1、LED顯示屏的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 LED顯示屏的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 蘇錦 專業(yè)班級(jí) 電氣自動(dòng)化二班 學(xué) 號(hào) 1314040207 院 （系） 電氣與電子工程系 指導(dǎo)教師（職稱） 王薇 完成時(shí)間 2016年 5月 12 日 目錄摘要 - 31.課題研究背景 - 41.1 LED原理 - 41.2 中國(guó)LED發(fā)展現(xiàn)狀 - 51.3 課題研究的目的和意義 - 62.課題研究?jī)?nèi)容 - 62.1研究主要內(nèi)容 - 62.2 方案設(shè)計(jì) - 63.方案實(shí)現(xiàn) - 73.1主控制芯片AT89S52 - 83.1.1主控制芯片AT89S52的性能 - 83.1.2引腳說(shuō)明 - 93.2 LED點(diǎn)陣 - 113.

2、3 74HC595 - 123.3.1 概述 - 123.3.3 真值表 - 144. 主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)及調(diào)試方法 - 144.1 字符顯示模塊 - 144.2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 - 154.3 列驅(qū)動(dòng)電路 - 154.4 行驅(qū)動(dòng)電路 - 174.5 顯示驅(qū)動(dòng)程序 - 17總 結(jié) - 19結(jié)束語(yǔ) - 20參考文獻(xiàn) - 21附 錄 1 - 22附 錄2 - 33摘要自20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，隨著LED制造技術(shù)的不斷完善，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)改革開(kāi)放之后，特別是進(jìn)入90年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，對(duì)公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈。而LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市

3、信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志,LED顯示屏隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，以 及LED制造技術(shù)的完善，人們對(duì)LED顯示屏的認(rèn)識(shí)將會(huì)越來(lái)越深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣；LED顯示屏經(jīng)多年的開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)，其技術(shù)目前已經(jīng)成熟1。現(xiàn)在各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產(chǎn)品，而是用上了豐富多彩的LED電子產(chǎn)品，為城市的增添了一道靚麗的風(fēng)景。而且它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、發(fā)光效率高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、可靠耐用、組態(tài)靈活、安全、響應(yīng)時(shí)間短、綠色環(huán)保、控制靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來(lái)LED顯示屏市場(chǎng)得到了迅猛的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到銀行、郵電、稅務(wù)

4、、機(jī)場(chǎng)、車站、證券市場(chǎng)及其它交易市場(chǎng)、醫(yī)院、電力、海關(guān)、體育場(chǎng)等需要進(jìn)行多種公告、宣傳的場(chǎng)合2。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、點(diǎn)陣、LED。1. 課題研究背景1.1 LED原理LED 就是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。發(fā)光二極管是由p 型和n 型半導(dǎo)體組成的二極管。在LED 的p - n 結(jié)附近,n 型材料中多數(shù)載流子是電子,p 型材料中多數(shù)載流

5、子是空穴。p -n 結(jié)上未加電壓時(shí)構(gòu)成一定的勢(shì)壘,當(dāng)加正向偏壓時(shí),在外電場(chǎng)作用下,p 區(qū)的空穴和n 區(qū)的電子就向?qū)Ψ綌U(kuò)散運(yùn)動(dòng),構(gòu)成少數(shù)載流子的注入,從而在p - n結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合,同時(shí)釋放出相對(duì)應(yīng)的能量h(h 為普朗克常數(shù),為光子頻率)而發(fā)光。該能量相當(dāng)于半導(dǎo)體材料的帶隙能量Eg(Ev) ,其與發(fā)光波長(zhǎng)(nm) 的關(guān)系為= 1239. 6PEg。1.2 中國(guó)LED發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展超過(guò)三十年,它已經(jīng)成為一種朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),已擁有完整的產(chǎn)品、創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng),市場(chǎng)需求十分強(qiáng)烈。近年來(lái),LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐的進(jìn)一步加快,不僅促進(jìn)LED業(yè)界增加產(chǎn)量,而且提高產(chǎn)品技術(shù)含量。LED包

