基于单片机的LED点阵电子显示屏设计毕业设计

学生毕业论文（设计）学生毕业论文（设计）题目基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计 姓名 学号 2011540330110 系 部 电子信息工程系 专业电子信息工程技术 指导教师 职称 讲师 2013 年 11 月 17 日长沙师范专科学校教务处制 长沙师范学校毕业论文（设计)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的论文（设计） 基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名)： 2013年 11 月 17 日 长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）开题报告长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计题目类型综 合题目来源自 选院（系）电子信息工程系专 业电子信息工程技术指导教师 职 称讲师姓 名 年 级大 三学 号2011540330110一、立题依据(国内外研究进展或选题背景、研究意义等)该设计课题使我们能够掌握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，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了 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。 二、研究的主要内容及预期目标 设计一个室内用1632 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。 三、研究方案（思路）A 查找并阅读相关资料，了解基本的内容，利用需求分析文档，对整个系统有个初步的架构。B 搜寻实验用的文件文档集和研究过程中用到的各种工具软件。C 根据已有的资料并借助PROTEUS 对系统各模块进行分析、设计、测试。 四、论文进度安排（1）2013 年9 月-2013 年10 月 领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告。（2）2013 年10 月中旬 完成论文初稿，总体方案的拟定。（3）2013 年10 月末 完成论文的终稿， LED 点阵电子显示屏的编程和设计（4）2013 年11 月初 后期调试和测试（5）2013 年11 月中旬 总结毕业设计的整个过程，完成毕业设计论文。五、主要参考文献1张华林。电子设计竞赛实训教程M北京：北京航空航天大学出版社，2007.32缪思恩.LED 大屏幕显示电路设计J。电子技术应用，1996.83李桂平.LED 屏幕显示器的设计J.零陵师范学院学报，2002.94 李全利 编著 ：单片机原理及接口技术 （第2 版） 北京：高等教育出版社20045 张志良 主编 ：单片机原理及控制技术 （第2 版） 北京：机械工业出版社20056 张毅刚 主编 ：单片机原理及应用 北京：高等教育出版社， 20067 李光飞 编著 ：单片机课程设计实例指导 （第2 版） 北京：北京航空航版， 20048 李 华 主编 ：MCS-51 单片机实用接口技术 北京：北京航空航天出版社， 19979 徐仁贵 主编 ：微型计算机接口技术及应用 北京：机械工业出版社， 1998六、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日七、系部审核意见 负责人签名（系部公章）： 年 月 日注：1. 题目类型：理论、实验、应用、综合；2. 题目来源：指导教师拟定、自选、其它；3. 此表可打印。 长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）中期检查表长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题目： 基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计学生姓名 黄慧敏学号2011540330110院系电子信息工程系指导教师彭高丰教师职称讲师专业电子信息工程技术计划完成时间： 2013 年 10 月 27 日已完成的工作：领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告；完成论文初稿，总体方案的拟定；硬件的整体框图及电路原理图，并画写出了一些主要程序模块的程序流程图。未完成的工作：写出系统软件代码； 后期调试和测试；毕业答辩。 学生签名： 年 月 日指导教师评议（指出优点和不足）指导教师签名： 年 月 日系部意见负责人签字： 年 月 日 长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）评分表长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）评分表 系部电子信息工程系专业电子信息工程技术学号2011540330110姓名黄慧敏论文题目基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计评分人评分人评评价价内内容容满分满分得分得分1. 对待毕业论文（设计）的态度152. 观察、收集、整理、查阅资料及运用水平253. 独立工作能力、动手能力和分析解决问题的能力30指指导导教教师师4. 论文的创新性与写作质量30合合 计计100100是否同意答辩：是否同意答辩： 指导教师签字：指导教师签字： 年年 月月 日日注：论文等级与百分制的对应关系：优秀（90-100） ，良好（80-89） ，中等（70-79） ，及格（60-69） ，不及格（60分以下） 。评分人评分人评评价价内内容容满分满分得分得分 1. 论文选题的价值与合理性15 2. 论文的难度、工作量大小和创新性30 3. 论证过程的合理性与结果的正确性25评评阅阅教教师师 4. 文字表达水平、文章的逻辑性与写作规范30合合 计计100100是否同意答辩：是否同意答辩： 评阅教师签字：评阅教师签字： 年年 月月 日日评分人评分人评评价价内内容容满分满分得分得分 1. 内容的科学性、创新性或应用性35 2. 论文写作水平及知识掌握程度25答答辩辩小小组组 3. 语言表达能力、逻辑思维能力、回答问题的正确性40合合 计计100100答辩是否通过：答辩是否通过： 答辩小组组长签字：答辩小组组长签字： 年年 月月 日日指导教师评定成绩（40%）论文评阅成绩（30%）论文答辩成绩（30%）总成绩评定成绩评定成绩论文等级论文等级系部毕业论文领导小组负责人签字（系部公章）： 年 月 日 学生毕业论文（设计）鉴定表学生毕业论文（设计）鉴定表题目 基于单片机的 LED 点阵电子显示屏设计 姓名 黄慧敏 学号 2011540330110 系 部 电子信息工程系 专业 电子信息工程技术 指导教师 彭高丰 职称 讲师 2013 年 11 月 17 日长沙师范专科学校教务处制 中文摘要： 电子显示屏的应用范围越来越广泛，它作为一个重要的宣传平台，已经受到全社会的普遍认可。