1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书I摘要伴随着科技的进步，LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件走进我们的视野，它是由多个独立的LED发光二极管封装而成。通过LED点阵显示屏可以显示数字、符号以及文字，通常用在广告，指示牌，公告牌上。显示屏整机以40脚单片机STC89C51为核心，本文介绍了以STC89C51单片机为控制系统的LED点阵显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74HC154和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示1个汉字，采用1616点阵LED显示模块来组成1616点阵显示屏。显示采用动态显示，使得图形或文字
2、能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。单片机控制系统程序采用C语言进行编辑，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效地控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直接点阵画图），也可从标准字库中提取。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点用于车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内外显示场合的信息发布，公益宣传，环境参数实时更新，重大活动倒计时等方面。经实践证明，该系统显示误差小，性能稳定，结构合理，扩展能力强。
3、关键词STC89C51单片机；LED；点阵显示；动态显示河南理工大学毕业设计（论文）说明书IIABSTRACTWITHADVANCESINTECHNOLOGY,LEDDOTMATRIXDISPLAYASADISPLAYDEVICEINTOOURNEWVISION,ITISMOREINDEPENDENTOFTHELEDLIGHTEMITTINGDIODEPACKAGESLEDDOTMATRIXDISPLAYCANSHOWBYNUMBERS,SYMBOLSANDTEXT,OFTENUSEDINADVERTISING,SIGNS,BULLETINBOARDSTHEWHOLEEQUIPMENTISWI
4、THTHE40PINSTC89C51MCUMICROCONTROLLERUNITATTHECORE,INTRODUCEDTAKEITASTHECONTROLSYSTEMLEDLATTICEELECTRONDISPLAYMONITORDYNAMICDESIGNANDTHEDEVELOPMENTPROCESSCONTROLSGOODDRIVER74HC154ANDTWOROWDRIVER74HC595THROUGHTHISCHIPACTUATESTHEDISPLAYMONITORDEMONSTRATIONTHEELECTRONICSCREENCANSHOWALLKINDSOFWRITTENORMO
5、NOCHROMEIMAGES,ONEFULLSCREENDISPLAYCHINESECHARACTERS,FOURPIECESOF88DOTMATRIXLEDDISPLAYMODULESTOFORMTHE1616DOTMATRIXDISPLAYMODESHOWDYNAMICSHOWTHATMAKESSTATICGRAPHICORTEXTCANBEACHIEVED,SHIFTEDOUTOFVARIOUSFORMATSTHISPAPERDESCRIBESTHEHARDWAREDESIGNOFTHELEDDOTMATRIXDISPLAY,ANDTHEPRINCIPLEFUNCTIONOFTHEVAR
6、IOUSPARTSOFTHECIRCUIT,THECORRESPONDINGSOFTWAREPROGRAMDESIGNANDTHEUSEOFSOMESUCHSCMPROCESSCONTROLSYSTEMUSEDFOREDITINGMCUCLANGUAGE,PROGRAMMINGCONTROLPOINTSINDICATEDBYTHECORRESPONDINGLEDANODEANDOVERCASTEXTREMELEVELWECANEFFECTIVELYCONTROLTHEDEFENSESHOWEDBRIGHTSPOTSTHELATTICEDATASHOWSCHARACTERSCANPREPARET
7、HEMSELVESTHATIS,DIRECTLATTICEPAINTING,WHICHCANALSOBEEXTRACTEDFROMTHESTANDARDFONTLEDDISPLAYWITHFABRICMEANSFLEXIBILITY,STABILITY,LOWPOWERCONSUMPTION,LONGLIFE,MATURETECHNOLOGY,LOWCOSTFEATURESATTHESTATION,SECURITIES,SPORTSVENUES,TRANSPORTATIONCORRIDORSANDVARIOUSINDOOR/DISSEMINATIONOFINFORMATIONONFOREIGN
8、SHOWSOCCASIONS,GOODPUBLICITY,REALTIMEENVIRONMENTALPARAMETERS,ETCCOUNTDOWNMAJORACTIVITIESAREWIDELYUSEDASTHEPRACTICEPROVES,THESYSTEMPOSSESSESADVANTAGESINLOWSHOWSERRORS,STABLE,RATIONALSTRUCTUREANDSTRONGEXTENSIBLEABILITIESKEYWORDSSTC89C51MICROCONTROLLERUNITLEDLATTICEDISPLAYDYNAMICDISPLAY河南理工大学毕业设计（论文）说明
9、书目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题的研究背景及意义112LED电子显示屏概述113LED电子显示屏的分类114国内外研究现状简述215设计任务32总体设计方案421显示屏控制系统4211显示单元的选择4212滚屏方式选择422设计方案论证5221显示模式方案5222数据传输方案63系统硬件部分设计831电源设计832主控电路系统及其外围电路9321主控单元的选择9323主控电路系统外围电路1233列驱动电路1334行驱动电路15341行驱动芯片74HC154介绍15342行驱动电路1735LED显示屏电路174系统软件部分设计2041概述2042系统主程序20河南理工大学毕业设计
