1、摘 要I本科毕业论文（20 届）基于 PC 机控制的 LED 显示系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要II摘 要近年来，LED 电子显示屏得到了广泛的应用。本文以单片机作为核心控制器，设计了基于 AT89S52 的 LED 显示系统。本系统结构简单、工作稳定，有很好的应用价值和应用前景。系统电路主要包括主控单元、扩展存储、通信单元、驱动单元等。LED 点阵显示屏可以实现左移、掉下、上升、上铺和下铺五种显示方式，有红色、绿色、黄色三种颜色可选。每秒显示画面数达 78 屏，可保证画面无闪烁感。 本显示系统，由上位 PC 机和 LED 点阵显示
2、屏组成，LED 显示屏主控部分通过串行口传送显示内容。本系统大部分功能由软件实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。并且系统功耗低、性能可靠、结构简单、使用直观方便。关键字： LED，单片机，显示屏AbstractIIIAbstract LED electronic display widely applied in recent years is the important information equipment. This paper with the single chip processor as the core controller introduces a LED disp
3、lay system based on the AT89S52. It has the very good application value and application prospect with simple structure and stable work. The system mainly includes control circuit, the expansion unit storage, communication units, drive unit, etc. In this design, LED dot matrix display can realize mov
4、es left, drop down, up, and spread five shows. There are red, green, yellow, three kinds of color can be chosen.That number per second picture 78 screen which can ensure the picture flicker free feeling. This display system is the PC and of LED dot matrix display composition. The LED display control
5、 part of the PC through a serial port transfer display content. The most functions of the system are realized by software which makes the electro-circuit more concise and the system more stable. The circuit is simple and clear that is greatly increased the system stability. And the system of low pow
6、er consumption, reliable performance, simple structure, convenient use.Key words: LED, single chip microcomputer, display第一章 引 言IV目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 引 言 .1 1.1 研究的意义 .11.2 工作安排 .21.3 系统功能及特点 .31.4 Protel DXP2004.3第二章 LED 显示系统的设计 .42.1 整体设计思路 .42.2 控制芯片 .5第三章 显示控制系统设计 .93.1 串行口接口电路 .93.1
7、.1 串行口的控制寄存器 .103.1.2 串行口工作方式 .113.2 数据存储 .113.3 行扫描输出电路 .133.3.1 行驱动器电路的确定 .133.3.2 行驱动电路 .143.4 列驱动控制电路 .153.5 CPU 抗干扰电路 .20第四章 系统软件设计 .234.1 单片机系统程序流程图 .234.2 编程思想 .254.3 动态显示子程序 .264.3.1 字模处理 .264.3.2 “上升”效果编程 .26第一章 引 言V4.3.3 “掉下”效果编程 .274.3.4 “上铺”效果编程 .274.3.5 “下铺”显示效果编程 .27结 论 .29参考文献 .30致 谢
8、.31附录 系统工作原理图 .32第一章 引 言- 1 -第一章 引 言1.1 研究的意义21 世纪是信息大爆炸的时代，人们随时都面临着浩如烟海的大量信息。据研究表明，人们从外界获得的信息中，视觉所获得的信息占有 60以上。随着计算机技术的发展，LED 显示屏可靠性高、使用寿命长、性能价格比高、使用成本低、环境适应能力强等特点，使得 LED 数码管能够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。所以一直在平板显示领域扮演着重要的角色，并且在今后相当长的一段时期内还有相当大的发展空间。所以被广泛应用于金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。我国 LED 显示屏
9、的发展可以说基本上与世界水平同步，国内的 LED 显示屏发展经历了三个阶段：1形成时期1990 年以前是 LED 显示屏的成长形成时期。一方面，受 LED 材料器件的限制，LED 显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的 LED 显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点 4 级调灰，产品的成本比较高。2发展时期19901995 年是 LED 显示屏的发展时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED 显示屏在 LED 材料和控制技术方面也不断出现新的
