基于單片機的LED廣告屏的設計_畢業設計論文基于單片機的LED廣告屏的設計摘要LEDLightEmittingDiode行業作為一個已經成熟的產業市場空間巨大應用前景廣闊通過對LED技術的根本應用的研究可以進一步強化自身的專業技能和強化自己的動手設計能力LED的特色之處一是節能直接功耗間接耗能二是根本無電離輻射三提高空間利用率然而LED點陣顯示屏的特點不僅僅于此LED點陣顯示屏用的是數碼管而數碼管具有實用廉價等優點做出來的LED點陣顯示很耐用LED點陣顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速開展是與LED顯示屏本身所具有的優點分不開的LED點陣顯示屏的開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開展本文介紹了基單片機漢字滾動顯示屏的設計本顯示屏的設計具有體積小硬件少電路結構簡單及容易實現等優點 關鍵詞單片機LED點陣漢字顯示TheDesignofLEDadvertisingscreenBasedonSCMAbstractLEDLightEmittingDiodeindustryasamatureindustrythemarketishugetheapplicationprospectsisbroadThroughtheapplicationofLEDtechnologythebasicresearchcouldfurtherstrengthenourprofessionalskillsandstrengthenourhandsdesigncapabilitiesOnespecialfeatureattheLEDenergypowerdirectindirectenergyconsumptionthesecondisalmostnoionizingradiationthreeimprovedspaceutilizationHoweverthecharacteristicsofLEDdotmatrixdisplayisnotonlyhereLEDdotmatrixdisplayusingadigitalanddigitaltubehasapracticalcostadvantagesLEDdotmatrixdisplaymadeoutofverydurableLEDdotmatrixdisplaybythewideattentionandrapiddevelopmentwiththeLEDdisplayitselfhastheadvantageinseparableLEDdotmatrixdisplayisextremelybroadprospectsfordevelopmentthecurrentismovinghigherbrightnesshigherweatherresistancehigherluminousdensityhigherluminousuniformityreliabilityfullcolordirectionThisarticledescribesthemicrocontroller-basedSTC12of166LEDdotmatrixcharacterscrollingdisplaydesignWhichfocusesontheLEDdotmatrixdisplayhardwaredesignideasthehardwarecircuitfunctionsofvariouspartsandprinciplescorrespondingsoftwareprogramdesignanddetailedworkflowandinstructionsforuseThispaperisdividedintosixpartsofwhichthemaincontentsoftheoverallsystemanalysissystemhardwaredesignsystemsoftwaredesignthreepartsOverallsystemanalysisisthefoundationsystemhardwaredesignisthekeyandcorepartofthispaperthissectionfirstbrieflydescribethesystemhardwareworksandattachedtothesystemhardwaredesigndiagramdiscussesthisgraduationdesignapplicationsandinallofthehardwareinterfacetechnologyInterfacemodulefunctionsandworkingprocesssoftwaredesignisanessentialpartofsystemoperationThemainideaofthiswritingissoftandhardwarecombinationhardware-basedforeachfunctionalmoduledesignThedesignofpracticalsimplepowerfulextensionThedisplayisdesignedwithasmalllesshardwarecircuitstructureissimpleandeasytoimplementKeyWordsLEDLatticeChinesecharacterdemonstrates

目錄摘要 1Abstract 2引言 41LED顯示屏的介紹 511LED顯示屏的開展背景及國內外研究現狀 5com顯示屏的特點 6comLED顯示屏的動態掃描 812LED顯示屏的分類 8com方向分類 8com場合分類 9com點的直徑分類 913LED顯示屏的顯示方案 914LED的作用及市場前景 10comLED顯示屏的作用 10com的市場前景 102系統的總體設計 1021設計目標及采取的方案 10com標 10com案 1122工作原理 1123總體設計 123系統硬件設計 1331各局部電路功能說明 1332AT89C51芯片的簡要介紹 1533時鐘電路的設計 1734復位電路 1835行驅動電路 1936列驅動電路的設計 2137電源電路的設計 2238LED顯示器的設計 22comLED顯示屏設計 22com電子顯示屏顯示字符原理 2339漢字顯示原理 24com顯示屏電路的設計 254系統軟件的設計 2741主程序設計 275系統制作與調試 3151Proteus軟件簡要介紹 3152仿真過程 3353硬件制作與調試 33com硬件電路板的制作 33com系統硬件調試 3454系統軟件調試 34結論 36參考文獻 37附錄 38外文資料原文 38外文資料譯文 44在學取得成果 49致謝 50

引言LED顯示設備是利用發光二極管構成點陣模塊或像素單元從而組成的平面式顯示裝置它本身具有發光效率高使用壽命長結構靈活色彩豐富以及適應室內外環境能力強等諸多優點因而廣泛應用于碼頭公交汽車商店學校和銀行等公共場合的信息發布與廣告宣傳LED顯示屏經歷了從單色雙色的圖文顯示屏到現在的全彩色視頻顯示屏的開展過程自從20世紀八十年代起LED顯示屏的應用領域已經遍布于交通電信教育證券廣告宣傳等各個方面LED顯示屏開展速度是非常快的本文講述了基于AT89C51型單片機闡述了16×16LED漢字點陣滾動顯示的根本原理硬件設計與組成程序編寫與調試Proteus軟件仿真技術等根本的環節和相關技術技能單片機是一種集成電路芯片是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM多種IO口中斷系統定時器計時器等功能還包括顯示驅動電路脈寬調制電路模擬多路轉換器AD轉換器等電路集成到一塊硅片上成的一個小完善的計算機系統單片機廣泛應用于儀器儀表家用電器醫用設備航航天專用設備的智能化管理及過程控制等領域能幫助了解漢字的點陣顯示原理認識單片機的根本結構工作原理及應用方法并提高單片機技術的運用能力

1LED顯示屏的介紹11LED顯示屏的開展背景及國內外研究現狀在大型商場車站碼頭地鐵站各類辦事窗口等越來越多的場需要用LED點陣顯示圖形和漢字LED行業已成為一個開展速的新興產業市場空間巨大前景廣闊隨著信息產業的高速開展LED顯示作為信息傳播的一種重要手段已廣泛應用于室內外需要進行效勞內容和效勞宗旨宣傳的公眾場所如戶內外公共場所廣告宣傳機場車站旅客引導信息公交車輛報站系統證券銀行信息顯示餐館報價信息示高速公路可變情報板體育場館比賽轉播樓宇燈飾交通信號燈景觀照明等顯然LED顯示已成為城市亮化現代化和信息化的一個重要標志19世紀70年代最的GaPGaAsP同質結紅黃綠色低發光效率的LED已開始應用于指示燈數字文字顯示從此LED開始進入多種應用領域包括宇航飛機汽車工業應用通信消費類產品等普及國民經濟各部門千家萬戶到1996年LED現實點陣在全世界的銷售額已到達幾十億美元盡管多年以來LED一直受顏色發光效率的限制但由于GaP和GaAsPLED具有壽命長可靠性高工作電流小可與TTLCMOS數字電路兼容等許多優點因而卻一直受到使用者的青最近十年高亮度化全色化一直是LED材料器件工藝技術研究