1、浙江海洋学院本科生毕业论文 I 基于 51 单片机和 GSM 的 LED 信息发布屏 （浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院 ，浙江 舟山 316000） 摘要 在这个经济发达的时代下，人与人的交流越来越显得重要，其中伴随的是人与人通过信息的传达来交流。在不同的地方信息的交流越发显得重要起来，比如在车站，广场，医院，学校等大型的公共交流地点，大型的屏幕上显示的内容为人们所熟悉。手机，短信， QQ，只是一对一或者是一对多的来交流，这种的通讯系统有一定的局限性，它们的功能并不适合在人群集中地，所以 LED屏幕越来越重要的占据了绝大地域。这一篇 论文详细的解说了以 51单片机和 GSM模块为核心的 LE
2、D信息显示屏的一个全方面的工作环境。其中的核心是 AT89S51的单片机芯片， GSM模块， 4个 8*8的 LED点阵信息显示等四个方面。通过手机平台给 GSM模块发送信息，利用 I/O端口，进入到单片机的核心芯片，最后将手机中的信息在 LED中显示出来。这个系统的各个原理部分为选定 AT89S51为核心，通过串并转换器和所存器为译码电路 ;通过手机向 GSM模块发短信的短信模块 ;接着由三极管和驱动继电器的驱动电路，最后显示在 LED显示屏上 .。 关键词 ： 屏幕 ； 51单片机 ； GSM模块 ； LED点阵显示屏 浙江海洋学院本科生毕业论文 II Abstract In this e
3、ra of developed economy, the interpersonal communication becomes more and more important, which is associated with people through the transmission of information to communicate.In different parts of the information communication more important, for example, the station square, hospitals, schools and
4、 other large public communication places, large screen display content is familiar.Mobile phone, SMS, QQ, just come one-to-one or one-to-many communication, the communication system has certain limitation, their function is not suitable for centrally in the crowd, so LED screen is more and more impo
5、rtant occupied the vast region.This paper detailed explanation with 51 MCU and GSM module as the core LED information display an all aspects of the work environment.Which is the core of single-chip microcomputer AT89S51, GSM module, four 8 * 8 LED dot matrix information display and so on four aspect
6、s.Through the mobile phone platform for GSM module to send information, the use of I/O port, into the core of the microcontroller chip, finally will be the information in the mobile phone in the LED display.The principle portion of the system for selected AT89S51 as the core, through the string and
7、converter and the storage for decoding circuit; To the GSM module through mobile phone text message module; Then driven by transistor and relay drive circuit, the display on LED display. Key Words: screen display 51MCU GSM module LED display 浙江海洋学院本科生毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题研究现状和意义 . 1 1.2 论
8、文的主要工作 . 1 第 2 章 系统总体设计 . 3 2.1 系统总体框架 . 3 2.2 主控模块 . 3 2.3 GSM 通信模块 . 5 2.4 LED 显示模块 . 6 第 3 章 硬件系统的设计与原理 . 8 3.1 整体系统设计 . 8 3.2 控制单元 电路 . 8 3.3 LED 显示 电路 . 10 3.3.1 译码电路 . 11 3.3.2 驱动电路 . 12 第 4 章 系统软件设计 . 13 4.1 总体 程序设计 流程 . 13 4.2 短信接 收程序流程图 . 13 4.3 AT 指令 . 14 4.4 LED 显示程序设计 . 15 总 结 . 17 致 谢 .
