89C52芯片引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 STC89C52芯片引腳圖2.STC89C52具體介紹如下： (1)主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源。GND(Pin20)：接地線。(2)外接晶振引腳（2根）&#

9、160;XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端。XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端。(3)控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現2個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號。 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 (4)可編程輸入/輸出引腳（32根） STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P

10、1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7。P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7。 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7。P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7。P0口到P3口各個功能P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復制用口，作為輸入口時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫入“1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或

11、程序內存時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期啟動內部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令節，而在程序校檢時，輸出指令位元組，校檢時，要求外接上拉電阻。 P1口：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”，通過內部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。 P2口:P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電

12、流）4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”，通過內部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問外部數據存儲器或16位地址的外部數據存儲（例如執行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行MOVXRI指令）時，P2口在線的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區中R2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash編程和校檢時，P2亦接收高位位址和其它控制信號。 P3口：P3口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL

13、邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作輸入埠，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻，輸出電流I。P3口還接收一些用于Flash閃速內存編程和程序校檢的控制信號。 RST:復位輸入，當震蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序內存或數據存儲器時,ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節。即使不訪問外部內存，ALE乃以時鐘振動頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。下表為單片機的主要功能特性

14、表3-1表3-1 主要功能特性兼容MCS51指令系統8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256×8bit內部RAM3個16位可編程定時/計數器中斷時鐘頻率0-24MHZ2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能單片機最小系統設計STC89C52單片機最小系統電路由復位電路、晶振電路兩部分組成。1晶體振蕩器(1）時鐘晶振電路單片機XTAL1腳和XTAL腳是外部接晶振的兩個引腳，通常在接一個晶振的同時要在晶振的兩個腳接兩個電容，這兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容

15、，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，使晶振頻率更加穩定。本設計中，單片機晶振采用12MHz的頻率，以獲得較高的刷新率，使顯示更加穩定。如圖3-3所示為單片機的時鐘晶振電路原理圖。圖3-3 單片機的時鐘晶振電路原理圖(2）復位電路 本設計采用上電復位的方式實現復位。上電復位電路由電容串聯電阻構成，由圖3-4所示，并結合“電容電壓不能突變”的性質，可以知道：當系統一上電，RST腳將會出現高電平，這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位。所以我們只要適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般文獻推薦C取10

16、uF，R取10K。本設計中我們采用C取22uF，R取10K歐姆。圖3-4 單片機的復位電路原理圖3.3 驅動電路設計 74LS245簡介圖3-5 74LS245芯片引腳圖74LS245是我們常用的芯片，如圖3-5 74LS245芯片引腳圖所示。用來驅動LED或者其他的設備，它是8路同相三態雙向總線收發器，可雙向傳輸數據，74LS245還具有雙向三態功能，既可以輸出，也可以輸入數據。 1.當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅動器。 2.當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由B向A傳輸；（接收） &#

17、160; 3.DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發送）當/CE為高電平時，A、B均為高阻態。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態控制端/1G和/2G接地，P2口與驅動器輸入線對應相連。 P0口與74LS245輸入端相連,/E端接地，保證數據現暢通。STC89C52的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得/RD或/PSEN有效時，74LS245輸入（P0.iDi），其它時間處于輸出（P0.iDi）。3.4顯示電路 LED簡介LED是發光二極管英文Light Emitting Diode的縮寫格式，LED器件種類繁多，早期的LED產品是單個發光管，隨著數

18、字化設備的出現，LED數碼管和字符管得到了廣泛的應用，LED點陣等顯示器件的出現，適應了信息化社會發展的需要，成為了大眾傳媒的重要工具。 LED發光燈按類型可以分為單色發光燈、雙色發光燈、三色發光燈、面發光燈、閃爍發光燈、電壓型發光燈等；按發光強度可分為普通亮度發光燈、高亮度發光燈、超高亮度發光燈等； LED發光燈結構如圖3-6所示，它由芯片3、陽極引腳1、陰極引腳2和環氧樹脂封裝外殼四部分組成。它核心部分是具有復合發光功能的PN結，即芯片3。環氧樹脂封裝外殼具有保護芯片的作用，還有透光聚光的能力，以增強顯示效果。圖3-6 LED發光燈結構圖LED點陣顯示具有如下特點：&#

19、160;1.電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據產品不同而異，所以它是一種比使用高壓電源更安全的電源。 2.效能：消耗能量比同光效的白熾燈減少80%。 3.適用性：每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環境。 4.穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%。 5.響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級。6.對環境污染：無有害金屬汞。 7.顏色：改變電流可以變色，發光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。 