的前沿課題超高亮度UHB發光強度到達或超過100mcd的LED又稱坎德拉cd級LED[3]高亮度A1GaInP和InGaNLED的研制進展十分迅速現已到達常規材料GaA1AsGaAsPGaP不可能到達的性能水平1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P620nm橙色超高亮度LED1992年InGaA1p590nm黃色超高亮度LED實用化同年東芝公司研制InGaA1P573nm黃綠色超高亮度LED法向光強達2cd[6]1994年日本日亞公司研制成InGaN450nm藍綠色超高亮度LED至此彩色顯示所需的三色紅綠藍以及橙黃多種顏色的LED都到達了坎德拉級的發光強度實現了超高亮度化全色化使發光管的戶外全色顯示成為現實我國開展LED起步于七十年代產業出現于八十年代全國約有100多家企業95的廠家都從事后道封裝生產所需管芯幾乎全部從進口通過幾個五年方案技術改造技術攻關引進國外先進設備和局部關鍵技術我國LED的生產技術已向前跨進了一步LED數碼顯示屏顯示器件為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排列均勻的發光二極管成的點陣顯示模塊適于文字圖像信息LED視頻顯示屏顯示是由許多發光二極管成可以顯示視頻動畫等各種視頻文件室內顯示屏發光點較小一般Φ3mm--Φ8mm之間顯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功能室內屏Φ3mmΦ375mmΦ5mm室外屏Φ10mmΦ12mmΦ16mmΦ19mmΦ20mmΦ21mmΦ22mmΦ26mm1點陣模塊方案最的設計方案室內偽彩點陣屏開展而來優勢原材料本錢最有優勢且生產加工工藝簡單質量穩定缺點色彩一致性差馬賽克現象較嚴重顯示效果較差2單燈方案為解決點陣屏色彩問題借鑒戶外顯示屏技術的一種方案同時將戶外的像素復用技術叫像素共享技術虛擬像素技術移到了室顯示屏優勢色彩一致性比點陣模塊方式的好缺點混色效果不佳視角不水平方向左右觀看有色差加工較復雜抗靜電要求高實際像素分辨率做到10000點以上3貼片方案采用貼片發光管為顯示元件的方案優勢色彩一致性視角等重要顯示指標是現有方案里最好的一種是三合一表貼的混色效果缺點加工工藝本錢太高4貼方案實際是單燈方案的一種改良現在還完善之中優勢在顯示色彩一致性視角等首要指標和標貼方案差異但本錢較低顯示效果缺點加工還是較復雜抗靜電要求高1起到商品宣傳吸引顧客的作用2起到店面裝飾提高企業檔次的作用3用于照明標新立異的作用4起到知識普及的作用可用于播放企業產品的小信息相關行業的知識5起到公告板的作用促銷招聘信息發布6起到氣氛的作用上級領導及各種貴賓蒞臨參觀指導通過顯示屏幕可播放歡送詞各種重大節日的慶祝詞等不可否認商家立廣告牌的最終目就是宣傳商品信息吸引目標顧客盡最地大可能賺取最大的利潤而LED廣告牌這個目的成為企業宣傳的選擇目前由于顯示屏造價昂貴主要應用于比擬高檔的場主要集中在城市的繁華場所作為多媒體廣告的一局部單雙色顯示屏主要應用交通銀行證券交易等場所隨著人們生活水平的提高顯示屏將逐漸應用于各個行業圖21總體設計電路圖3系統硬件設計31各局部電路功能說明本設計采用以AT89C51單片機為核心芯片的電路來實現主要由AT89C51芯片時鐘電路復位電路列掃描驅動電路8×8LED點陣5局部組成由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中能夠進行1000次寫／擦循環數據保存時間為10年他是一種高效微控制器為很多嵌人式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案因此在智能化電子設計與制作過程中經常用到AT89C51芯片時鐘電路由AT89C51的1819腳的時鐘端XTAI1及XTAL2以及12MHz晶振X電容C4C5組成采用片內振蕩方式復位電路采用簡易的上電復位電路主要由電阻R1R2電容C1開關K組成分別接至AT89C51的RST復位輸人端LED點陣顯示屏采用88共64個象素的點陣可通過萬用表檢測發光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布我們把行列總線接在單片機的IO口然后把上面分析到的掃描代碼送入總線就可以得到顯示的漢字了我們在實際應用中是將LED點陣的8條列線通過驅動電路接在PO口8條行線通過限流電阻接在P2口考慮到PO口必需設置上拉電阻我們采用1k排電阻作為上拉電阻漢字掃描顯示的根本過程是這樣的通電后由于電阻R電容cl的