9、 18 参考文献 ： . 19 浙江海洋学院本科生毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究现状和意义 随着时代的发展，随着工业文化事业的蒸蒸日上， 在当今这个信息发达的社会中，人与人，人与物的联系变的紧密起来了，社会中的信息发布手段慢慢的变的丰富多样和越来越先进了，其中 LED 信息发布屏在不同的场合所占到的比例是越发的高了，显示屏是由很多个半导体发光二极管像素点排列和整合起来。它的颜色有很多种，有红色，黄色， 绿色等。 LED可以显示数字，图像和图文结合。在现在这个年代里， LED 屏既可以显示大量的内容信息，外形很具有美感，实际操作的方法灵活，在不同的领域得到了广泛的应用，它使用在
10、火车车站，汽车车站，船务码头，金融市场，体育馆等大型的公共设施里面。 LED 信息发布屏的好处以显示信息多，寿命长，电量消耗少，重量轻，操作方便，稳定性高，不易发生事故为闻名。随着我们的国家经济发展越来越来繁华，在这个经济全能的社会中扮演者很重要的角色信息的传播。 LED 的前景非常的广阔，一片光明来形容这个事物，而且它朝着更加高的亮度，亮度稳定不 刺眼；它朝着更加高的耐气候，全国的地域广阔，不同的地域有气温等一系列的变化，；它朝着材料的密度越发的高，使之寿命越发的长；它朝着更加高的均匀性发展，使人看这个灯光的时候不是很刺眼。 基于 51 单片机和 GSM 的 LED 信息显示屏，从字面意思就
11、是 51 单片机和 GSM 模块的相联系，再通过 LED 显示屏显示出信息。 LED 屏在生活中随处可以见到，说明这个应用十分普遍。而其中的单片机和 GSM 模块的相互联系是其中的重要内容，而单片机和 GSM 这 2 个单独在生活中应用也很广泛，所以对这 2 个方面的学习对以后出了社会也会有很大的好处 ，虽然单片机在我们大学课程中是一门专业选修课，但是我们还是很认真的在进行学习与进一步的探究，但最后的实际效果还是不是很明显，因为程序语句成千上万，错误率还是挺高的。GSM 模块在大学中接触不是很深。 为了更加进一步的探究和解决这个问题，使一些抽象的知识点，形象化，具体话，这个课题就在通过信息的显
12、示，增进对单片机和 GSM 模块的认识，并且包括 LED 显示屏的参数设置，等一系列的问题，使我们在认识这个问题的基础上，使这些知识点更加的直接，简单和容易操作，通过 LED 显示屏显示的信息，我们可以知道程序的运用正确性，一 发短信到 GSM 模块就可以使大家都知道内容，既方便又实在，这么的样子提高了我们学习的兴趣，可以最后把这个内容课程运用在自己家里，可以做到学以致用。 1.2 论文的主要工作 本次题目为基于 51 单片机和 GSM 的 LED 信息显示屏， 针对设计题目的特点，对论文的浙江海洋学院本科生毕业论文 2 内容和结构将做如下安排： （ 1） 初步方案的选择 搜集 毕业 题目的有
13、关资料，并参照目前通用的设计思想方法拟定计方案进行分析比较。最终选定了以 GSM模块 SIM300,单片机 AT89S51为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路 ，LED 显示屏 的设计方案。 （ 2）方 案实现 以设计方案为指导选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时 不但 要从功能 方面来选择还要从这个器件本身的 特性来选择和论证。经过对比选择选定 GSM 模块 SIM300， AT89S51单片机为核心控制器件，由串并转换器 74LS164 和锁存器 74LS373 为译码电路器件，三极管8550 和 ULN2803 为驱动电路器件。 （ 3）软件编写 根据硬件 功能和作用 和设计要求，
