1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机控制的 LED点阵显示屏系统 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 LED(Light Emitting Diode)显示屏由一系列发光二极管均匀排列组成，通过控制发光二极管 的颜色和亮灭来达到显示图像，文字的效果。因其发光率高、使用寿命长、性价比高、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，在国内外得到了广泛的应用。 该系统通过使用性价比较高的 STC89C52 单片机作为主控芯片来控制 LED 点阵屏。它由一块主控芯片和外围电路组成。外围电路有温度采集器，按键，串口下载， I/O 口
2、扩展， LED 点阵屏等。温度采集器 DS18B20 将采集的温度送到单片机进行处理，处理完成后将相应的数据通过移位寄存器和数据选择器送到 LED 点阵屏显示，并可通过按键来切换显示温度和其他信息。为了在线更新程序，该系统利用 PC 机将汉字字符转换为点阵显示数据，并通过串行口送给单片机，再由单片机完成控制和 LED 点阵屏显示。该系统具有性价比高、字符清晰、可靠性高等特点。 关键词： STC89C52 单片机 ； LED 点阵屏； DS18B20 - 2 - Abstract LED (Light Emitting Diode) display evenly by a series of l
3、ight-emitting diodes composed of light-emitting diodes by controlling the color and light to show off to images, text effect. Because it has the advantages of a high rate of luminous, long service life, cost-effective, rich colors, a strong ability to adapt the environment indoor and outdoor and so
4、on So it has been widely used at home and abroad. The system uses the higher cost-effective STC89C52 microcontroller as the Master chip to control LED dot matrix screen. It consists of a master chip and the external circuit. External circuit has temperature logger, key, serial download, I / O port e
5、xpansion, LED dot matrix display and so on. The temperature logger of DS18B20 will be send the gathering temperature to the microcontroller, the corresponding data will be processed through the shift register and multiplexer to the LED dot matrix display, and through the button to toggle the display
6、 of temperature and other information. For online updates, the system will use PC-dot matrix display Chinese characters into data and sent to microcontroller through the serial port, and then completed by the MCU control and LED dot matrix display. The system has cost-effective, character definition
7、 and high reliability. Key Words: STC89C52 SCM; LED dot matrix display; DS18B20 - 3 - 目 录 1 引言 .1 1.1 LED 显示屏的定义 .1 1.2 LED 显示产品 的发展 .1 1.3 国内外 LED 显示产品 的比较 .2 1.4 本文研究的主要内容 .2 2 总体设计 .3 2.1 系统设计概述 .3 2.2 工作原理 .3 2.3 基于各种原理的点阵显示屏的设计 .4 2.3.1 基于 FPGA 的点阵显示屏设计 .4 2.3.2 基于 ARM 的点阵显示屏 设计 .4 2.3.3 基于单片机的