作用使單片機的RST復位腳電平先高后低從而到達復位之后在CC3X以及單片機內部時鐘電路的作用下單片機AT89C51按照設定的程序在P2和P0接口輸出與內部漢字對應的代碼電平送至LED點陣的行列線高電平驅動從而選中相應的象素LED發光并利用人眼的視覺暫留特性合成整個漢字的顯示再改變取表地址實現漢字的滾動顯示點陣式ED滾動漢字顯示屏硬件電路設計框圖如下圖電路包括單片機電源電路時鐘電路復位電路驅動電路和LED點陣電路等本設計的核心是利用單片機讀取顯示字型碼通過驅動電路對16×16LED點陣進行動態列掃描以實現漢字的滾動顯示本設計選用的單片機為ATMEL公司的AT89C5顯示屏采6×16LED點陣電源電路通過變壓整流元件為單片機和其他電路提供穩定的5V工作電壓鐘電路是單的驅動電路復位電路可在需要時手動使單片機程序計數器復位清零通過陽極驅動電路向16×16點陣送字型碼通過陰極驅動電路對16×16點陣進行列掃描本設計采利用Proteus軟件設計點陣式LED滾動漢字顯示屏硬件電路在Proteus軟件中單片機模型本身包含了工作電源和可改變的工作頻率因此在仿真時無需設計電源電路和時鐘電路需要說明的是在Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點陣模塊本設計中采用Proteus軟件中現有的8×8點陣模塊組合成一個6×16點陣模塊16×16點陣的陽極驅動由P0口經輸出緩沖器構成在本設計中需要用兩片分別送出上8行和下8行的字型碼16×16點陣的陰極驅動由P2口經74HC138譯碼后動態掃描16×16點陣的各列本設計中需要片74HC13器循環掃描各列顯示一個完整的漢字需要掃描32次RP3為排阻含有8個電阻作P0口各位的上拉電阻以保證P0口能夠輸出高電平復位電路的作用是在任何時刻可以手動復位單片機使程序重新執行本設計的核心是利用單片機讀取顯示字型碼通過驅動電路對16×16LED點陣進行動態列掃描以實現漢字的滾動顯示16x16LED點陣上實現漢字顯示漢字點陣控制電路選用AT89C51選用416譯碼器74HC138作為行選址邏輯控制端AT89C51的P0P2口作為列數據輸入端用Proteus軟件設計點陣式LED滾動漢字顯示屏硬件電路在Proteus軟件中單片機模型本身包含了工作電源和可改變的工作頻率因此在仿真時無需設計電源電路和時鐘電路需要說明的是在Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點陣模塊本設計中采用Proteus軟件中現有的8×8點陣模塊組合成一個16×16點陣模塊16×16點陣的陽極驅動由P0口經輸出緩沖器在本設計中需要用兩片分別送出上8行和下8行的字型碼16×16點陣的陰極驅動由P2口經74HC138譯碼后動態掃描16×16點陣的各列本設計中需要片74HC138譯碼器循環掃描各列顯示一個完整的漢字需要掃描32次RP3為排阻含有8個電阻作P0口各位的上拉電阻以保證P0口能夠輸出高電平復位電路的作用是在任何時刻可以手動復位單片機使程序重新執行其功能是將給定的輸入碼組進行變換成對應的輸入信號對每一種可能的輸入組合一個且僅一個輸出信號為有效電位12均為低電平時譯碼器處于工作狀態可將地址輸入端A0～A3的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出[18]否那么譯碼器被禁止所有的輸出端被封鎖在高電平～為譯碼輸出端輸出是低電平有效即在選通時每輸入一個二進制代碼將使對應的一個輸出端為低電平而其它輸出端均為高電平的無效信號也可以說對應的輸出端被譯中[19]32AT89C51芯片的簡要介紹AT89C51是一種帶4kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓高性能CMOS型8位微處理器俗稱單片機該器件采用ATMEL公司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能夠進行1000次寫／擦循環數據保存時間為10年他是一種高效微型控制器它靈活性高價格低廉常用于嵌入式控制系統因此在智能化電子設計與制作過程中經常用到AT89C51芯片其引腳分配見圖31圖31AT89C51芯片引腳圖AT89C51擁有40個引腳32個外部雙向輸入輸出IO端口同時內含2個外中斷口2個16位可編程定時計數器2個全雙工串行通信口AT89C51可以按照常規方法進行編程也可以在線編程其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發本錢AT89C