10、（论文）说明书43显示驱动程序215软硬件调试及性能分析2351软件调试2352硬件调试2453性能分析25总结27致谢28参考文献29附录一LED点阵显示屏系统电路原理图30附录二LED点阵显示屏源程序31附录三元件清单38河南理工大学毕业设计（论文）说明书11绪论11课题的研究背景及意义该课程设计使我能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识，并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我对所学过的理论知识有了新的认识。通过该课程设计掌握了51单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业
11、发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义12LED电子显示屏概述LED电子显示屏（LIGHTEMITTINGDIODEPANEL）是由几百几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式
12、，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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。13LED电子显示屏
13、的分类按颜色分类单基色显示屏单一颜色（红色或绿色）。双基色显示屏红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。全彩色显示屏红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百河南理工大学毕业设计（论文）说明书2多万种颜色。按显示器件分类LED数码显示屏显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。LED点阵图文显示屏显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。按使用场合分类室内显示屏发光点较小，一般3MM8MM，显示面积一般零点几至十几平方米。室外显示屏面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风
14、、防雨、防水功能。按发光点直径分类室内屏3MM、375MM、5MM、室外屏10MM、12MM、16MM、19MM、21MM、26MM室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。14国内外研究现状简述我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至2013年底，年度销售总额在3000万元以上的企业有20多家，其销售总额达60亿元左右，占行业市场总额的75以上。全国从事LED显示屏的各类企业有1000余家，从业人员近6万人，行业年度销售总额近80亿元人民币。在国内市场上，国产LED显示屏的市场占
15、有率近100，国外同类产品基本没有市场，天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数6万人中，科技人员有2万多人，将近4
16、0。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。而信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发河南理工大学毕业设计（论文）说明书3生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。而在国外，C
17、REE公司建于1987年，位于美国加利福尼亚洲。研制开发并生产基于碳化硅（SIC）、氮化镓（GAN）、硅（SI）和相关化合物的材料与设备。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光LEDS，近紫外激光、射频和微波半导体设备，电源转换设备和半导体集成芯片。这些产品的目标应用包括固态照明、光学存储、无线基础和电路转换等。公司的大部分利润来自于LED产品和SIC、GAN材料的生产，产品销往北美、欧洲和亚洲。15设计任务设计一个室内用1616点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。河南理工
18、大学毕业设计（论文）说明书42总体设计方案21显示屏控制系统一个完备的系统要考虑到多种问题的实现，点阵的设计也是如此，下面我详细说明我的设计过程。经过对此设计的分析，为了能够实现要求，利用单片机STC89C51作为本系统的主控模块。LED点阵显示屏作为显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且可以实现滚动显示。硬件整体设计框图如图1所示图21整体设计框图211显示单元的选择显示一个简体汉字，至少需要1616点阵来描述。为了在较远距离处获得清晰的视觉效果，本设计采用1616的红色LED阵列模块拼接成。这样每个1616汉字能够获得44CM的显示尺寸。本设计要求整个屏幕能显示一系列汉字，则需要用使用
19、1616红色点阵滚动显示。212滚屏方式选择字符的位置在屏幕上实现移动，即术语“滚屏”。可以用硬件实现，但无疑增加了额外的硬件成本及设计难度。因此本设计采用软件算法实现左滚屏显示的常见滚屏方式。用软件来完成滚屏算法，其最大的优点在于成本低廉，而且可维护性、可升级性大大增强。河南理工大学毕业设计（论文）说明书522设计方案论证221显示模式方案为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式，最简单的显示模式是静态显示。这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模
20、式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新，也可找到相应的算法。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先生成刷新数据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。同时控制LED显示屏的各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。1616的点阵共有256个发光二极管
21、，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，1616的点阵需要256/832个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。而且静态显示功耗大，显示一个1616的字的功耗为161610512800MW128W普通电池根本无法驱动，要是组成大显示屏那功耗将更惊人。因此虽然静态显示效果好，但是在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器，
