1、 南 宁 学 院 毕 业 论 文 论文题目： 基于 AT89c51 的 LED 广告显示电路的设计 院 系： 机电学院 专 业： 电气自动化技术 班 级： 电气 2 班 学 号： 姓 名： 指导教师： 2 0 1 3 年 1 0 月 1 0 日I 基于 AT89c51 的 LED 广告显示电路的设计 摘 要 LED 点阵 显示屏作为一种新兴的显示器件 ,是由多个独立的 LED 发光二极管封装而成 。 LED 点阵显示屏可以显示数字或符号 , 通常用来显示时间、速度、系统状态等。由于单片机技术的不断发展和高亮度 LED 发光管的出现使得大屏幕高亮度LED 电子广告屏成为可能，与传统的霓虹灯广告在
2、显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势，而且单片机的日益平民化以及 LED 技术的不断创新，使得高亮度高清晰的 LED 点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。为了能简单的实现基于单片机的 LED显示系统控制，本文设计了基于 AT89C51单片机 6416 LED汉字滚动显示屏 电路 并运用 Proteus 软件仿真实现 其显示功能 。本 系统 的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易实现等优点。 关键词 ： LED，单片机， Proteus 仿真 南 宁 学 院 毕 业 论 文 II 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 课题研究现状 . 1 1.3 课题
3、设计任务 . 2 2 系统总体设计方案 . 2 2.1 总体设计方案的论证 . 2 2.2 总体设计方案的确定 . 3 3 系统硬件电路设计 . 4 3.1 单片机系统电路 . 4 3.2 时钟电路 . 6 3.3 复位电路 . 7 3.4 电源电路 . 7 3.5 点阵显示电路 . 7 3.6 驱动电路 . 9 4 系统的软件程序设计 . 9 4.1 软件系统分析 . 9 4.1.1 模块细分 . 10 4.1.2 确定算法 . 10 4.1.3 编写程序 . 10 4.3 显示驱动程序 . 12 5 整体电路的设计 . 13 6 字模的提取 . 14 7 软件仿真调试 . 15 7.1 P
4、roteus 软件介绍 . 15 7.2 进入 Proteus ISIS . 15 7.3 工作界面 . 16 7.4 创建源代码仿真文件 . 17 结 论 . 19 谢 辞 . 20 参考文献 . 21 附 录 . 22 外文资料 . 24 南 宁 学 院 毕 业 论 文 1 第一章 绪 论 1.1 课题背景 LED 显示屏是用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的 显示屏幕。它的优点是亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形。视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像
5、并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD 节目以及现场实况 1。 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，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。 伴随世界技术的飞速发 展，以前，需要花大量的时间和精力来搭建一个模拟电路，繁多的元器件不仅给电路构成增加了成本，也使电路复杂化，而现在只需要一块几平方厘米的单片机，在写入相应的功能程序，便可以代替以前的电路模式了。运用单片机技术，达到标识显示的目的，也将舍去原来的画图描写以及霓红灯标识显示方式了，而单片机
6、有可重复编写的功能，只需要将程序稍稍改动，就能达到相应显示效果。 同时利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台，能够在线、实时仿真多种类型的单片机，诸如 MCS-51 系列单片机、 PIC 单片机、 AVR 单片机等，能够像硬件仿真器一样进行软硬件 调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。 1.2 课题研究现状 LED 点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到 EPROM 芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的
7、多幅汉字显示，称可编程序型 2。 目前，我发现 LED 点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示 屏控制系统中的EPROM 芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种 LED 显示屏 可编程序型 LED 显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰南 宁 学 院 毕 业 论 文 2 富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的 LED 显示屏控制系统已经越来越不能满足
8、现代广告宣传业的需要。而利用 PC 机通信技术控制 LED 显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。 随着 社会 发展，人民生活水平的不断提高，信息化、智能化技术渗透于人们生活的各个领域。 近年来，由于电子技术的迅速发展，电子元器件的成本大幅度下降，技术的完善，性能的提高，使得 LED 显示屏的制造成本大大降低， LED 显示屏也开始普及起来，将 LED 显示技术应用于日常生活和节能领域已经日渐被国内很多科研机构及厂家所重视。 1.3 课题设计任务 本 设计一个用 64 16 的点阵 LED 图文显示屏 ，通过 Proteus 仿真软件 并对电路进行仿真，并实现滚动汉字显示 要求在目测
9、条件下 LED 显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰，图形或文字滚动显示，并在 Proteus 嵌入式系统设计仿真平台上完成点阵式 LED 滚动汉字显示调试。本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，驱动 LED 点阵显示所想要现实的汉字， 以后需要显示更大的也可以用本课题设计来实现 。 第二章 系统总体设计方案 本章主要内容是论述 64 16 点阵汉字滚动显示装置的总体设计以及方案的论证。本系统由单片机电路、阴极、阳极驱动电路和 64 16 点阵显示电路三大部分组成，功能模块具体实现的器件的不同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达到高效、实用的目
10、的，在系统设计之前的方案论证是十分重要的。 2.1 总体设计方案的论证 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。 64 16 的点阵共有 1024 个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，我们仅仅是 64 16 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。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外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
11、以实现多行（比如 16 行）的同名列共用一套驱动器。具体就 16 16 的点阵来说，把所有同1 行的发光管的阳极连在一起，把所有同 1 列的发光管的阴极连在一起（共阳极的南 宁 学 院 毕 业 论 文 3 接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1 行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推 ，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒 24 次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。 2.2 总体设计方案的确定 点阵式 LED 滚动汉字显示屏硬