6、裝及應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng),同時(shí)實(shí)現(xiàn)LED外延片及芯片自主生產(chǎn),國(guó)內(nèi)率每年都有大幅提高。據(jù)統(tǒng)計(jì),產(chǎn)值2010年LED芯片50億元左右,LED包裝工業(yè)增加值250億元左右,LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值900億元左右。中國(guó)也大力支持LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展3。LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出在2015年將達(dá)到5000億元人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)率約為42%。然而,中國(guó)LED工業(yè)還是有一些問(wèn)題,這一現(xiàn)象的發(fā)展基礎(chǔ)薄弱、監(jiān)督開(kāi)始晚了,低附加值的產(chǎn)品是一個(gè)根本性的變革。加快推進(jìn)我們的主導(dǎo)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新,提高產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為迫在眉睫。目前,我國(guó)LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)集中度低,有超過(guò)3000的大型和小型公司,但是制造商年產(chǎn)值超過(guò)1億年,僅有大約100。L

7、ED顯示屏產(chǎn)業(yè)具有較高的區(qū)域集中,主要是中國(guó)東部和南部。深圳是中國(guó)的主要生產(chǎn)基地、LED顯示屏產(chǎn)業(yè)占全國(guó)的41%的市場(chǎng)份額。與此同時(shí),中國(guó)是全球LED顯示屏的生產(chǎn)基地。中國(guó)LED顯示屏的生產(chǎn)規(guī)模是占世界70%的2008年增長(zhǎng)到2010年的83%4。中國(guó)LED顯示屏的生產(chǎn)公司正在迅速地?cái)U(kuò)大它們的大小,在2010年底,全國(guó)共有40多個(gè)LED顯示屏制造商年產(chǎn)值超過(guò)1億人。根據(jù)2010 - 2013年中國(guó)LED產(chǎn)品的市場(chǎng)分析和投資收益分析報(bào)告”顯示,國(guó)內(nèi)LED市場(chǎng)在2009年達(dá)到231億元,為300億元,2010年增長(zhǎng)30%。從發(fā)展趨勢(shì),國(guó)內(nèi)LED顯示屏的市場(chǎng)啟動(dòng)階段過(guò)渡到快速發(fā)展階段。LED顯示屏市

8、場(chǎng)自2012年復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá)到60%。1.3 課題研究的目的和意義隨著高亮度發(fā)光二極管技術(shù)的發(fā)展，LED顯示屏從室內(nèi)走到室外，其顯示內(nèi)容也從沒(méi)有層次的計(jì)算文字動(dòng)畫發(fā)展到能顯示有層次的電視圖像。國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部委托藍(lán)通電子科技有限責(zé)任公司制定的LED顯示屏技術(shù)條件也于1998年正式頒布實(shí)施。信息化社會(huì)的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會(huì)發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED。顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破，如公共交通、停車場(chǎng)、餐

9、飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額。進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，中國(guó)加入WTO、北京奧運(yùn)成功舉辦等，成為L(zhǎng)ED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)，我國(guó)LED顯示屏及相關(guān)的技術(shù)必將得到飛躍發(fā)展。2.課題研究?jī)?nèi)容2.1研究主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的研究的主要內(nèi)容包括LED工作原理，8×8LED點(diǎn)陣塊的字符顯示原理；8×8LED 點(diǎn)陣塊的級(jí)聯(lián)和驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法；74HC595實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和擴(kuò)展IO口的原理和方法；2.2 方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89S52作為主控芯片,74HC595作為擴(kuò)

10、展IO口芯片和數(shù)據(jù)分配芯片,大功率三極管8550作為驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣屏，選用功耗低、性價(jià)比較高的8×8LED點(diǎn)陣塊作為最小的組裝單元。確保在單屏無(wú)法完全顯示全部信息的情況下?lián)Q屏顯示。同時(shí)考慮到后期的維護(hù)，點(diǎn)陣屏采用單元塊級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)方案。3.方案實(shí)現(xiàn)從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多的端口，如果采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)

11、鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)檫@僅僅是1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說(shuō)就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就1616的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同1行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第

12、16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位

13、傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過(guò)上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于

14、列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。單片機(jī)列驅(qū)動(dòng)器LED點(diǎn)陣行驅(qū)動(dòng)器電源圖 4 顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖3.1主控制芯片AT89S523.1.1主控制芯片AT89S52的性能 AT89S52是一種低功耗、高性能COMS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上