8、点阵显示屏设计 .5 3 硬件设计 .7 3.1 微处理器系统 .7 3.1.1 STC89C52 单片机简介 .7 3.1.2 时钟电路 .8 3.1.3 复位电路 .9 3.1.4 下载电路 .9 3.2 键盘和显示模块 .10 3.2.1 键盘 .10 3.2.2 LED 显 示屏 .10 3.3 信号采集模块 . 11 3.4 驱动模块 .13 3.4.1 扫描及驱动方式 .13 3.4.2 行扫描驱动 .13 3.4.3 列扫描驱动 .15 4 软件设计 .18 4.1 软件开发工具简介 .18 4.2 软件流程图 .19 4.2.1 主函数 .19 4.2.2 定时器 0 中断函数
9、 .21 4.2.3 读取温度数据函数 .24 4.2.3 温度数据转化为显示数据函数 .25 5 制作和调试 .27 5.1 硬件制作和调试 .27 5.2 软件的调试 .29 5.3 LED 点阵显示屏测试 .30 6 结论 .31 - 4 - 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .32 附录 1 系统实物图 .33 附录 2 实验原理图 .34 附录 3 毕业设计作品说明书 .37 - 1 - 1 引言 1.1 LED 显示屏的定义 LED(Light Emitting Diode)显示屏由一系列发光二极管均匀排列组成，通过控制发光二极管的颜色和亮灭来达 到显示图像，文字的效果。
10、点阵式 LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如，车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的起飞时间表。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图型的变化，达到广告宣传和提示的目的 1。 如图 1-1 所示，该 LED 显示屏就是安装在公路上用于交通提醒，相对于其它显示设备，该设备可见度高，节能环保，使用寿命长，能更好更方便的提醒广大司机朋友。 图 1-1 公交提示显示屏 1.2 LED 显示产品 的发展 随 着现代科学技术的不断发展和 LED 器件的各种优越性能， LED 产业得到了各国的高度重视，其规模也得
11、到了进一步的扩大和发展，而 LED 显示屏作为 LED的一个重要应用产品，也取得了显著的增长。其中主要的原因有 半导体照明的发展热潮有力推动了 LED 器件基础材料的技术进步， LED 显示应用产品的性价比提升，应用领域更加广阔，市场规模不断提升。同时， LED 显示产品从大屏幕产品扩展到了各种显示应用产品，景观显示、广告显示等发展尤其迅速，北京奥运会等重大工程建设为 LED 显示产业带来生机 2。 - 2 - 1.3 国内外 LED 显示产品 的 比较 国外对 LED 显示屏的研究起步较早， 20世纪 80 年代就开发出走字屏、大规模彩色 LED 显示系统。目前，研究较多的集中于 LED 的
12、色彩、亮度、材料及生产工艺等方面。虽然国内 LED 显示屏产品生产制造的工艺水平与国外尚有较大差距，但控制技术是领先于国外的 3。随着科技的不断进步， LED 点阵屏的控制技术也在不断的发展和进步，如单片机控制，微机控制，主从控制，无线控制等。 1.4 本文研究的主要内容 LED显示屏由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、显示清晰、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点，现在无论在火车 汽车、医院银行还是大楼外墙，大街广告等公共场所都可以看到点阵 LED屏的应用 4。 本课题采用单片机作为主控芯片，通过软件编程单片机控制温度采集器DS18B20 并将相应的温度通过点阵屏稳定的显示出来
13、，并可通过按键切换显示模式，温度误差不低于 0.5。该课题必须要熟练掌握单片机控制程序的编写方法，仿真软件的应用和硬件的制作，通过该课题可以提高以下几个方面的能力或素质，掌握单片机的开发流程，掌握单片机的应用， protues 仿真软件的应用和实际的硬件制作能力。本课题要进行原理图和 pcb 板图设计和制作，并掌握 PROTEL绘制原理图和 PCB 板图的方法，在 PCB 板上进行相关的硬件制作。 全文共分 6 章，各章的主要内容如下： 第一章 引言。介绍课题来源，研究意义 ，国内外发展概况及研究的主要内容 。 第二章 总体设计。 介绍本课题的总体设计思想及方案的论证 。 第三章 硬件设计。