51的主要性能參數1與MCS-51產品指令系統完全兼容24k字節可重擦寫Flash閃速存儲器31000次擦寫周期41288字節內部RAM532個可編程IO口線6低功耗空閑和掉電模式76個中斷源在這次設計中所用到的AT89C51管腳說明P1口P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向IO口P1口緩沖器能接出4個TTL門電流P1口管腳寫入1后被內部上拉為高可用作輸入P1口被外部下拉為低電平時將輸出電流這是由于內部上拉的緣故在Flash編程和校驗時P1口作為第八位地址接收P3口P3口管腳是8個內部帶上拉電阻的雙向IO口可接收輸出4個TTL門電流當P3口寫入1后它們被內部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口如表31所示表31AT89C51特殊功能口管腳號 管腳名 備選功能 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 INT0 外部中斷0 P33 INT1 外部中斷1 P34 T0 記時器0外部輸入 P35 T1 記時器1外部輸入 P36 WR 外部數據存儲器寫選通 P37 RD 外部數據存儲器讀選通 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號RST復位輸入當振蕩器復位器件時要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入XTAL2來自反向振蕩器的輸出33時鐘電路的設計時鐘電路是為準確記時而專門設計的內置或外置電路對于單片機來說時鐘電路是必不可少的它是單片機運算的時鐘支持單片機可以看做是時鐘驅動下的時序邏輯電路其根本功能主要為單片機內置計時作為通訊時鐘發生器時間中斷源等[21]單片機內部雖有振蕩電路但要形成時鐘必須在外總附加電路因為由于出廠設置和溫漂等原因內置時鐘往往不夠精確單片機的時鐘產生方法有如下兩種內部時鐘方式和外部時鐘方式內部時鐘方式利用芯片內部的振蕩電路在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件內部振蕩電路便產生自激振蕩用示波器可以觀察到XTAL2輸出時的時鐘信號最常用的內部時鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路[25]出于設計簡單經濟適用本設計選用內置計時利用單片機XTAL1與XTAL2管腳以及12MHz晶振X1瓷片電容C4C5組成圖三對于與晶振串聯的電容是沒有定值要求的其主要作用是維持時鐘的穩定性和晶振的精度電容大會穩定一些但精度會降低電容小會降低抗干擾性一般情況下30PF是比擬典型的值對于本設計由于LED顯示屏需要長期的獨立工作所以穩定性上面的要求會更高一些所以兩個電容選擇33PF更為妥當圖32時鐘電路圖34復位電路復位電路設計的好壞直接關系到整個電路質量的好壞不可靠的復位電路會引起死機及程序走飛現象為可靠起見電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位本設計采用簡易的上電復位電路主要由電阻R1R2電容C1按鍵開關組成分別接至AT89C51的RST復位輸入端圖二電容在上接高電平電阻在下接地中間為RST這種復位電路的工作原理是通電時電容兩端相當于是短路于是RST引腳上為高電平然后電源通過電阻對電容充電RST端電壓慢慢下降降到一定程序即為低電平單片機開始正常工作首先RST保持兩個機器周期以上的高電平時自動復位1上電復位上電瞬間電容充電電流最大電容相當于短路RST端為高電平自動復位電容兩端的電壓到達電源電壓時電容充電電流為零電容相當于開路RST端為低電平程序正常運行2手動復位首先經過上電復位當按下按鍵時RST直接與VCC相連為高電平形成復位同時電解電容被短路放電按鍵松開時VCC對電容充電充電電流在電阻上RST依然為高電平仍然是復位充電完成后電容相當于開路RST為低電平正常工作圖33復位電路圖35行驅動電路為節省IO口資源方便于擴展行驅動電路采用串口輸入本設計電路中行方向由兩片74HC595完成掃描它由AT89C51的P30---P33控制將LED點陣的16條行線與兩片74HC595的并行輸出端之間通過47kΩ的電阻連接74HC595是一款低噪聲低功耗高速的COMS移位存放器能夠驅動15個TTL的負載[3]該器件包含一個8位串行輸入并行輸出的移位存放器及帶有三態輸出控制的8位D型存儲器移位存放器和存儲器分別由獨立的時