本课题以单片机为控制核心，通过 88LED 电子显示屏及相关的外围电路，设计制作了一个 1632 点阵 LED 电子显示屏。本设计介绍了基于 AT89C51 单片机点阵显示屏的设计方案，阐述了 1632 点阵 LED 显示屏的设计原理和电路，详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程。论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等的模块设计思路与制作方法。软件部分同样也采用模块化的设计思想，包括中断模块、显示模块，并采用简单流通性强汇编语言编程实现。系统能清晰的图文伴随跑马形式移入移出显示等功能。在实际设计调试过程中，通过肉眼观察该显示屏显示的图文是否稳定、清晰无串扰，查找造成图文不清晰的根源，确定调整方案，尽可能的使显示图文与要求相符合。关键词：AT89C51 单片机；LED；点阵显示；动态显示；汇编语言。英文摘要：Abstract ：LED electronic display screens, which are applied more and more widely,have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform,In this work,a digital 16*32 dot matrix LED electronic display screens was designed and made from a 8x8LED electronic display screen and the related peripheral circuits ,with a microcontroller as the controlling core.The thesis introduces the design of a dot matrix display based on AT89C51 microcontroller.describing the design ideas of 16*32 dot matrix LED display,and expounding the realization process of system hardware and software design in detail.This thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving modules.Software design including interrupt module and display module is also the idea of modularization,and it comes true by the application of a simple and popular language programming.System can achieve the function of a clear graphic with Happy Valley with moving-out and moving-in display.During the actual design and debugging process,they observe the stability of the pictures on the scream through eyes,and find if they are clear without any interference,and work out the reasons why the pictures are not clear,then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as mach as possible. Key words: AT89C51 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language. 填写说明1.用蓝色或黑色墨水的钢笔（或签字笔）填写，书写要清晰、工整、规范，不得打印。2.此表一式两份。一份装入学生档案；一份按此表、开题报告、中期检查表、成绩评定表、论文正文的顺序装订成册，留院（系）存档。 指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日论文等级：系部负责人（签章）： 年 月 日 系部审核意见：系部公章： 年 月 日 长沙师范专科学校毕业论文（设计）工作总结表长沙师范专科学校毕业论文（设计）工作总结表答辩学生总人数未能如期答辩学生人数等级优 秀良 好中 等及 格不及格人数成绩分布成绩分布比例在毕业论文（设计）工作过程中执行学校规定和要求的情况：结合系部特点制定的具体措施及执行效果：存在的问题及今后的措施：系主任签字（公章）： 年 月 日 目目 录录摘要IABSTRACTII第一章 系统整体设计方案111 需要实现的功能112 设计方案论证1第二章 系统硬件部分设计3 2. 1 电源设计3 22 单片机系统及外围电路4 2. 2. 1 单片机的选择4 2. 2. 1 AT89C55 芯片介绍4 2. 2. 1 单片机系统外围电路7 2. 3 列驱动电路8 2. 4 行驱动电路8 2. 4 .1 列驱动电路8 2. 4 .1 行驱动电路10 2. 5 LED 显示屏电路11第三章 系统软件部分设计14 3. 1 系统主程序14 3. 2 显示驱动程序15第四章 调试及性能分析17 4. 1 系统调试 17 4. 2 性能分析17结束语18致谢19参考文献20附录21基于单片机的基于单片机的 LEDLED 点阵电子显示屏设计点阵电子显示屏设计 电子信息工程技术 指导老师 彭高丰 学生姓名 黄慧敏摘要：摘要：电子显示屏的应用范围越来越广泛，它作为一个重要的宣传平台，已经受到全社会的普遍认可。本课题以单片机为控制核心，通过 88LED 电子显示屏及相关的外围电路，设计制作了一个1632 点阵 LED 电子显示屏。该设计介绍了基于 AT89C55 单片机点阵显示屏的设计方案，阐述了 1632 点阵 LED 显示屏的设计原理和电路，详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程。论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等的模块设计思路与制作方法。