14、主要是硬件设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第四章 软件设计。 软件实际的流程和设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程 第五章 制作与调试。制作系统的方法及测试、调试结果 。 第六章 结论。 本次设 计的成果，及不足之处，还需要改进的地方。 - 3 - 2 总体设计 2.1 系统设计概述 本系统总体框图如图 2-1。主要有信号输入模块、单片机控制模块、按键模块、显示模块、驱动模块。由 8片点阵组成 16 32点阵屏，用 74HC595 来控制列移位， 74HC154 来控制行移位，温度采集器 DS18B20 将采集的温度送到单片机进行处理
15、，处理完成后将相应的数据送到 LED 点阵屏显示。为了在线更新程序，该系统利用 PC 机将汉字字符转换为点阵显示数据，并通过串行口送给单片机，再由单片机完成控制和 LED 点阵屏显示。 图 2-1 系统总体框图 用户可通过切换按键来控制显示屏的显示模式，达到不同的显示效果。为了方便增加修改控制板功能，防止强电磁干扰丢失处理器程序，通过 RS232 在线升级控制板程序使产品不用返厂，现场解决问题。 2.2 工作 原理 介绍了 LED点阵屏显示的原理和软件、硬件的设计实现。本系统的 LED显示屏由单基色点阵 LED组合而成，采用逐行扫描的显示方式显示任意点阵信息。其控制系统以单片机 ST89C52
16、为核心 5，由于单片机管脚有限，所以采用数据选择器74HC154和移位寄存器 74HC595来驱动 LED显示模块 .为了显示，先把需要的数据存在单片机存储器中，工作时 LED显示控制板不断将显示存储器中的数据以串行移STC89C52单片机 信号输入 74HC154 74HC595 LED 点阵屏 按键 - 4 - 位方式移进点阵显示屏的显示移位寄存器，并通过相应的行选开关的选择来实现显示屏动态行扫描。需要温度显示是通过切换按钮来显示温度。从而实现显示屏的多种动画模式显示。 2.3 基于各种原理的点阵显示屏的设计 2.3.1 基于 FPGA 的点阵显示屏设计 随着可编程逻辑器件 (FPGA)的
17、不断发展， 基于 FPGA 的 LED 显示屏控制系统技术愈加成熟 ,该 系统由一片 FPGA 芯片 、 LED 显示及接口驱动电路模块组成 7。采用 Altera 公司的 EP2C35F672C8 FPGA 芯片并使用 Nios II 软核微处理器 。 PC上位机与 FPGA 核心板采用 RS232 串口通信和 JTAG 下载线。 FPGA 核心板的输出通过显示驱动模块点亮 LED 点阵。串口通信电路接口电路采用 MAX232 芯片。 驱动电路使用 4片 74HC595 移位寄存器 。 具有外围电路简单 、 升级容易 、 稳定性好的优点 8。 但 FPGA 成本比较高，一般运用在高精度的场
18、合 。 结构框图如图 2-2所示： 图 2-2 FPGA 设计基本结构框图 2.3.2 基于 ARM 的点阵显示屏设计 在 分析 LED显示控制原理、灰度级实现以及彩色显示实现原理的基础上，制定了 ARM+FPGA的 LED点阵显示控制方案，采用三星公司 S3C2410芯片上的 LCD显示接口，设计了显示数据重组、非线性占空比 反校正等逻辑，结合 FPGA技术实现了高性能的 LED点阵显示控制：同时研究了嵌入式 Linux操作系统，在实验基础上- 5 - 详细论述基于 Linux操作系统的帧缓存设备模块加载模式下的控制技术，并开发基于 ARM平台的 LED显示屏播放以及管理应用程序 9。该系统
19、适用于大型场合，成本比较高。 结构框图如图 2-3所示： 图 2-3 ARM 设计基本结构框图 2.3.3 基于 单片机的点阵显示屏设计 利用单片机作为主控芯片，通过驱动电路 LED点阵进行动态扫描，以实现点阵汉字的分批显示。设计选用的单片机为 STC89C52，是一种低功耗，高性能的 8位单片机，片内含 8 KB可反复擦写的 FLASH ROM，内置看门狗电路。功能强大的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。上电复位电路可保证单片机的在程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，重启运行。通过 Proteus的前期仿真为 LED显示屏系统的设计开发大大缩短了开发周期，降低了开发成本 。 同时也为单片机应用系统、电子电路的开发设计等提供了一种崭新的设计方法和有效手段 6。 结构框图如图 2-4所示： 图 2-4 单片机设计基本结构框图 JTAG 接口 ARM LCD 接口 FPGA LED 显示屏幕 网口 串口 STC89C52单片机 74HC154 74LS273 LED 点阵屏
