1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于单片机的 LED 点阵显示屏设计所在学院专业班级 通信工程学生姓名指导教师完成日期目录摘要 .IIAbstract.III第一章 引言 .11.1 本课题的研究意义 .11.2 课题发展现状和前景展望 .11.2.1 发展现状 .21.2.2 展望 LED 的发展 .4第二章 系统硬件介绍 .52.1 单片机的结构与工作原理 .52.2 AT89C51 介绍 .72.3 74LS154 介绍 .9第三章 硬件电路设计 .103.1 硬件电路工作原理 .103.2 汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法 .12第四章 系统软件设计 .144.1 总 述 .144
2、.2 单片机部分的设计 .144.2.1 显示程序 .154.2.2 接收程序 .154.2.3 左移子程序 .164.2.4 元器件选择 .17第五章 仿真与分析 .185.1 运用 PROTEUS 软件仿真 LED 汉字显示屏 .185.2 结论与分析 .18参考文献 .20附录 .21致 谢 .25基于单片机的 LED 点阵显示屏设计摘要本文介绍了一种基于单片机( AT89C51) 的简单 的 16 16 LED 汉字点阵显示屏的设计与制作过程，内容包括 LED 汉字点阵显示屏的硬件电路、PCB 设计、汇编语言程序设计与调试等方面，涉及到单片机电子产品设计与制造过程中的各个环节，能帮助广
3、大电子爱好者解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。关键词：单片机；LED ；点阵；汉字显示LED Chinese Character Display Screen Design Based on Single ChipAbstractThis article based on single chip( AT89C51)introduces a kind of simple 16*16 LED Chinese character display screen design and making process，it includes th
4、e hardware circuit of LED Chinese character display screen，design of print circuit board，assemble language programmer design and debugging and SO on，it comes down to each tache of the process of design and manufacture of single chip electronically manufacture It can help the general electronic lovin
5、g knowing and understanding the principle of Chinese lattice displaying ,also can help everybody to know the basic structure ,the principle of work and the application method of MCU ,and enhance the utilization ability of MCU knowledge and technology.Keywords：single chip, LED, lattice, Chinese chara
6、cter display第一章 引言1.1 本课题的研究意义LED 点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。LED 点阵显示屏发展较快，本文讲述了基于 AT89C51 单片机 1616LED 汉字点阵滚动显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编写与调试等基本环节和相关技术。LED 点阵显示屏是运用光电显示技术、视频技术、多媒体技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术，针对室内外各种使用环境而设计，显示各种信息的屏幕，使用专用的控制技术，用于显示文字、文本、图形、图像、动画、股票行情及各种多媒体信息以及电视、录像信号。它由 LED 点阵阵列排列组成的显示屏幕，具有高清晰度
7、、色彩鲜艳、视角大、工作稳定、寿命长、功耗低等优点。由于采用单元模块化结构，屏体的大小可按用户要求灵活拼制。LED 点阵显示屏的典型应用系统：城市公众信息咨询系统； 政府、企事业单位接待服务系统； 工商、税务、海关、银行等行业业务查询系统；邮电、水电煤气等公用事业业务查询系统 ；大型商场商品信息查询系统 ；宾馆旅游指南系统 ；商务中心、智能化楼宇分布查询系统； 人才市场、劳动力市场供求信息咨询服务系统； 展览、交易会信息查询系统；医院导医系统查询。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 显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示
8、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，控制方式为通信控制，灰度等级为单点四级调灰，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。今天，LED 显
9、示屏应用领域更为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展 11.2 课题发展现状和前景展望1.2.1 发展现状LED 点阵显示屏是 20 世纪 90 年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。LED 点阵显示屏市场随技术发展而攀升 LED 点阵显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为 1990 年到 1995 年，主要是单色和 16 级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是 1995 年到
10、1999 年，出现了 64 级、256 级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将 LED 显示屏提升到了一个新的台阶。LED 点阵显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。第三阶段从 1999 年开始，红、纯绿、纯蓝 LED 管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色 LED 生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。随着 LED 原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从 2001 年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性