鐘提供信號移位存放器內置直接清零串行輸入和用于級聯的串行輸出功能時鐘的上升沿觸發移位存放器和存儲器如果同一個時鐘提供信號那么移位存放器的狀態必須比存儲器提前一個脈沖信號74HC595的主要優點是具有數據存儲存放器[6]在移位的過程中輸出端的數據可以保持不變這在串行速度慢的場合很有用處數碼管顯示不會產生閃爍感74HC595有很多功能在點陣顯示中用到的串行輸入并行輸出是其中的一個功能是通過存放器選擇的對于動態顯示行掃描主要處理字模需要把整個字的字模都打入到595芯片通過595來處理通過子模各個位的移動來實現要顯示的字[7]在LED點陣顯示屏中74HC595的主要作用為1驅動CMOS的74HC595驅動LED點陣顯示屏沒有問題2串行輸入轉并行輸出非常節約資源從而可以降低對處理器的IO資源的需求量3具有三態輸出鎖存4可多個級聯可以很方便的用于更大的LED點陣屏驅動[4]74HC595引腳見圖三圖3474HC595引腳見圖34其引腳功能為Q1～Q7八位并行輸出端可以直接控制數碼管的8個段Q級聯輸出端它接下一個595的SI端低點平時將移位存放器的數據清零移位存放器時鐘輸入上升沿時數據存放器的數據移位下降沿移位存放器數據不變STCP存儲存放器時鐘輸入上升沿時移位存放器的數據進入數據存儲存放器下降沿時存儲存放器數據不變通常將RCK置為低電平當移位結束后在RCK端產生一個正脈沖更新顯示數據OE低電平輸出高電平時禁止輸出高阻態如果單片機的引腳不緊張用一個引腳控制它可以方便地產生閃爍和熄滅效果比通過數據端移位控制要省時省力DS串行數據輸入SI串行數據輸入端VCC接電源74HC154是一種單片4線16線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器只要控制端12任意一個為高電平ABCD任意電平輸入都無效12必須都為低電平才能操作芯片1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方法是用4個輸入線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圖3574HC154引腳說明Y0-Y15輸出端GND接地E1E2使能輸入端低電平有效AO-A3地址輸入端VCC接電源74HC154是4線-16線譯碼器解調器其功能為1將4個二進制編碼輸入譯成16個彼此獨立的輸出之一2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3輸入箝位二極管簡化了系統設計4與大局部TTL和DTL電路完全兼容37電源電路的設計由于點陣系統耗電量較大如果采用干電池作為LED點陣系統的電源使用干電池需經常換電池不符合節約型社會的要求采用一片LM7805三端穩壓器耗電電流為100Ma左右的電源作為系統電源功率上可以滿足系統需要不需要更換電源并且比擬輕便使用更加平安可靠基于以上分析我決定采用LM7805三端穩壓器電源作為系統電源見圖36圖36電源電路的設計38LED顯示器的設計comLED顯示屏設計顯示局部是本次設計最核心的局部本設計的1616LED點陣顯示屏通過四個88LED點陣顯示屏擴展而成見圖37圖371616LED顯示屏圖對于88LED點陣顯示有以下兩種方案靜態顯示將一幀圖像中的每一個二極管的狀態分別用0和1表示假設為0那么表示LED無電流即暗狀態假設為1那么表示二極管被點亮假設給每一個發光二極管一個驅動電路一幅畫面輸入以后所LED的狀態保持到下一幅畫對于靜態顯示方式所需的譯碼驅動裝置很多引線多而復雜本錢高且可靠性也較低動態顯示對一幅畫面進行分割對組成畫面的各局部分別顯示是動態顯示方式動態顯示方式可以防止靜態顯示的問題但設計上如果處理不當易造成亮度低閃爍問題因此合理的設計既應保證驅動電路易實現又要保證圖像穩定無閃爍動態顯示采用多路復用技術的動態掃描顯示方式復用的程度不是無限增加的因為利用動態掃描顯示使我們看到一幅穩定畫面的實質是利用了人眼的暫留效應和發光二極管發光時間的長短發光的亮度等因素通過實驗發現當掃描刷新頻率發光二極管的停閃頻率為50Hz發光二極管導通時間≥1ms時顯示亮度較好無閃爍感由于靜態顯示方式所需的譯碼驅動裝置很多引線多而復雜本錢高且可靠性也較低而動態顯示可以防止靜態顯示的問題只是在設計時應注意合理的設計既應保證驅動電路易實現又要保證圖像穩定無閃爍且動態顯示易于制作和理解又能穩固所學知識到達畢業設計的目標所以我采用動態顯示com電子顯示屏顯示字符原理在結構上單基色88的點陣屏每一列共用一根列線每一行共用一根行線當相應的行接高電平列接低電平時對應的發光二極管被點