软件部分同样也采用模块化的设计思想，包括中断模块、显示模块，并采用汇编语言编程实现。系统能清晰的图文伴随跑马形式移入移出显示等功能。在实际设计调试过程中，通过肉眼观察该显示屏显示的图文是否稳定、清晰无串扰，查找造成图文不清晰的根源，确定调整方案，尽可能的使显示图文与要求相符合。关键词：关键词：AT89C55 单片机；LED；点阵显示；动态显示；汇编语言。 Abstract ：LED electronic display screens, which are applied more and more widely,have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform,In this work,a digital 16*32 dot matrix LED electronic display screens was designed and made from a 8x8LED electronic display screen and the related peripheral circuits ,with a microcontroller as the controlling core.The thesis introduces the design of a dot matrix display based on AT89C55 microcontroller.describing the design ideas of 16*32 dot matrix LED display,and expounding the realization process of system hardware and software design in detail.This thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving modules.Software design including interrupt module and display module is also the idea of modularization,and it comes true by the application of a simple and popular language programming.System can achieve the function of a clear graphic with Happy Valley with moving-out and moving-in display.During the actual design and debugging process,they observe the stability of the pictures on the scream through eyes,and find if they are clear without any interference,and work out the reasons why the pictures are not clear,then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as mach as possible. Key words: AT89C55 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language.第一章第一章 系统整体设计方案系统整体设计方案1.11.1 需要实现的功能需要实现的功能 设计一个室内用 1632 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。 1.21.2 方案论证方案论证从理论上说，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。1632 的点阵共有 512 个发光二极管，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，1632 的点阵需要 512/8=64 个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是 1632 的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大的多，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，而采用另一种称为动态扫描的显示方法1。 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 32 行）的同名列共用一套列驱动器。具体就 1632 的点阵来说，我们把所有同 单片机列驱动器行驱动器LED 显示点阵电源图 1-1 显示屏电路框图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） ，先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭； 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。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，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。 采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。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，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，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成列数据准备（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，传送下一行的列数据。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 1-1 为显示屏电路实现的结构框图。 第二章第二章 系统硬件部分设计系统硬件部分设计 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。2 21 1 电源设计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 2-1 所示： + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图 2-2 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 7.5V 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。