10、成果。蓝色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 显示屏进入市场：电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现 16 级灰度和多级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。LED 显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED 显示屏产业成为新兴的高科技产业。3完善时期第一章 引 言- 2 -1995 年以来，LED 显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。在这个时期 LED 显示屏产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对 LED 显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，
11、目前这方面的工作正在逐步深化。随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED 显示屏的应用前景更为广阔 1。近几年来我国 LED 显示的相关技术也取得了较快和较大的发展，早期时曾因 LED 材料器件的限制，LED 显示屏的应用没有广泛扩大；另一方面，显示屏控制技术基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。所以导致早期的LED 显示屏在国内很少，产品以红、绿双基色为主，通信控制方式，灰度等级为单点四级调灰色，产品的成本比较高。后来 LED 显示屏迅速发展，进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED 显示屏在LED 材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色 LED 镜
12、片研制成功，全彩色 LED 显示屏进入市场；电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏的动态显示效果大大提高。这个阶段，LED 显示屏在我国发展迅速，LED 显示屏产业成为新兴的高科技产业 2。本文以单片机作为核心控制器，介绍了基于 AT89S52 的 LED 显示系统。结构简单，工作稳定，有很好的应用价值和应用前景。1.2 工作 安排本文以数字电子技术和模拟电子技术为基础，通过单片机控制完成 LED 显示系统的电路设计。首先，通过分析和比较，确定符合设计要求的系统总体设计方案，并设计出系统的总体结构框图。其次，完成各个组成部分的电路设计。其中包括主控单元
13、、扩展存储、通信单元、驱动单元等。最后，完成设计任务要求，实现预期功能。第一章 引 言- 3 -1.3 系统功能及特点本设计要求通过查询资料和独立学习，在指导老师的指导下完成 LED 显示系统设计。并可实现以下功能：1左移、掉下、上升、上铺和下铺五种显示方式；2有红色、绿色、黄色三种颜色可选；3每定时中断一次点亮一行，定时中断时间为 0.8ms，每中断 16 次可对整个显示屏扫描一次，完成一屏信息的刷新，每秒显示画面数达 78 屏，可保证画面无闪烁感。 1.4 Protel DXP2004本文主要运用 Protel DXP2004 软件绘制电路原理图，在此简单介绍一下此软件。Altium 公司
14、作为 EDA 领域里的一个领先公司，在原来 Protel 99SE 的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于 Windows2000 和Windows XP 操作系统的 EDA 设计软件 Protel DXP。Protel DXP 在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。Protel DXP 是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP 运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当
15、今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的 PCB 设计过程。通过设计输入仿真、PCB 绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP 提供了全面的设计解决方案 3。第二章 LED 显示系统的设计- 4 -第二章 LED 显示系统的设计2.1 整体设计思路为了设计并开发出可行实用、性能高、可靠性高的显示系统，采用以下的设计思想： 1在系统总体设计中将贯彻实用性与学术性相结合、可行性与先进性相结合、经济性与功能性相结合的原则，尽量采用已有的科研积累和成熟的技术，在关键难点问题上尝试采用相关学科的最新成果，使系统既具有稳定可靠的运行性能又有一定的技术含量和创新价值；
16、 2在硬件上采用了完全模块化设计思想，选用通用 IC 芯片，所有电气连线采用接插方式，并各模块都有独立的电源，以保证系统安装方便、可靠运行、维护简单； 3LED 显示屏的下位机控制用 8 位微处理器(MPC)AT89S52 做控制器，完成字模数据的接收和 LED 显示屏的动态扫描显示，在整个系统中处于下位机的地位；中央控制计算机由通用 PC 机实现，实现显示内容的输入、字模数据的传输、显示模设置和显示颜色设置；下位机与中央控制器的通讯采用成熟的RS232 接口标准 3；4在软件编制上，采用结构化设计思想，下位机采用适应于 MCS-51 系列单片机的 C51 语言进行编程。LED 显示系统框图如
17、图 2-1 所示，单片机主要负责数据接收、数据处理和扫描显示，作为系统主控部分。总体可以分为四部分：上位 PC 机、片外数据存贮、行扫描输出、列数据锁存。 本显示系统，由上位 PC 机和 LED 点阵显示屏组成，LED 显示屏主控部分上位机通过串行口传送显示内容。点阵显示屏接收上位机传送的数据，并控制LED 显示屏的显示。由于 AT89S52 片内只有 8K 的 EEPROM，无法存贮大量的汉字点阵字模。因此，本系统采用由微机传送字符或汉字的点阵字模的方式来控制显示屏的显示内容。微机传送的点阵字模经过计算机的处理后以 8*16第二章 LED 显示系统的设计- 5 -的方式传输给下位机，单片机接
18、收到后再保存到数据存贮器 2864 中。数据接收正确并处理存入显示缓冲区后，即控制显示屏的显示。显示方式采用逐行扫描方式，单片机首先从显示缓冲区中取出第一行点阵数据，通过 P0 口写入LED 显示屏的列锁存器 74HC273，由于 74HC273 是采用了首尾级联的方式连接，所以数据的传输属于并行数据的串行传输。传送数据的顺序是，先送该行数据的最后一个，最后送第一个。一行的数据写完后，再启动 4-16 译码器74LS154 相应的行被点亮 4。上位 P C 机A T 8 9 S 5 2片外存储器L E D 显示屏行驱动器 列驱动器图 2-1 下位机系统框图2.2 控制芯片AT89S52 是一种
19、低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/ 计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中