亮通常情況下一塊88像素的LED顯示屏是不能用來顯示一個漢字的因此按照其原理結構進行擴展為1616就足以顯示一個完整的漢字在顯示過程中多采用掃描方式利用人的視覺暫停效應只要刷新速率不小于25幀秒就不會有閃爍的感覺LED點陣顯示屏采用16×16共256個象素的點陣通過萬用表檢測發光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布把行列總線接在單片機的口然后把掃描代碼送人總線就可以得到顯示的漢字了假設將LED點陣的行列端口全部直接接入89C51單片機那么需要使用32條IO口這樣會造成IO資源的耗盡系統也再無擴充的余地因此將LED點陣的16條行線接Ω電阻相連列選掃描信號是由4-16線譯碼器74HC154來選擇控制節約了很多IO口資源圖3816行16列的點陣組成顯示圖依照這個方法繼續進行下面的掃描一共掃描32個8位可以得出漢字大的掃描代碼為04H00H04H02H04H02H04H04H04H08H04H30H05H0C0H0FEH00H05H80H04H60H04H10H04H08H04H04H0CH06H04H04H00H00H由這個原理可以看出無論顯示何種字體或圖像都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上現在有很多現成的漢字字模生成軟件軟件翻開后輸入漢字點檢取十六進制數據的漢字代碼即可自動生成把所需要的豎排數據復制到我們的程序中即可com顯示屏電路的設計LED顯示屏是將發光二極管按行按列布置的驅動時也就按行按列驅動在掃描驅動方式下可以按行掃描按列控制當然也可以按列掃描按行控制LED顯示屏現多采用多塊8×8點陣顯示單元拼接而本錢文就是使用4塊實驗模塊組成16×16點陣以滿足漢字顯示的要求×8LED點陣是最根本的點陣顯示模塊理解了8×8LED點陣的工作原理就可以根本掌握LED點陣顯示技術8×8點陣LED結構如圖39所示其等效電路如圖310所示圖398×8點陣LED外觀及引腳圖圖3108×8點陣LED等效電路圖從圖中本圖的LED陣列采用共陽的接法可以看出8×8點陣共需要64個發光二極管組成且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上要實現顯示圖形或字體只需考慮其顯示方式通過編程控制各顯示點對應LED陽極和陰極端的電平就可以有效的控制各顯示點的亮滅LED點亮左下角LED熄滅的話在掃描到第一行時第一列的電位就應該為低而掃描到第八行時第一列的電位就應該為高這樣行線上只管一行一行的輪流導通列線上進行通斷控制實現了行掃描列控制的驅動方式以上就是16×16點陣LED電子顯示屏系統硬件局部的各功能模塊分述經過合理的設計論證后和就可以整體結合在一起再根據設計配備好各元器件實物通過組裝后等在單片機的程序存儲器里放入編制好的程序即可成為一個完整的應用系統

4系統軟件的設計41主程序設計主程序中同一幀的反復掃描次數的設定決定了顯示移動的速度延時程序至關重要如果刷新速率設置不當就會有閃爍感這樣會影響視覺效果在顯示過程中多采用掃描方式利用人眼的視覺暫停效應只要刷新速率不小于25幀秒就不會有閃爍的感覺圖41主程序流程圖設計思路首先是頭文件設置然后對硬件電路中用到的單片機端口進行初始化定確定緩存字節量大小顯示六個字符每個字符32個字節另外還有漢字字模局部延遲時間設置顯示次數和周期顯示程序設計42子程序設計圖42子程序流程圖延時子程序協調字符顯示速度voiddelayXmsucharms延時毫秒12Mms最大值255uchariwhilems--fori0i124iLED點陣顯示子程序voiddelayXmsucharmsvoidmain ucharbase0 在bmp地址中移動從0到rows-15每次加2實現移動效果 ucharcur0 顯示base位置以后的一個字符寬度16列每列16bit uchartmp0 臨時變量 ucharrowssizeofbmp ""單片機仿真共6個字符塊每個1616共rows96列 ucharcol0 列選線 SCON0x00 串口工作模式0移位存放器方式 MR1 while1 forbase0baserowsbasebase2 fortmp0tmp5tmp每個字塊顯示5次 forcol0col16col E10 開154移位 MR0 清理行輸出將移位存放器的數據清0 MR1 ST_CP0 上升沿 ST_CP1 SBUFbmp[basecol2] whileTI0 等待發送完畢 T10 SBUFbmp[basecol21] whileTI0 等待發送完畢 T10 P1col 列控制 ST_CP0 上升沿 ST_CP1 delayXms2 顯示2ms