（a）稳压电源的组成框图图 2-1 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 T220V个7.5VC3104C2104Vin1GND2Vout3IC17805R1100VCC1234D1BRIDGEC11000uSSW D2LE D+_图 2-2 电源电路2 22 2 单片机系统及外围电路单片机系统及外围电路2 22 21 1 单片机的选择单片机的选择单片机采用 89C55 或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、以及给屏体电路部分发送命令。这里我们选择了内含 20K 字节 Flash 的AT89C55，因为我们只需要显示特定的图形，文字和时间，温度，需庞大的字库，因此20K Flash 已经可以满足字库储存的需求，不需要扩展外存储器。在便携式产品中大有用武之地2。2 22 22 2 AT89C55AT89C55 芯片介绍芯片介绍 采用 AT89C55，它是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含20kbytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器（ROM）和 256*8bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C55 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 虽然 AT89S52 的 ISP 下载功能非常优秀，但它只有 8KROM，由于本设计的程序代码比较多，所以选用 AT89C55（具有 20KROM） 。主要性能参数：主要性能参数：与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容20K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器1000 次擦写周期全静态擦写周期：0Hz33Hz三级加密程序存储器256*8 字节内部 RAM32 个可编程 I/O 口线三个 16 位定时/计数器 8 个中断源低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：功能特性概述：这个 AT89C55 的是一种低功耗，高性能 8 位 CMOS 单片机，具有 20K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器，该设备是采用 Atmel 的高密度非易失性内存技术，并与业界标准 80C51 指令集和引脚兼容，片上闪存程序存储器可重新编程的系统或由传统的非易失性内存编程通过将通用的 8 位 CPU 与Flash 在 monolithicchip 芯片， AT89C55 是一个强大的微型计算机提供了一个高度灵活和成本有效地解决许多嵌入式控制应用。AT89C55 单片机一般采用双列直插 DIP 封装，共 40 个引脚，图2-3 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/地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲。PROG（1）ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低八位地址。 AT89C55 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图 2-3 AT89C55 引脚图 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）功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉PROG冲。2 外 ROM 读选通信号。PSEN 89C51 读外 ROM 时，每个机器周期内两次有效输出。可作为外 ROM 芯PSENPSEN片输出允许的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时，无效。OEPSEN3RST/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，AT89C55 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。4/VPP内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。EA（1）功能：正常工作时，为内外 ROM 选择端。AT89C55 单片机 ROM 寻址EAEA范围为 64KB，其中 20KB 在片内，60KB 在片外。当保持高电平时，先访问内EAROM，但当 PC 值超过 20KB 时，将自动转向执行外 ROM 中的程序。当保持低电平EA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 AT89C55 有 P0、P1、P2、P3 4 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，P0 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MOVX DPTR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。P3 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21所示：2 22 23 3 单片机系统外围电路单片机系统外围电路单片机最小系统图形式如图 2-4 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（P3.0）作为数据移位的输入/输出端，而由 TXD（P3.1）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。