12、件电路设计框图如图 2.1 所示。电路包括单片机、电源电路 、 时钟 电路、复位电路、 驱动 电路和 64 16 LED 点阵 电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 64 16 LED 点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。本设计选用的 AT89C51 单片机，为显示屏采用 64 16 LED 点阵。电源电路通过变压整流 元件 为单片机和其他电路提供稳定的 +5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路，复位电路可在需要时，手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向 64 16 点阵送字型码，通过阴极驱动电路对 64 16 点阵进行列扫描，本课题采用的驱动芯片
13、为 74HC154。 图 2.1 硬件电路设计框图 南 宁 学 院 毕 业 论 文 4 第三章 系统硬件电路设计 硬件电路 大致上可以分成单片机系统电路、阴极和阳极驱动电路、时钟电路、复位电路、电源电路及 LED 点阵电路几部分。 3.1 单片机系统电路 本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 64 16 LED 点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单
14、片机 3。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可 编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 三级程序存储器锁定、 128 8 位内部 RAM、 32 可编程 I/O线、两个 16 位定时器 /计数器、 5 个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路；外部引脚如图 3.1 所示 ： 图 3.1 AT89C51 单片机外部引脚图 1 AT89C51主要特性： 与 MCS 51兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000写擦循环 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS
15、T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T
16、115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1南 宁 学 院 毕 业 论 文 5 数据保留时间： 10年 全静态工作： 0Hz至 24Hz 三级程序 存储器锁定 128*8位内部 RAM 32可编程 I O线 两个 16位定时器计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口： P0
17、口为一个 8位漏级开路双向 I O口，每脚可吸收 8T1L门电流。当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。在 FIASH编程时， PO口作为原码输入口，当 FLASH进行校验时， PO输出原码，此时 P0外部必须被拉高 4。 P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I O口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2口： P2口为一
18、个内部上拉电阻的 8位双向 I O口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 1vrL门电流，当 P2口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于 外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 5。 P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I O口，可接收输出 4个 TTL门电
19、流。当 P3口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流 (ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51的一些特 殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST-复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时南 宁 学 院 毕 业 论 文 6 间。 ALE PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 116。因此它可用作对外部输出的脉
20、冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE只有 在执行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。 PSEN外部程序存储器的选通信号：在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN信号将不出现。 EA VPP ：当 EA 保 持 低 电平 时 ，则 在 此 期间 外 部 程序 存 储 器(0000H FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方
21、式 l时， EA将内部锁定为 RESET；当 EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源 (VPP)。 XTALl：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.2 时钟电路 AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端 6。这个放大器与作为负反馈的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图 3.2；外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C1、 C2 接在放大器的反馈电路中构成并联振荡电路。对外接电容 C1
22、、 C2 虽然没有十分的严格要求，但电容容量的 大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，本设计使用石英晶体，其电容容量使用 30PF10PF。 南 宁 学 院 毕 业 论 文 7 图 3.2 时钟电路 3.3 复位电路 在这个系统中的复位电路是采用上电加按钮来实现的。因为 MCS-51 单片机的复位是靠外部电路实现的。 MCS-51 单片机工作之后，只要在他的 RST 引线上加载10ms 以上的高点平，单片机就能有地进行复位。我们采用的是上电加按键复位方式，这样做的优点是上电后可以直接进入复位状态，当程序出现错误时，可以随时使电路复位。 单片机在启动或断电
23、后，程序需 要从头开始执行，机器内全部积存器， I/O 接口等都必须重新复位。图 3.3 是一个简单的上电复位和按钮复位电路，图中上电时接通电源，电容 C1 相当于瞬间短路， +5V 电源直接加到了 RST/VPD 端，该高电平使 89C51 全机复位，若运行过程中需要程序从头执行，只需要按钮 S 即可，按下 S则直接把 +5V 加到 RST/VPD 端从而复位。 图 3.3 复位电路图 3.4 电源电路 电源电路是单片机系统最基本的部分，所以我们应该高度重视电源部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所忽略，电源部分做好才能保证电路的正常工作。对电源电路来 说，最重要的就是稳压，我们采用的是 +5V 电源 供的 直流电 7。 3.5 点阵显示电路 本设计用 4 片 LED16 16 点阵组成一个 64 16 点阵显示电路 8。 LED 数码管是本设计中的显示器件下面对它作一简单介绍。此处选用的是八段数码管，它是由8 个发光二极管组合而成的，它有共阴极和共阳极两种形式（如图 3.4 a、 b、 c）。共阴极的内部接法为将 8 个发光二极管的阴极结在一起，工作时公共极接地，在 8