20、LED點陣  隨著LED應用領域的擴大，要求生產更為直接和方便的LED顯示器件。因而出現了數碼管、字符管、電平管、LED點陣等多種LED顯示器。不管顯示器的結構怎么變，它的核心部件仍然是發光半導體芯片。 一個8×8的點陣是由64個發光二極管按一個規律組成的。如圖3-7所示為8×8點陣模塊（a）正面，（b）反面。行接低電平，列接高電平，發光二極管導通發光。（a）正面（b）反面圖3-7 8×8點陣模塊 LED顯示設計及原理1.LED點陣顯示設計本設計采用ATMEL公司的STC89C52作矩陣顯示控制系統控制核心，12MHZ晶振,8

21、5;8點陣共陽LED顯示器。其中，P0口作為字符數據輸出口,P2口為字符顯示掃描輸出口,第31腳(EA)接電源，本設計LED矩陣顯示器電路用8×8點陣模塊，系統由單片機控制。LED顯示屏是將發光二極管按行按列布置的，在掃描驅動方式下可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。本文就是使用1塊8×8點陣，采用按列掃描按行控制控制方式，掃描順序自左向右，以滿足漢字顯示的要求。8×8點陣等效電路圖如圖3-8所示。圖3-8 等效電路圖2.LED顯示原理LED點陣顯示系統中各模塊的顯示方式：有靜態和動態顯示兩種。靜態顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復雜，在實際應用中一般

22、采用動態顯示方式，動態顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數據信號，反復循環以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動態掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續的幾幀畫面高速的循環顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。在電子領域中，因為這種動態掃描顯示方式極大的縮減了發光單元的信號線數量，因此在LED顯示技術中被廣泛使用。 第4章 系統軟件設計 41 程序流程圖設計點陣式顯示

23、有多種形式，例如，固定顯示，閃爍顯示，滾動顯示，交替顯示等，先從最簡單的固定顯示一個字符做起，程序設計的思路為：由上到下或由下到上首先選中8×8LED的某一行，然后通過查表指令得到這一行要點亮狀態所對應的字形碼，將其送到列控制端口；延時約1ms后，選中下一行，在傳送該行對應的顯示狀態字形碼；延時后再重復上述過程直至8行均顯示一遍，時間約為8ms；然后再從第一行開始循環顯示。逐行掃描顯示過程示意圖如圖4-1所示,一個掃描周期第1行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第2行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第3行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第4行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第5

24、行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第6行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第7行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第8行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms圖4-1 逐行掃描顯示過程示意圖編制程序時為了使程序編寫的更加合理，首先將程序編寫的流程圖的繪制出來主控制流程圖如圖4-2所示。程序見附錄所示。開始設置表格首地址（DPTR）設置行，列初始值設置循環掃描次序（R7）選中某一行行值送相應端口行值更新查表求該行顯示碼型查示碼型送相應端口更新查表地址延時1ms8行顯示完？NY4-2 主控制流程圖第5章 系統調試硬件制作和軟件編寫過后，得出實物圖如圖5-1硬件正面圖，圖5-2硬件反面圖所示。實物完成

25、后必須對其進行調試，檢查設計功能是否實現了。軟件硬件完成以后開始進行調試。調試可分為硬件調試，軟件調試和系統聯合調試。圖5-1 實物圖硬件正面圖圖5-2實物圖硬件反面圖系統硬件部分調試方法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入輸出電壓是否符合要求，最后測試各硬件部分能否完成設計功能。所以把硬件調試按照以下四部分進行：測試所有焊點是否有短路和虛焊的現象存在。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。結 論本設計是一個8×8的點陣LED廣告牌，能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示文字，顯示文字應穩定、清晰無串擾。文字顯示有靜止、移入移出等顯

26、示方式。本設計設計了靜止顯示文字。本系統具有硬件少，結構簡單，容易實現，性能穩定可靠，成本低等特點。本設計了解了LED的發光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現狀，通過對單片機資料的查閱和應用，更進一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。本文設計的LED顯示屏能夠實現在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示文字本文列出了系統具體的硬件設計方案,軟件流程圖和具體匯編語言程序設計與調試等方面。通過這次課程設計，重新復習并進一步增強了動手的能力，學以致用，把只是運用到實際生活中才是根本目的。存在問題：當焊接電路板時，由于操作不熟練，容易產生很多的問題，例如焊點與焊點之間連到一塊導致短路，或烙鐵溫度過熱放置在板子上的時間過長把電路板燒壞，或者是把元件燒壞等等很多問題，因此操作時要十分謹慎。致 謝在這次設計中老師寄予了我很大的幫助，在此我向老師說聲謝謝，老