89C55 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；P1.5P1.7 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P3.0RXD串行口输入端P3.1TXD串行口输出端 P3.20INT外部中断0请求输入端 P3.31INT外部中断1请求输入端 P3.4T0定时/计数器0外部信号输入端 P3.5T1定时/计数器1外部信号输入端P3.6WR外RAM写选通信号输出端P3.7RD外RAM读选通信号输出端表 21 P3 各端口第二功能 GNDC433pFC533pFVCCY112MH zR28.2 kGNDVCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST /VPD9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL 218XTAL 119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE /PROG30EA/Vpp31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C51+C610uABCDG1GNDTXD个SCKRXD个SISCL RRCK2 23 3 列驱动电路列驱动电路列驱动电路由集成电路 74HC595 构成，它具有一个 8 位串入并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 的外形及内部结构如图 2-5 所示。它的输入侧有 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 SI 是串行数据的输入端。引脚 SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SI 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。RCK 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G 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。SCLR 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零。由于SCK 和 RCK 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。芯片的输出端为 QAQH，最高位 QH 可作为多片 74HC595 级联应用时，向上一级的级联输出。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联输出。 图 2-4 单片机最小系统图 2 24 4 行驱动电路行驱动电路2 24 41 1 行驱动芯片行驱动芯片 74HC15474HC154 介绍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，使输出通道中相应的一图 2-5 74HC595 的管脚及内部结构逻辑图图 2-5 74HC595 的管脚及内部结构逻辑图图 2-6 移位寄存和输出锁存的时序波形图 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 24=16 个，并有两个选通端（使能端） ，它的管脚形式如图 2-6 所示，当选通端1、2 均为低电EE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。为译码输出端，输出是低电平有0Y15Y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 2.2 所示：图 2-6 74HC154 管脚图 R10R16R8R15R13R6R17R18R9R12R5R7R3200R4R14R11Q8Q10Q9Q6Q14Q5Q11Q12Q7Q130 OUT11 OUT22 OUT33 OUT44 OUT55 OUT66 OUT77 OUT88 OUT99 OUT1010 OUT1111 OUT1312 OUT1413 OUT1514 OUT1615 OUT17G118G219D20C21B22A23U274HC154Q4Q3Q2Q18550Q15Q16VCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.720016个855016个GNDLED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 LED9 LED10 LED11 LED12 LED13 LED14 LED15 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： ，01230AAAAY01231AAAAY 01232AAAAY01233AAAAY，01234AAAAY01235AAAAY01236AAAAY01237AAAAY01238AAAAY，01239AAAAY012310AAAAY012311AAAAY012312AAAAY012313AAAAY，012314AAAAY012315AAAAY。2 24 42 2 行驱行驱动电路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 2-7 所示：表 22 74HC154 译码器的真值表 行选通信号从 74HC154 的端输出，某一端输出低电平即为有效，而其它端0Y15Y输出均为高电平的信号无效。如端输出低电平，此信号传至相应的 PNP 型三极管0YQ1，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，全部各行都选通一遍之后又重新开始，这就是行驱0Y15Y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 1620=320mA 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。2 25 5 LEDLED 显示屏电路显示屏电路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。LED 显示屏现多采用多块 88 点阵显示单元拼接而成。本文就是使用 4 块 SBM1388 型号的实验模块组成1616 点阵，以满足汉字显示的要求。88 LED 点阵是最基本的点阵显示模块，理解了88 LED 点阵的工作原理就可以基本掌握 LED 点阵显示技术。88 点阵 LED 结构如图2-8 所示，其等效电路如图 2-9 所示：图 2-7 行驱动电路原理 图 2-10 88 点阵 LED 结构图图 2-8 88 点阵 LED 结构图 从图中（本图的 LED 阵列采用共阳的接法）可以看出，88 点阵共需要 64 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8 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 8 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，但具体那一个 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。