15、，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 其性能如下：1、與MCS-5單片機(jī)產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；3、1000次擦寫周期；4、全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz；5、三級(jí)加密存儲(chǔ)器；6、32個(gè)可編程I/O口線；7、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8、六個(gè)中斷源；9、全雙工UART串行通道；10、低功耗空閑和掉電模式；11、掉電后中斷可喚醒；12、看門狗定時(shí)器；13、雙數(shù)據(jù)指針；14、掉電標(biāo)識(shí)符。3.1.2引腳說(shuō)明 P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平

16、。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能：P1.0 T2（定時(shí)器/

17、計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P

18、2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0)P3.5

19、 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通

20、過(guò)對(duì)特殊功能存儲(chǔ)器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)

21、鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)編程器時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖4-1 引腳圖3.2 LED點(diǎn)陣LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體。其內(nèi)部主要為一個(gè)PN結(jié)，當(dāng)PN結(jié)內(nèi)的電子與空穴復(fù)合時(shí)，電子由高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，電子將多余的能量以光子的形式釋放出來(lái)，產(chǎn)生電致發(fā)光現(xiàn)象，發(fā)光顏色與其基底的材質(zhì)元素有關(guān)。常用

22、材料有CaAs(砷化鎵)紅光材料，CaP（磷化鎵）綠光材料，CaN（氮化鎵）藍(lán)光材料。LED的類型包括直插型、表貼三合一、表貼三拼一、亞表貼、點(diǎn)陣模塊5。LED點(diǎn)陣模塊是一個(gè)或多個(gè)LED發(fā)光二極管作為一個(gè)像素單元按一定的規(guī)律排列而成的集合體，通常有8×8點(diǎn)陣塊，16×16點(diǎn)陣塊等。圖4-5是一個(gè)單色8×8點(diǎn)陣塊實(shí)物圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6。圖4-2 LED點(diǎn)陣實(shí)物和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從圖上看，8×8點(diǎn)陣共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一行置高電平，某一列置地電平時(shí)，則相對(duì)應(yīng)的二極管就亮。本設(shè)計(jì)采用此類點(diǎn)陣模塊。3.3

23、74HC5953.3.1 概述 74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分開(kāi)的時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入到移位寄存器中，在STcp的上升沿輸入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入端（Ds），和一個(gè)串行輸出端（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位。存儲(chǔ)寄存器是一個(gè)并行8位的具備三態(tài)總線輸出功能的存儲(chǔ)器，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻

24、關(guān)斷狀態(tài)7。4.3.2 引腳說(shuō)明符號(hào)引腳功能Q0Q715,1-7并行數(shù)據(jù)輸出GND8地Q79串行數(shù)據(jù)輸出10復(fù)位端（低電平）SHcp11移位寄存器時(shí)鐘輸入STcp12存儲(chǔ)器時(shí)鐘輸入13輸出有效（低電平）Ds14串行數(shù)據(jù)輸入Vcc16電源 圖4-3.2引腳3.3.3 真值表 輸入管腳 輸出管腳 SI SCKSCLRRCKOEX X X X H QAQH 輸出高阻 X X X X L QAQH 輸出有效值 X X L X X 移位寄存器清零 L 上沿 H X X 移位寄存器存儲(chǔ)L H 上沿 H X X 移位寄存器存儲(chǔ)H X 下沿 H X X 移位寄存器狀態(tài)保持 X X X 上沿 X 輸出存儲(chǔ)器鎖存

25、移位寄存器中的狀態(tài)值 X X X 下沿 X 輸出存儲(chǔ)器狀態(tài)保持 圖4-3.3真值表4. 主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)及調(diào)試方法4.1 字符顯示模塊 顯示屏上圖形和字符的顯示都是由一個(gè)個(gè)亮或滅的點(diǎn)（像素）組成的，中文漢字的最小的顯示單元一般采用16×16點(diǎn)陣，以最小顯示單元為基礎(chǔ)可以增加顯示像素，選取的像素點(diǎn)越多，字體或圖形顯示的越細(xì)膩。英文字符的顯示可以選用8×8點(diǎn)陣、8×16點(diǎn)陣或是以此為最小單元增加像素點(diǎn)8。本設(shè)計(jì)采用16×16點(diǎn)陣為顯示單元，如圖5-1所示。圖5-1 引腳排布圖由于中文字符的顯示采用16×16點(diǎn)陣塊模塊，所以采用四塊8×8