11、，可随意调整的点间距，被不 同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过 3 亿元，表面贴装全彩色 LED 点阵显示屏应用市场进入新世纪。为了适应 2008 年奥运会的“ 瘦身” 计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间 可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。就市场而言，中国加入 WTO、北京申奥成功等，成为 LED 点阵显示屏产业发展的新契机。国内 LED 点阵显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国
12、产 LED点阵显示屏的市场占有率近 95%。国际上 LED 点阵显示屏的市场容量预计以每年 30%的速度在增长。目前，LED 点阵显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地，我国 LED 制造厂商出口的份额在其中微不足道。据不完全统计，世界上目前至少有 150 家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有 30 家左右。国产 LED 点阵显示屏技术差距在哪，随着 LED 显示屏市场的不断扩大，目前国内全彩色市场逐步被划分为三个档次。第一档为巴可、松下等国际知名企业生产的高档产品；第二档为国内大型企业研制的 采用日亚高品质 LED 生产的产品；第三档为采用我国生产的 LED 制作的显示屏。这
13、三种档次的 LED 显示屏在价格和功能上也存在着较大区别。在技术上，LED 点阵显示屏的发展要紧跟世界一流企业的品质特点，目前国产的高品质 LED 点阵显示屏与国外顶尖产品在图像处理技术、前端视频处理技术等方面差别不大，主要差距在于以下两个方面：(1)单点颜色确认“单点颜色确认 ”技术能够确保逼真的色彩显示，可持续长达数年之久不变。目前国内的产品只能做到单元模块和单元箱体的调节，不能做到真正的单点调节，因此在色彩和亮度一致性上有差别，特别是在经过维修更换了显示单元后，由于 LED 的参数可能发生了变化，显示效果很难跟原屏保持一致，而这项工作在国外是由专用的大型设备完成的，而国内没有这类因产品特
14、性而开发的设备，也希望社 会相关行业和设备制造企业能够给予关注。目前这项工作在巴可利亚德是这样做的：模块内，每个像素点中的 LED 灯管都有其各自的颜色、亮度 的数值，这些发光二极管在工厂安装时均要被精确测量过，这些数据同时被储存到每个模块中的 EEPROM，而当显示信号被处理时，数字处理仪 (DIGITIZER)将从每个 EEPROM 中读取该信息，并对 LED 的亮度、颜色差别加以修正，以保证显示效果达到一致的最佳状态。(2)结构工艺目前国内产品的箱体外壳基本上都是采用单件钣金加工，加工工艺差，精度不高，外观不美观，防水性也不十分好，特别是在室外恶劣环境下，易造成系统不稳定。巴可的箱体适应
15、恶劣工作环境，所有箱体的外部硬件都装在具备 IP65 标准的铝合金铸件包装箱内。箱体所采用的专门密封措施足以防止雨水、尘土的进入。数字“5”是防止液体渗入的等级，也是设计要求之一，这样显示系统就可以在雨天、无积水的环境下正常工作。1.2.2 展望 LED 的发展首先，全彩色显示屏将成为 LED 点阵显示屏行业新的增长点，蕴含着极大的市场。随着 LED 器件材料性能的不断提高，全彩色显示屏的成本下降，应用增加。到 2003年底，全国范围内的全彩色 LED 点阵显示屏达到 600 多块。就全彩色显示屏的综合水平来说，国内的全彩色 LED 点阵显示屏除了价格和本地化服务的优势外，在技术深度、生产工艺
16、等方面与国外产品的差距正在逐步缩小。采用 SMD 表贴技术的室内全彩色LED 点阵显示屏得到迅速发展并将成为今后室内显示屏的主导发展产品。其次，半导体照明的发展，也将为 LED 点阵显示屏产业的总体提升形成新的发展机遇。在 LED 点阵显示屏大范围应用的同时， LED 作为新型照明光源材料的发展近年也取得了突破性发展。传统的照明淘汰主要是白炽灯和荧光灯，在可靠性、耗电、使用寿命等方面不尽如人意。近年，LED 作为光源材料制作的装饰灯、城市景观灯等产品不断推出，LED光源材料的照明灯具的市场正在形成并呈上升趋势。特别是在城市景观、危险区域、紧急应急等方面的使用潜力更为巨大。第三，交通信号、汽车等
17、特种领域的 LED 应用前景广阔。超高亮、大功率的 LED器件，在城市交通信号灯中已得到广泛的采用。LED 信号灯有高亮度、高可靠性、低使用成本、长寿命等特点。第二章 系统硬件介绍2.1 单片机的结构与工作原理单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。可以说，二十世纪跨越了三个“电” 的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎
18、么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器） 。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子” 里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单
19、片机或其它可编程逻辑器件上。在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。进入电器时代后，人们借助电气技术实现了自动控制机械，自动生产线甚至自动工厂，并且大大地发展了控制理论。然而，在一些大中型系统中自动化结果均不理想。只有在计算机出现后，人们才见 到了希望的曙光。如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想。但是，计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应用。只有在单片机（Microcontroller）出现后，计算机才真正地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代化技术革新，技术革命的有利武器。目前
20、，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥 控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地溶入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。 单片机按用途大体上可分为两大类： (1)通用型单片机(2)专用型单片机专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。 通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功。小到家用电器仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制 2。单片机的功能模块如图 2.1 所示。在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个部分。由图 1 所见，单片机是由 8 位 CPU只读存储器 EPROM/ROM读写存储器 RAM并行 I/O 口串行 I/O定时器 /计数器中断系统振荡器和时钟电路等各部分组成，各部分之间 通过内部总线相连 3。时 钟 电 路中 断 系 统串 行 I/O口并 行 I/O口CPU定 时 /计 数 器ROMSFR和 AM时 钟源 T0T1P0 1 P2 3系 统 总 线TXD R 0INT1INT