14、软件选用 C 语言编写。程序分为静态 文字 显示、动态文字 显示 ，图像显示，信息显示 等 不同 功能上相对独立的模块。然后按照 各个 的模块逐个编写 程序 和调试 作用 ，最后 模块 串联在一起。 （ 4）结论 设计完成后对设计中所遇到的 各种 问题、 各种 经验 ，各种 教训、以及自己的 改变的 想法进行总结 与归纳 。 浙江海洋学院本科生毕业论文 3 第 2 章 系统 总体设计 2.1 系统总体框架 社会上的 大多数的 LED 显示屏都在户外 。因此，这个 对 外壳和硬件 的质量要求非常的高。其中都是 LED 模块的整体方式，如 LED 灯和 LED 显示屏。 不但要考虑到实际生活的问题
15、，还要考虑到系统的内部传输指令和显示指令 。根据 LED 显示系统的功能特点确定系统硬件由发送系统 (GSM） ， 显示屏部分 （ LED） ，控制部分 （ AT89S51)三 部分组成。 单片 机通过 通信部分 由手机发送信息到 GSM，再通过 发送控制指令和 代码一起到单片机的控制中心，最后由驱动程序，把要显示的内容在 LED 显示屏中显示出来。 图 2-1 系统总体框架图 2.2 主控模块 主控模块 是整个系统的核心部分 ，它的重要性不言而喻。 其功能 是 发送数据 到 LED 显示屏 ， 控制指令 ， 处理控制显示部分。其常用的电子设计方法有单片机 控制技术 、 DSP 控制技术 、及
16、 EDA 技术 等 。 单片机是 具有重要控制器 CPU， 内存空间 ROM 和 RAM 和 端口 I/ O 口的 四个方面的 一个说成 微型计算机。它的接口 功 能 非常强大 ，非常适合于 大型工业控制软件 ,因此又叫微控制器。单片机品种齐全 ,型号 有很多种类， CPU 有不同的位，比如说 8 位 ， 16 位 ， 32 位， 64 位 。它是 采用 RISC 技术，片上 I/O 端口功能作用 非常 厉害，作用非常强大。 有的单片机 具 有 A/ D功能条件 ， 还具有 “ 看门狗 ”， PWM 作用 ，显示驱动 作用 ，函数发生器 作用 ，键盘控制 作用等 一系列的作用 。它们的价格也
17、有 高 也有 低 ，各种种类的单片机价格 不等，这样极大地满足了开发者的自由。除此之外单片机还具有 较 低电压 需求 和 很 低功耗的特点。随着超大规模 集成电路的发展 ，单片机的作用会是越来越有一定的地位。 单片机的门槛较低开发成本也较低非常适合 我们 初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上 单片机的种类很多很杂。 常用的单片机主要有 MCS-51、 AVR、 ARM、 PIC 等。其中应用最广泛的单片机 为 51 系列 （我们大学里学习的也是 51 单片机） ，由于产品 结构合理规范 ，指令系统 规范并且容易上手学习 ，加 上单片机拥有长久的历史， 有先入为主的优势常作为单片机学习的教材。且
18、 51 系列的 I/O 脚的使用简单， 在芯片上都有明白的标注。 当该脚作输入脚使用时，将该脚设置为高 的 电平（复位时，各 I/O 口均置高电平） ： 当该脚作输出脚使用时，则为高 的 电平或低 的 电平。所以在 中央控制系统 方案的选择中选 51 系列单片机 ，其中 AT89S51GSM 单片机 LED 显示屏 浙江海洋学院本科生毕业论文 4 型号的芯片 作为控制部分的核心器件。 AT89S51 芯片 是美国公司生产的 ，是一个具有 低功耗，高性能 的 单片机 。这个芯片 采用美国 公司的高 的 密度、 不容易 失性存储技术 的 生产，兼容标准 9051 指令系统 和 引脚。它集 Flas