26、的點(diǎn)陣拼接作為顯示的基本單元，同時(shí)考慮到控制方式和顯示方法，四塊點(diǎn)陣塊的級(jí)聯(lián)采用在同一行上的所有行控制端連接到一起，在同一列上的所有的列控制端連接到一起。顯示方式采用逐行掃描逐列送數(shù)的方式顯示9。在顯示字符的時(shí)候首先確定行選擇端，然后把所有在同一行上的列的數(shù)據(jù)通過(guò)IO口送到列的控制端。其實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)74HC595的串行數(shù)據(jù)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，單片機(jī)通過(guò)提取的字符的顯示信息確定所在行的數(shù)據(jù)，通過(guò)接在行輸出端的74HC595實(shí)現(xiàn)行的控制，然后列的數(shù)據(jù)以同樣的方法通過(guò)74HC595的串行數(shù)據(jù)輸出功能把數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的控制端口10。由于人眼有視覺(jué)殘留，所以在不同的時(shí)刻掃描不同的行列就能實(shí)現(xiàn)字符的顯示，此

27、原理也就相當(dāng)于把每一個(gè)字符的不同點(diǎn)拼接到一起，由于時(shí)間間隔非常短所以我們會(huì)認(rèn)為是一起顯示的。四塊LED點(diǎn)陣共有16個(gè)行控制端和16個(gè)列控制端，因此為了節(jié)省單片機(jī)的IO口資源用兩片74HC595作為行控制端的IO數(shù)據(jù)輸出口，兩片74HC595作為列控制端的數(shù)據(jù)輸出口。4.2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路單片機(jī)采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)；P1.5P1.7口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。P0口和P2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。1616的點(diǎn)

28、陣顯示屏的硬件原理圖如圖：圖5-2單片機(jī)系統(tǒng)電路4.3 列驅(qū)動(dòng)電路圖5-3 列驅(qū)動(dòng)電路列驅(qū)動(dòng)電路有集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。74HC595的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存

29、器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，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(tài)門的開(kāi)放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開(kāi)放，否則為高組態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)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(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因?yàn)镼H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(jí)聯(lián)輸出。4.4 行驅(qū)動(dòng)電路圖5-4 行驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)P1口低4位輸出的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74LS

30、154譯碼后生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20MA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要320MA電流，選通三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。4.5 顯示驅(qū)動(dòng)程序顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下：刷頻率（幀頻）=1/16×T0溢出率 =1/16×f/12（65536-t） 其中f位晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)

31、據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開(kāi)顯示。圖為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。進(jìn)入中斷 定時(shí)器賦初值 讀取行號(hào)并增加1 送新行顯示數(shù)據(jù) 消 隱 切換顯示數(shù)據(jù) 發(fā)送新行號(hào)，打開(kāi)顯示 退出中斷 圖5-5顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖總 結(jié)經(jīng)過(guò)前期的資料準(zhǔn)備以及設(shè)計(jì)規(guī)劃構(gòu)思，中期長(zhǎng)時(shí)間的軟硬件調(diào)試和后期的完善工作。本次LED點(diǎn)陣屏的設(shè)計(jì)圓滿完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，即能在一定的距離范圍內(nèi)顯示信息，而且顯示的信息量能滿足日常的工作需要，點(diǎn)陣屏能實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)刷新信息的功能，整體系統(tǒng)運(yùn)

32、行穩(wěn)定，沒(méi)有存在死機(jī)和發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象。結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我了解到更多的有關(guān)課外的知識(shí)，同時(shí)也鍛煉了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，讓我自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，讓我真正的明白做好一件事需要的不僅僅是知識(shí)，還應(yīng)當(dāng)具備各方面的能力，查閱資料的能力，利用知識(shí)的能力，分析和解決問(wèn)題的能力以及和他人的溝通能力，自我學(xué)習(xí)的能力等。在這其中的每一天里我都有所收獲，特別是在調(diào)試電路的時(shí)候，每一次的遇到問(wèn)題時(shí)的焦慮到解決問(wèn)題后的驚喜都是我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況。我用心記錄著這其中的每一天，因?yàn)樗鼘⑹俏医窈笞呦蛏鐣?huì)在學(xué)校得到的最后一筆財(cái)富。在一切都將完成的時(shí)候，回味著這