5基于Proteus的系統仿真51Proteus軟件簡要介紹Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件它運行于Windows操作系統上可以仿真分析SPICE各種模擬器件和集成電路該軟件的特點是實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合具有模擬電路仿真數字電路仿真單片機及其外圍電路組成的系統的仿真RS232動態仿真I2C調試器SPI調試器鍵盤和LCD系統仿真的功能有各種虛擬儀器如示波器邏輯分析儀信號發生器等支持主流單片機系統的仿真目前支持的單片機類型有ARM7LPC21xx805152系列AVR系列PIC10121618系列HC11系列以及多種外圍芯片提供軟件調試功能在硬件仿真系統中具有全速單步設置斷點等調試功能同時可以觀察各個變量存放器等的當前狀態因此在該軟件仿真系統中也必須具有這些功能同時支持第三方的軟件編譯和調試環境如KeilC51uVision2MPLAB等軟件具有強大的原理圖繪制功能總之該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件功能極其強大邏輯錯誤硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的這類錯誤包括錯線開路短路等幾種其中短路是最常見的故障器件元器件失效的原因有兩個方面一是器件本身已損壞或性能不符合要求二是由于組裝錯誤造成的元器件失效如電解電容二極管的極性錯誤集成塊安裝方向錯誤等可靠性引起系統不可靠的因素很多如金屬化孔接插件接觸不良會造成系統時好時壞內部和外部的干擾電源紋波系數過大器件負載過大等造成邏輯電平不穩定另外走線和布局的不合理等也會引起系統可靠性差KeilC51軟件進行KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統支持C語言和匯編語言編程與匯編相比C語言在結構性可讀性可維護性上有明顯的優勢易學易用KeilC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具全Windows界面生成的目標代碼效率非常高多數語句生成的匯編代碼很緊湊容易理解其60以上的版本將編譯和仿真軟件統一為μVision通常稱為μV2Keil提供包括C編譯器宏匯編連接器庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案由以下幾局部組成μVisionIDE集成開發環境C51編譯器A51匯編器LIB51庫管理器BL51連接定位器OH51目標文件生成器以及Monitor-51RTX51實時操作系統應用Keil進行軟件仿真開發的主要步驟為編寫源程序并保存建立工程并添加源文件設置工程編譯匯編連接產生目標文件再進行程序調試成功編譯匯編連接后選擇菜單Debug-StartStopDebugSession或按CtrlF5鍵進入程序調試狀態Keil能以單步執行按F11或選擇Debug-Step過程單步執行按F10或選擇Debug-StepOver全速執行等多種運行方式進行程序調試如果發現程序有錯可采用在線匯編功能對程序進行在線修改不必執行先退出調試環境修改源程序對工程重新進行編譯匯編和連接然后再次進入調試狀態的步驟對于一些必須滿足一定條件如按鍵被按下等才能被執行的難以用單步執行方式進行調試的程序行可采用斷點設置的方法處理Debug-InsertRemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints等在模擬調試程序時還須通過編程器將hex目標文件燒寫入單片機中才能觀察目標樣機真實的運行狀況

55Proteus仿真電路圖經過各模塊間的聯接可得到如下電路圖如圖43圖43整體電路仿真圖

結論本設計硬件電路能夠實現從右向左滾動顯示漢字功能如果在軟件中設計向上下左右四個方向滾動顯示漢字通過一個或四個按鍵來切換顯示方式該硬件電路也是能夠實現功能雖然本設計只使用了一塊16×16LED點陣電路簡單但是已經包涵了LED顯示屏的電路根本原理和根本程序只要擴展單片機的IO接口并增加一些LED點陣和相關芯片就能設計出更大面積更多把戲的LED顯示屏因此本文對同類設計具有一定的理論和實踐參考價值

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