22、每行有一个行驱动器，具体就1616的点阵来说，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描把该行与电源的一端接通。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列燃亮相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，该行燃亮的LED也就熄灭；下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍之后一个扫描周期，又从第一行开始下一个周期的扫描。只要一个扫描轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就不容
23、易感觉出闪烁现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。而且河南理工大学毕业设计（论文）说明书6动态扫描方式功耗低，硬件成本低，每个LED都不是连续工作，因而还有利于延长LED的使用寿命。222数据传输方案采用扫描方式进行显示时，显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将
24、列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换。首先，单片机从存储器中读出的8位并行数据要通过并串变换，按顺序一位一位地输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部列数据都传输完为止。只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据
25、准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。图21为显示屏电路实现的结构框图。河南理工大学毕业设计（论文）说明书7单片机列驱动器行驱动器LED显示点阵电源图22显示屏电路结构框图河南理工大学毕业设计（论文）说明书83系统硬件部
26、分设计由于图文屏的控制电路采用单片机方案，控制功能的实现应在硬件和软件两方面进行折中。单片机及相应软件，主要负责存储（或生成）显示数据、安排控制信号的定时与顺序等。但是单片机的接口数量少，驱动能力不强，必须扩展一定的硬件电路，才能满足显示屏的需要。系统硬件部分电路大致上可以分成稳压电源、单片机系统及外围电路、列驱动器电路、行驱动器电路和LED显示屏电路五部分。31电源设计稳压电源的功能是把来自电网的220V交流电压转变为所需的、稳定的直流电压。它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图31所示电源整流滤波稳压U1U2U3UIU0_变压器_电路_电路_电路_U1U2U3UIU
27、00T0T0T0T0T根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图32所示。图中变压器T将来自电网的220V交流电压变换为整流电路所需要的75V交流电压，再经整流电桥（4个二极管）D1将交流电压变换成脉动的直流电压，随后电解电容器C1将脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较为平滑的直流电压。为了得到改善的纹波电压，再将直流电压通过电容C2，然后经集成稳压器IC1稳压，在输出端得到稳定的5V直流电压。这时，在输出端接上电容C3，用以滤除输出端的高频信号，改善负载的瞬态响应，最后即可得图31稳压电源的组成框图及整流与稳压过程（B）整流与稳压过程（A）稳压电源的组成框图河南理工大学毕业设计（论文）说
28、明书9到所需的、稳定的直流电压。电路最后接入的发光二极管用做电源指示灯。T220V75VC3104C2104VIN1GND2VOUT3IC17805R1100VCC1234D1BRIDGEC11000USSWD2LED_32主控电路系统及其外围电路321主控单元的选择本次设计采用51系列及其兼容的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、以及给显示屏电路部分发送命令。这里我们选择了内含4K字节FLASH的STC89C51，因为我们只需要显示特定的图形和文字，无需庞大的字库，因此4KFLASH已经可以满足字库储存的需求，不需要扩展外存储器。STC89C51是8位FLASHROM单片机
29、。其最突出的优点是片内ROM为FLASHROM，可擦写1000次以上，应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有在片程序ROM二级保密系统。因此可灵活应用于各种控制领域。STC89C51包含以下一些功能部件（1）一个8位CPU；（2）一个片内振荡器和时钟电路；（3）4KBFLASHROM；（4）128B内RAM；（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；（6）两个16位定时/计数器；（7）21个特殊功能寄存器；（8）4个8位并行I/O口；（9）一个可编程全双工串行口；图32电源电路图河南理工大学毕业设计（论文）说明书10（10）5个中断源，可设置成2个优
30、先级。STC89C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图33为其引脚排列图。40个引脚大致可分为4类电源、时钟、控制各I/O引脚。一电源VCC芯片电源，接5V；GND接地端。二时钟XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。三控制线控制线共有4根，其中3根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。1ALE/PROG地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。（1）ALE功能用来锁存P0口送出的低八位地址。STC89C51在并行扩展外存储器时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。当ALE信号有效时，P0口传送的是
31、低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是低8位地址信号。在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令，ALE以时钟振荡频率1/6的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。（2）PROG功能片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。图33STC89C51引脚图河南理工大学毕业设计（论文）说明书112PSEN外ROM读选通信号。STC89C51读外ROM时，每个机器周期内PSEN两次有效输出。PSEN可作为外ROM芯片输