33、半年的時(shí)間我感慨萬(wàn)千，感慨自己在四年的大學(xué)時(shí)間里學(xué)到的知識(shí)太少了，感慨自己即將離開(kāi)這個(gè)讓我有過(guò)高興和辛酸的學(xué)校。感謝本次學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我擁有了這么多。參考文獻(xiàn)1 陳君霞 編著. 大屏幕LED顯示系統(tǒng). 2007（07）：118-1192 李春茂 編著. LED結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.013 Image Analysis, Inc, The Leader in QCT Bone Densitometry , 20014 楊清德，康婭編著. LED及其工程應(yīng)用. 北京：人民郵電出版社，2007.125 李春茂 編著. LED結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社

34、，2011.016 周志敏，紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華 編著. LED照明技術(shù)與應(yīng)用電路. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.127 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分，康華光主編，高等教育出版社8 周志敏，紀(jì)愛(ài)華 編著.LED照明與工程設(shè)計(jì). 北京：人民郵電出版社，2010.089 楊清德，康婭編著. LED及其工程應(yīng)用. 北京：人民郵電出版社，2007.1210 余熄存，曹國(guó)華. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)西安電子科技大學(xué)出版，2000附 錄 1附錄四 源程序#include <AT89c52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#de

35、fine ulong unsigned long#define R1 P0 /上行線#define R2 P2 /下行線#define SP1 /列線#define CS1P3_2 /接左屏154譯碼器使能端#defineCS2P3_3 /接右屏154譯碼器使能端#define CP3_4 /控制是鋪屏還是滾動(dòng)#define sumsizeof(hanzi)/32/自動(dòng)計(jì)算漢字字?jǐn)?shù)#define ziti 16/字體大小（寬度）#definelight60 /顯示亮度#definemove_speed40 /移動(dòng)速度#define speed1 30 /卷動(dòng)速度調(diào)節(jié)uchar hanzi; /

36、漢字緩沖區(qū)uchar m=0,n=0; /m為掃描過(guò)程中的中間變量，n為顯示指針uchar c,b; /c、b分別為左半屏、右半屏的掃描變量uintk=0,j,x; /移位變量,k:移位個(gè)數(shù)uinta=0; /用于軟件延時(shí)ulongs=(sum+1)*ziti;/s為全部列數(shù)uchar disbuf322;/定義顯示緩沖區(qū)（32行兩列的二維數(shù)組以開(kāi)辟2個(gè)16*16漢字的空間）bitmove_st;/移動(dòng)標(biāo)志void delay(void) /用來(lái)改變掃描延時(shí)以調(diào)節(jié)亮度uchar i;for(i=0;i<light;i+);void init1(void) /定時(shí)器初始化,設(shè)置定時(shí)器0工作

37、方式1,定時(shí)時(shí)間1ms TMOD=0x10; TH1=0xfc; TL1=0x18;void timer1(void) interrupt 3 /中斷處理 TH1=0xfc; TL1=0x18; a+; void send_int(void) TMOD = 0x20; / 定時(shí)器1工作于8位自動(dòng)重載模式, 用于產(chǎn)生波特率TH1 = 0xF3; / 波特率2400TL1 = 0xF3;SCON = 0x50; / 設(shè)定串行口工作方式PCON= 0x00; / 波特率不倍增void run_move(void)uchar k1,k2;if(a>=move_speed) /move_speed控制移動(dòng)速度if(k>s-ziti-1)k=0; /整屏移動(dòng)列數(shù)k1=k/ziti;k2=k%ziti;j=ziti*2*k1+k2;/顯示指針k+;move_st=1;a=0; void load_hanzi(void)uchar i;run_move();if(move_st)for(i=0;i<31;i+)disbufi0=disbufi+10;/移位處理disbufi1=disbufi+1