1、本科毕业论文LED 点阵显示屏系统的设计与实现专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 目 录摘要 .IIIAbstract.IV第一章 绪论 .11.1 国内外发展情况 .11.2 LED 点阵显示课题意义与目标 .21.3 论文主要内容 .21.3.1 初步方案的论证和选择 .21.3.2 方案实现 .21.3.3 软件编写 .21.3.4 验证与测试 .21.3.5 结论 .3第二章 系统结构 .42.1 平台特点： .42.1.1 keil 软件 .42.1.2 Protues 软件 .42.2 系统结构图： .5第三章 模块的设计 .73.1 模块功能详细介绍
2、 .73.1.1 单片机的引脚及相关功能 .73.1.2 74HC595 的引脚及相关功能 .93.1.3 74HC154 的引脚及相关功能 .93.2 硬件设计方案 .103.3 系统软件方案 .103.4 工程建立及仿真 .11第四章 系统测试 .174.1 系统硬件部分调试方法 .174.1.1 短路与虚焊检测 .174.1.2 上电测试 .184.2 系统软件调试方法 .184.3 系统联合调试及结果 .194.4 调试结果分析 .20第五章 LED 显示屏结论与未来发展展望 .21参考文献 .22致 谢 .23LED 点阵显示屏系统的设计与实现摘要本文介绍了一款以单片机 AT89S5
3、1 为控制器的 LED 点阵显示屏系统的设计。该系统可实现中英文字符的显示和动态特效显示。并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。系统采用 PC 机作为上位机，上位机向单片机发送控制命令和上位机所存储的显示代码，AT89S51 单片机接收并处理 PC 机的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动一个 1616 分辨率的 LED 点阵显示屏的扫描显示。PC 机与单片机之间的通信采用 RS232C通信标准来实现。所选用的 AT89S51 单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。除此之外，该系统只占用了单片机少量的 I /O口和内存，为系统留下了功
4、能扩展的空间 .1本设计主要实现 16*16LED 显示屏对文字及简单图像的显示，扩展功能有实时时钟及实时温度采集，并通过 LCD1602 及 LED 点阵屏静态及滚动显示。设计分为三大步，分别是软件设计，硬件仿真及实物制作，兼顾理论性及实用性，充分体现了理论与实践相结合,设计过程中不仅学到了很多有用的知识，也增长了自己的专业技能，提高了自己的动手能力。关键字：AT89S51；LED 点阵显示；串行通信LED System Destem Design And ImplementationAbstractThis paper introduces a design of the LED latt
5、ice display system base on MCU AT89S51. The system can display in both Chinese and English characters of the show and from top tobottom 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
6、 to microcontroller, AT89S51 receives control commands from PC and shows the code, Driver module drives a 1616-resolution LED lattice LEDs panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS-232C communications standards. The characteristics that AT89S51 microcontrol
7、ler is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance and Repair. In addition, the system will take up only a small amount of the MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion .1The main achievement of this design is 16 * 16LED displ
8、ay show the text and simple images ,the extension function include real-time clock and real-time temperature measurement which is dispalyed by LCD1602 and LED dot matrix display screen. This design is divided into three big steps,which is software design, hardware simulation and in-kind production,f