32、出允许OE的选通信号。在读内ROM或读外RAM时，PSEN无效。3RST/VPD复位/备用电源。（1）正常工作时，RST端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，STC89C51芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H开始执行指令。（2）VPD功能在VCC掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由VPD向片内RAM供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。4EA/VPP内外ROM选择/片内EPROM编程电源。（1）EA功能正常工作时，EA为内外ROM选择端。STC89C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外。当EA保持高电平时，先访
33、问内ROM，但当PC值超过4KB时，将自动转向执行外ROM中的程序。当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。（2）VPP功能片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源。四I/O引脚STC89C51有P0、P1、P2、P34个8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口是一组8位漏级开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在FLASH编程时，P
34、0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部信号拉低的P1口会因为内部上拉而输出一个电流。FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器例如执行MOVXDPTR指令时，P2口送出高8位地址数据，当使用8位寻址方式MOVXRI访问外部数据存储器时，P2
35、口发送P2特殊功能寄存器的内容，在整个访问期间不改变。FLASH编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。河南理工大学毕业设计（论文）说明书12P3口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如表31所示323主控电路系统外围电路主控电路系统外围电路形式如图34所示。单片机振荡器反相放大器的输入端（XTAL1）和输出端（XTAL2）之间接上12MHZ或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。电容C4、C5是晶振的负
36、载电容，主要起频率微调和稳定的作用。单片机的串行口工作在方式0下，作为同步移位寄存器使用，端口RXD（P30）作为数据移位的输入/输出端，而由TXD（P31）端输出移位时钟脉冲。移位数据的发送和接收均以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输出，均低位在前高位在后。89C51的通用I/O口P1作为显示数据和二进制行号的公用输出口。两种数据的输出在时间上是错开的。P1口的低4位与行驱动器相连，送出二进制的行选信号；P15P17口则用来发送控制信号。P0和P2口空着，在有必要的时候可以扩展系统的ROM和RAM。端口引脚第二功能P30RXDP31TXDP34T0P35T1P320INTP331I
37、NTP36WRP37RD串行口输入端串行口输出端外部中断0请求输入端外部中断1请求输入端定时/计数器0外部信号输入端定时/计数器1外部信号输入端外RAM写选通信号输出端外RAM读选通信号输出端表31P3各端口第二功能河南理工大学毕业设计（论文）说明书13GNDC433PFC533PFVCCY112MHZR282KGNDVCCP101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P21
38、22P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U1AT89C51C610UABCDG1GNDTXDSCKRXDSISCLRRCK33列驱动电路列驱动电路由集成电路74HC595构成，它具有一个8位串行输入/输出或者并行输出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。74HC595的管脚及内部结构形式如图35所示。它的输入侧有
39、8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SER是串行数据的输入端。引脚SRCLK输入移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SER的下一个数据打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。RCLK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。引脚OE是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高阻态。SRCLR信号是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为0，由于SRCLK和RCLK错误未指定书签。两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯
40、片的输出端为QAQH，最高位QH可作为多片74HC595级连应用时，向上一级的级连输出。但因QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了QH，作为与移位寄存器完全同步的级连输出。移位寄存和输出锁存的时序波形如图36所示图34单片机系统外围电路图河南理工大学毕业设计（论文）说明书14由74HC595及74HC154组成的显示驱动电路如图37中。该图由两片74HC595驱动16列，由74HC154驱动16行。第一片列驱动器的SER端连接单片机输出的串行列显示数据，其QH端连接第二片的SER端，采用这样的方法组成两片的级连。两片相应的SRCLK、SRCLR、RCLK端分别并联，作为统一的串行