19、h程序 的 存储器 不但可以 在线编程（ ISP） 还可以 可用传统 的 方法进行编程 。经常的 8 位微处理器 对 单片芯片 来说 ， 芯片 公司的功能强大， 价格很低的 AT89S51 单片机 性价比很高， 可提供高 性价比的应用场合，可应用于各种控制 的 领域。 但是 STC 系列的芯片不是很多地方都能买到，有点地域局限性。 AT89S51 拥 有以下 功能 ： 增强型的 8051 单片机，指令代码完全兼容 工作电压， 5.5 3.3V 工作频率的范围： 0 40MHZ 工作应用空间很广泛： 4K,8K,13K 等一系列 芯片上集成 1280 或 512 或 256 的字节 通用的的 I
20、O 口 ISP/IAP 可直接编译 有 EEPROM 的功能 看门狗 内部集成 MAX810 专用的电路，外面的晶体 12M 以下时，可省外部电路，可直接接地 共 3 个 16 位 定时器 /计时器 外部中断 4 的电路，下降沿中断或低电平触发 通用的异步串行口，还可以用定时器软件实现 工作温度范围 AT89S51 提供标准功能：向量两级中断结构， Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM，全双工串行通信口，看门狗，时钟电路 ，通用的 个 I/O 口线， 双 数据指针，计数器 ， 定时 器 ，片内振荡器。同时， AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，两种软件可选的节电 的
21、工作 方式 。空闲 的 方式停止 CPU 的工作，但 是 允许定时 器 ， RAM， 计数器，串行通信口 和 中断系统继续工作。 停 电方式保存 RAM，但振荡器停止工作 时 并禁止其它所有 的 部件工作 ， 直到硬件复位。 图 2-1 单片机最小系统 浙江海洋学院本科生毕业论文 5 2.3 GSM 通信模块 GSM 是 Global System For Mobile Communications 缩写。由欧洲电信标准组织 ETSI 制订的一个数字 的 移动通信标准，空中接口采用时分多址技术。 GSM 系统在 1991 年正式面世，因其具有明显的优势，被大多数国家所采用。最初的工作频率只有
22、900MHZ,后来为了满足系统容量的需求，又增加了 1800MHZ 和 1900MHZ 两个频段。目 前， GSM 技术广泛运用于工业领域。如可以用 GSM 实现车载的监控，车辆管理中心可以掌握车辆行驶的全部 GPS 数据。在电力及水务系统中安装 GSM,就可以远程抄入用户的用电及用水量。在测绘 的 行业，可以在偏远的地方安装 GSM 实时监控，免去了人力去收集数据。在家中安装 GSM，可以实时了解家中的情况，一旦有人闯入或者 发现 危险情况，主人就能立刻察觉。为了防止老人，小孩走丢，可以让他们携带个人跟踪器，里面也运用到了 GSM 技术。随着 GSM 技术的使用越来越广泛，GSM 的技术也越
23、来越完善。 GSM 技术主要有以下几个优点： 1.GSM 网 络运行速率高，运行费用低。使用简单。 2.覆盖范围广，网络能力强。全国都能漫游，不需要另外组网。 3.扩充用户的数量方便容易。只要有中国各大运营商的身份识别卡和 GSM 终端，就可以登入和使用网络。非常适合远距离，低成本的监控系统的信息的交互。 本次实验所用的 GSM 芯片为 SIM300，这个芯片具有很多强大的功能，它是一款三频段GSM/GPRS 模块，它有三种主要的频率， DCS 1800MHZ， EGSM 900MHZ 和 PCS 1900MHz 三种频率。它能够提供 的 GPRS 信道类型很多 。并且支持 CS-1、 CS-
24、2、 CS-3 、 CS-4 四种 编码方案。 SIM300 芯片的结构小巧，外形尺寸大小： 40mm*33mm*2.85mm，它能够满足全部对产品的尺寸大小有要求的工业领域应用，比如电脑，电话，和其他移动设备 。它利用一个具有 60 引脚的连接器与设备相联系，它提供所有模块与开发板的硬件接口，但是有一种不可以就是 RF 天线接口。它的内部功能模块有三个部分：第一个是键盘和 SPI 的接口。第二个是具有调试和数据的输出的两个串口端。第三个是双音频 on 轨道，可方便的有 AC 指令控制这个芯片。 SIM300 芯片内部不但具有 TCP/IP 协议栈，还扩充了 TCP/IP AT 指令。这么样子