9、ully reflects the combination of theory and practice.From this design process ,Im not only learned a lot of useful knowledge,also increase my professional skillsand Improve my practical abilityKey words: AT89S51, Lattice LEDs Panel Display,Serial Communication第一章 绪论1.1 国内外发展情况众多 LED 企业开始走向整合之路。随着竞争的
10、继续加剧以及 LED 市场需求的持续增加，越来越多的厂商将通过代工的形式生产芯片，企业的整合成为全球代表性 LED 芯片生产厂商的必然。台湾的晶元光电在 2005 年合并国联成为全球最大的四元系 LED 生产厂商后，于 2006 年展开第二次并购。欧洲、美国、日本及中国台湾地区三是全球 LED 重要的产业基地。其中，日本的 LED 技术实力最强，掌握了几乎全部的 LED 高端市场。中国台湾地区产业发展快速，已成为全球重要的 LED 生产基地。半导体照明成为全球国家 LED 产业发展的核心。欧盟、美国、日本、韩国、中国台湾地区以及国内都相继出台半导体照明计划，政府希望通过计划的制定带动相关产业环
11、节的快速发展，进而推动半导体照明的有效实施。从产业链各个环节看，封装环节无论从产量还是产值上所占比重最大。上游的衬底和外延发展受到技术和资金的困扰，企业数量和产值所占比重很小。2006 年底，包括衬底、外延、芯片和封装等 4 个环节上，国内 LED 产业规模达到 110 亿元，其中封装占到 80%以上，约 88 亿元。国内 LED 已经形成了以深圳、广州为核心的珠江三角洲，以上海、江苏为核心的长江三角洲，以福州、厦门、南昌为核心的闽江三角洲以及北京、石家庄为核心的北方地区等4 大产业集聚地。从技术上，国内高亮度 LED 芯片产量出现历史性突破。随着厦门三安、大连路美等企业芯片产能的逐步释放，一
12、批芯片生产企业在成长，上海蓝光、杭州仕兰明芯、扬州华夏集成等企业在芯片生产上也走向量产，国内芯片产量都以数十亿块的数量在增长。2006 年，国内芯片产量达 122 亿块，同比增长 101%。LED 应用在景观照明上成为先锋。LED 最具潜力的应用领域是通用照明市场，但是受发光效率、使用寿命、价格等因素的制约，LED 距离荧光灯、白炽灯还有一段距离，短期内不能进入通用照明市场。由于高亮度芯片的应用领域不断扩大，越来越多的企业投资生产高亮度芯片。加上前期投资芯片生产的企业产能释放，国内高亮度芯片的产量一直保持 100%增长速度。预计，2009 年高亮度芯片的产量将超过普通芯片的产量 .21.2 L
13、ED 点阵显示课题意义与目标用单片机驱动实现 LED 汉字显示矩阵.通过本课题的设计与制着，掌握硬件电路的设计制作方法，巩固所学相关知识，增强动手能力，学习已有的先进电路设计理念，另外希望通过这一系列的研究，寻找出一些与众不同的设计思路，试着设计出一些具有自己思路的电子产品。培养综合运用所学知识，独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文打下良好的基础，对今后的学习工作有着很重要的实际意义。1.3 论文主要内容 针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排：1.3.1 初步方案的论证和选择搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进行分析比较。
14、最终选定了以 PC 机为上位机，单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的设计方案。1.3.2 方案实现以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定 AT89S51 单片机为核心控制器件，由串并转换器 74LS164 和锁存器 74LS373 为译码电路器件，三极管 8550 和 ULN2803 为驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。 1.3.3 软件编写 根据硬件特点和设计要求，软件选用 C 语言编写。程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个
15、编写和调试，最后将独立的模块整合起来。1.3.4 验证与测试调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。在硬件调试中发现有单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。1.3.5 结论设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。第二章 系统结构2.1 平台特点：2.1.1 keil 软件单 片 机 开 发 中 除 必 要 的 硬 件 外 ， 同 样 离 不 开 软 件 ， 我 们 写 的 汇 编 语 言 源程 序 要 变 为 CPU 可 以 执 行 的 机 器 码 有 两 种