41、数据移位信号、串行数据清除信号和输出锁存器打入信号。这样的结构，使得各片串行移位能把16列的显示数据依次输入到相应的移位寄存器输出端。移位过程结束之后，控制器输出RCLK打入信号，16列显示数据一起打入相应的输出锁存器。然后选通相应的行，该行的各列就按照显示数据的要求进行显示。图37显示驱动电路图36移位寄存和输出锁存的时序波形图图3574HC595的管脚及内部结构逻辑图河南理工大学毕业设计（论文）说明书1534行驱动电路341行驱动芯片74HC154介绍译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。其功能是将给定的输入码组进行“翻译”，变换成对应的输入信号，对每一种可能的输入组合，使输出通道中相
42、应的一路有信号输出,一个且仅一个输出信号为有效电位。74HC154为变量译码器，也称二进制译码器，它是一种四线十六线译码器,译码的输入端有4个，输出端有4216个，并有两个选通端（使能端），它的管脚形式如图38所示，当选通端E1、E2均为低电平时，译码器处于工作状态，可将地址输入端（A0A3）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。0Y15Y为译码输出端，输出是低电平有效，即在选通时，每输入一个二进制代码将使对应的一个输出端为低电平，而其它输出端均为高电平的无效信号，也可以说对应的输出端被“译中”。74HC154译码器的真值表如表32所示表3
43、274HC154译码器的真值表图3874HC154管脚图河南理工大学毕业设计（论文）说明书16从真值表可知，每组4个变量输入，在16个输出中只有一个引脚为“0”（且正好与输入代码是一一对应），其余15个全为“1”，这种译码输出称为低电平有效；四线十六线译码器逻辑形式为01230AAAAY，01231AAAAY，01232AAAAY，01233AAAAY，01234AAAAY，01235AAAAY，01236AAAAY，01237AAAAY，01238AAAAY，01239AAAAY，012310AAAAY，012311AAAAY，012312AAAAY，012313AAAAY，012314AA
44、AAY，012315AAAAY。说明H高电平；L低电平；X任意河南理工大学毕业设计（论文）说明书17342行驱动电路行驱动电路相对简单。行选通信号来源于单片机按照时序要求所给出的二进制信号，每次更新行号（开始扫描新的一行）时，由单片机输出4位二进制行号，行号经4/16线译码器译码后，生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。采用译码器的方案，还可以保证同一时刻只选通一条行线，从而达到显示的稳定性。行驱动电路原理如图39所示图39行驱动原理图行选通信号从74HC154的0Y15Y端输出，某一端输出低电平即为有效，而其它端输出均为高电平的信号无效。如0Y端输出低电平，此信号传至相应的PN
45、P型三极管Q1，此时，三极管的基极为低电平，因此，发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管导通，其集电极再将高电平加于LED阵列的对应的行上，即将此行选通；而同时74HC154的其它端输出高电平而致使该行对应的三极管截止，从而所对应LED行线不被选通。行选通按顺序从0Y15Y，全部各行都选通一遍之后又重新开始，这就是行驱动电路的逐行扫描过程。行信号A、B、C、D的顺序变化范围从0000、0001、0010、至L111，来一个选通信号，行信号顺序就变化一次，其频率由扫描电路决定。由于行驱动电路一条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20MA电流计算，16个LED同时发光时，就需要1
46、620320MA的驱动电流，选用三极管8550作为驱动管可以在逻辑功能和驱动能力上符合LED的驱动要求。35LED显示屏电路LED显示屏是将发光二极管按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱河南理工大学毕业设计（论文）说明书18动方式下可以按行扫描按列控制，当然也可以按列扫描按行控制。本文考虑到后期焊接的简便选用1616红色LED点阵，以满足汉字显示的要求。1616红色LED点阵结构如图310所示。本设计LED阵列采用共阳的接法可以看出，1616点阵共需要256个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。要实现显示图形或字体，只需考虑其显示方式，通过编程控制各显示点
47、对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。当采用按行扫描按列控制的驱动方式时，LED显示屏16行的同名列共用一套列驱动器。行驱动器一行的行线连接到电源的一端，列驱动器一列的列线连接到电源的另一端。应用时还应在各条行线或列线上接上限流电阻。扫描中控制电路将行线的1到16轮流接通高电位，使连接到各该行的全部LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制的任务了。当对应的某一列置0电平，则相应的二极管就亮；反之则不亮。例如如果想使屏幕左上角LED点亮，左下角LED熄灭的话，在扫描到第一行时，第一列的电位就应该为低，而扫描到第八行时第一列的电位
48、就应该为高。这样行线上只管一行一行的轮流导通，列线上进行通断控制，实现了行扫描列控制的驱动方式。LED点阵显示屏电路如图311所示。图3101616LED点阵和其管脚图河南理工大学毕业设计（论文）说明书19图311LED点阵显示屏电路以上就是1616点阵LED电子显示屏系统硬件部分的各功能模块分述，经过合理的设计论证后和就可以整体结合在一起，再根据设计配备好各元器件实物，通过组装后等在单片机的程序存储器里放入编制好的程序即可成为一个完整的应用系统。系统综合电路原理图见附录一。河南理工大学毕业设计（论文）说明书204系统软件部分设计41概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定
49、型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。42系统主程序系统主程序的总体结构如图41所示。系统的主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，包括设置串口、定时器、中断和端口；然后LED显示屏进入开机状态，转入正常的显示。首先是全屏点亮，之后向左滚动显示“河南理工大学自动化106班”，每个字停留时间约16S；接着再向上滚动显示“河南理工大学自动化106班”。由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统程序不断地循环执行上述显示效果。系统程序结构属中断方式，绝大多数功能在中断服务子程序中完成。根据总体结构，可将程序划分为几个功能化模块串行口中断服务程序、多字滚动显示子程序、单字显示子程序、扫描程序。各个模块可进行独立设计、调试和查错，最终再连接成一个整体。这样可方便程序调