25、操作使数据传输变得容易，简单。 SIM300 的主要的特性简述： 1） 工作电压为单电压供电，范围为 3.4 4.5V 2） 休眠模式下，工作电流值为 2.5mA，这是该芯片的低功耗模式 3） 工作频率：， DCS 1800MHZ， EGSM 900MHZ 和 PCS 1900MHz 4） GSM 的类型为小型移动基站 5） 发射的功率消耗： EGSM 900MHZ 为 2W， DCS 1800MHZ 和 PCS 1900MHz 为 1W 6） 它的工作温度为 -22 +55 7） GPRS 数据传输的范围为 42.8kbps 85.6kbps 8） 短消息功能，支持点到点的发送方式，其中形式
26、可以为，文字，文本，数字等。它的短消息存在 SIM 卡 9） 外线接口为通过 50 的电阻的天线或者是连接器 10） 双串行通信接口：串口 1 的接口具有 7 根数据和状态线 ，可以作为 GPRS， CSD 和发送模式。还可以使用多路的复用功能。串口 2 只有 /TXD 和 /RXD 两根数据线。而且它只能传输 AT 指令 。 浙江海洋学院本科生毕业论文 6 11）实时时钟内部具有，还有后备电池。 12）定时的功能，通过 AT 命令编程。 2.4 LED 显示模块 LED 显示 屏 包括了至少可以显示一个汉字的 空间 ，以及 发动 该显示屏 显 示出内容 的驱动电路 。 因为 AT89S51
27、单片机的 I/O 口 不多，不能直接用芯片上的 I/O 口来驱动 LED 显示屏，所以需要对单片机 I/O 口进行 增加，已到达 单片机 可以 并行输出的能力 的要求 。 LED 显示屏是由 很多个 的发光二极管 组合 构成的，大屏幕的 LED 显示屏就 要按照实际的需要 来，实际作用多少个就用 多 少 发光二极管。 LED 屏幕的 构成 有两种 方法：第 一 种 是由单个的发光二极管 一个个 连接起来 ;第 二 种 是 利 用单个发光二极管构成的 LED点阵模块 组成 大的LED 点阵模块。 在中国 市场上普遍采用的点阵模块有 8*8、 16*16， 32*64 等好几种 。 这两种方法所构
28、成的 LED 点阵各有各的好处，也 各有 个的 缺点， 第一种方法所构成的 显示屏 好处 在于 其中一个 发光二极管 有 问题时只需更换 这个 二极管 就好了， 成本较低 。但是不好的地方就是连接的时候连接方法比较复杂，很难上手。第二种所构成的点阵模块的好处与坏处刚好与第一种相反 ，模块构成 的连接方法比较简单，而且所需要的线路少。但是它的不好的地方更加严重，其中一个发光二极管出现了错误，所有的点阵上的发光二极管都得换了，成本太大了。 图 2-2 LED 点阵图 浙江海洋学院本科生毕业论文 7 综上所述， 两种方法 相比较， 此次实验采用的第二种方法的 点阵模块 。为了避免 第二种方法出现 的
29、缺点，选择点阵 中发光二极管较少 的模块。所以 本次实验采用的 一个 1616 的 LED点阵屏 ，包含了 四块 88点阵模块。 因为 4个 8*8的点阵 LED显示屏引脚有 16个，但是 AT89C51单片机的芯片的端口不够，所以必须靠驱动电路来进行扩展，所以其中必须加一个驱动电路来达到端口扩展的目的。其中的芯片就是串并转换芯片。 在一般的生活器件中， 常 见 的串并转换芯片有 74LS154， 74HC165， 74HC595 等 好几种芯片 。 由于 单片机基本上没有驱动能力，所以单 片机 部分 不能直接 使内容在 LED 显示屏显示。在单片机 部分 和显示屏 部分 之间还需要增加 一个 驱动电路。