16、 方 法 ， 一 种 是 手 工 汇 编 ， 另 一 种 是机 器 汇 编 ， 目 前 已 极 少 使 用 手 工 汇 编 的 方 法 了 。 机 器 汇 编 是 通 过 汇 编 软 件 将源 程 序 变 为 机 器 码 ， 用 于 MCS-51 单 片 机 的 汇 编 软 件 有 早 期 的 A51， 随 着 单片 机 开 发 技 术 的 不 断 发 展 ， 从 普 遍 使 用 汇 编 语 言 到 逐 渐 使 用 高 级 语 言 开 发 ，单 片 机 的 开 发 软 件 也 在 不 断 发 展 ， Keil 软 件 是 目 前 最 流 行 开 发 MCS-51 系列 单 片 机 的 软 件
17、， 这 从 近 年 来 各 仿 真 机 厂 商 纷 纷 宣 布 全 面 支 持 Keil 即 可 看出 。 Keil 提 供 了 包 括 C 编 译 器 、 宏 汇 编 、 连 接 器 、 库 管 理 和 一 个 功 能 强 大的 仿 真 调 试 器 等 在 内 的 完 整 开 发 方 案 ， 通 过 一 个 集 成 开 发 环 境（ uVision） 将 这 些 部 分 组 合 在 一 起 。 运 行 Keil 软 件 需 要 Pentium 或 以 上的 CPU， 16MB 或 更 多 RAM、 20M 以 上 空 闲 的 硬 盘 空 间 、WIN98、 NT、 WIN2000、 WINX
18、P 等 操 作 系 统 。 掌 握 这 一 软 件 的 使 用 对 于 使 用51 系 列 单 片 机 的 爱 好 者 来 说 是 十 分 必 要 的 ， 如 果 你 使 用 C 语 言 编 程 ， 那 么Keil 几 乎 就 是 你 的 不 二 之 选 （ 目 前 在 国 内 你 只 能 买 到 该 软 件 、 而 你 买 的 仿 真机 也 很 可 能 只 支 持 该 软 件 ） ， 即 使 不 使 用 C 语 言 而 仅 用 汇 编 语 言 编 程 ， 其 方便 易 用 的 集 成 环 境 、 强 大 的 软 件 仿 真 调 试 工 具 也 会 令 你 事 半 功 倍 . 32.1.2 P
19、rotues 软件英 国 Labcenter electronics 公 司 出 版 的 EDA 工 具 软 件 （ 该 软 件 中 国总 代 理 为 广 州 风 标 电 子 技 术 有 限 公 司 ） 。 它 不 仅 具 有 其 它 EDA 工 具 软 件 的 仿真 功 能 ， 还 能 仿 真 单 片 机 及 外 围 器 件 。 它 是 目 前 最 好 的 仿 真 单 片 机 及 外 围 器件 的 工 具 。 虽 然 目 前 国 内 推 广 刚 起 步 ， 但 已 受 到 单 片 机 爱 好 者 、 从 事 单 片 机教 学 的 教 师 、 致 力 于 单 片 机 开 发 应 用 的 科 技
20、 工 作 者 的 青 睐 。 Proteus 是 世界 上 著 名 的 EDA 工 具 (仿 真 软 件 )， 从 原 理 图 布 图 、 代 码 调 试 到 单 片 机 与 外 围电 路 协 同 仿 真 ， 一 键 切 换 到 PCB 设 计 ， 真 正 实 现 了 从 概 念 到 产 品 的 完 整 设 计 。是 目 前 世 界 上 唯 一 将 电 路 仿 真 软 件 、 PCB 设 计 软 件 和 虚 拟 模 型 仿 真 软 件 三 合一 的 设 计 平 台 ， 其 处 理 器 模 型 支 持8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、 AVR、 A
21、RM、 8086 和MSP430 等 ， 2010 年 即 将 增 加 Cortex 和 DSP 系 列 处 理 器 ， 并 持 续 增 加 其 他系 列 处 理 器 模 型 。 在 编 译 方 面 ， 它 也 支 持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等 多 种 编 译器 . 42.2 系统结构图：图 2.1 系统结构图如上图 2.1 为主控制单元结构框图，它主要完成的功能是 LED 点阵的显示和定时显示控制。AT24C256 是容量为 256Kbit 的 E2ROM，用来保存扫描方式的数据的信息，以及广告信息和更新广告信息等其它待显示的信息。单片机实现的主要功能包括单片机显示子系统的(选
22、择显示方式选择，包括静态、闪动、滚动、打字等)，滚动方向选择（包括上下滚动和左右滚动），动态显示速度调节（即文字闪动频率、滚动速度、打字)，显示速度等。显示屏分成屏体和控制器两部分，屏体的主要部分是显示阵列以及有行列驱动电路。采用扫描方式进行显示时，分成两步，对于每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器，由单片机给出行选通信号，从第一行开始依次对各行进行扫描，对于列，根据各列所存数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，那么该行该列的 LED 将亮，以同样方法进行显示全部各行都扫描一遍之后(一个扫描周期)，再从第一行开始，进行下一个周期的扫描。只要一个扫描周期的时间比人眼 1/25 秒的滞留时间短，就不会感觉出闪烁现象 .5