以上就是 1632 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。第三章第三章 系统软件部分设计系统软件部分设计在单片机系统中，硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成应用系统所要完成的任务。软件的设计是设计控制系统的应用程序。其任务是在总体设计和硬件设计的基础上，确定程序结构，分配内 RAM 资源，划分功能模块，然后进行主程序和各模块程序的设计，最后连接起来成为一个完整的应用程序。在进行系统总体设计时，曾经规划过软件结构，但由于硬件系统尚未仔细确定，软件结构框图十分粗糙，当硬件设计接口扩展及各功能模块与 CPU 连接关系确定后，就能够具体明确对软件设计的要求。本设计的 LED 显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成 LED 显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由定时器 T0 中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。图 2-9 88 点阵 LED 等效电路图 开 始系统初始化显示时间温度“左滚屏”显示效果循环 图 3-1 系统主程序的总体结构KEY4 个按键K1 切换K2 调整K3 加K4 减显示数据 显示退出中断 图 3-2 显示驱动程序流程图从有利于实现语言的直观，易于记忆和检查，可读性较好和使语言程序占用较少的单片机存储空间，实时处理系统可以快速的执行指令的角度考虑，本设计中显示屏程序采用汇编语言编写。3 31 1 系统主程序系统主程序系统主程序的总体结构如图 3-1 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。首先是显示时间，按键有 4 个。选择，调试，加，减；有时间，闹钟设置，温度，文字显示 4 种选择；时间调整（加，减），文字走动（快，慢）。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。这样可方便程序调用，程序整体层次清晰，结构一目了然，方便阅读。3 32 2 显示驱动程序显示驱动程序图 3-2 为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图。根据流程图可以编写出相应的显示程序。显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 T0 重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16 扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下： 刷新率（帧频）=T0 溢出率161 =321)65536(120tfosc其中 f为晶振频率，t 为定时器 T0 初值（工作在 16 位定时器模式） 。osc0T0 初值=2N机周时间定时时间其中 N 与工作方式有关，本设计定时/计数器工作于方式 1，如图 3-3 所示，方式 1构成一个 16 位定时计数器，即 N=16。方式 1 最大计数值为 216=65536 ，若 fosc=12MHz，则定时时间范围为165536s。机周时间与主振频率有关，机器周期是时钟周期的 12 倍，因此，机周时间=12/ fosc。当 fosc=12MHz 时，1 机周=1s。然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。显示程序给出了各控制信号和显示数据，其作用及相互配合关系均已在硬件部分作过介绍，相应的程序部分在清单的注释区内分别进行了说明，在此不再一一详述。系统程序清单见附录二。第四章第四章 调试及性能分析调试及性能分析 一个单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件设计开发。元器件安装后，在系统的程序存储器中写入编制好的应用程序，系统即可运行。但编制好的程序或焊接好的线路不能按预计的那样正常工作是常见的事，多少会出现一些硬件、软件上的错误。这就需要通过调试来发现错误并加以改正。调试可分为硬件调试和软件调试。在允许的条件下，根据本设计系统的需求性首先采用在 PC 机上用模拟开发软件进行检测和调试，然后进行硬件的组装与调试。图 3-3 定时/计数器 T0 工作方式 1 逻辑电路结构图 4.14.1 系统调试系统调试 调试主要分为硬件调试和软件调试： 硬件调试：在焊接电路板的时候，应该从最基本的最小系统开始，分模块，逐个进行焊接测试。在对各个硬件模块进行测试时，要保证软件正确的情况下去测试硬件，要不然发生错误时，不知道到底是哪一方出错了。当然，在设计的过程中也存在着失误和不足。 软件调试：软件部分是先参考书上的例子，然后自己根据硬件电路写程序，由于以前所学是 C 语言，所以这个系统在编写程序过程中都采用 C 语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经过仔细分析修改最后编译成功。但是，在实际写如 S51 中，LED 显示屏出现各种各样的乱码，通过再次认真仔细分析多次修改程序后，程序能够正常运行。4 42 2 性能分析性能分析系统通过调试组装后一般即可正常工作。LED 显示屏的刷新频率及显示显示效果是主要的性能指标。显示屏刷新率由定时器 T0 的溢出率和单片机的晶振频率决定，表 4-1给出了显示屏采用的频率及其对应的定时器 T0 初值。从理论上来说，24Hz 以上的刷新率就能看到连续稳定的显示，刷新率越高，显示越稳定，同时刷新率越高，显示驱动程序占用的 CPU 时间也越多。实验证明，在目测条件下刷新率 40Hz 以下的画面看起来闪烁较严重，刷新率 50Hz 以上的已基本觉察不出画面闪烁，刷新率达到 85Hz 以上时再增加画面闪烁没有明显改善。显示效果处理的内容和方法非常广泛，根据需求可做变动，在这里不做具体讨论。根据实践证明，这个方案设计的 1632 点阵 LED 图文显示屏，结构合理，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰；可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。结束语结束语以上仅对LED显示屏的结构和驱动、显示电路原理作一详细介绍和分析。LED点阵的应用很广，对于不同的应用环境和应用要求，可以有各种各样的应用方式，在这里就不做详尽叙述。由于自己知识水平的局限和时间的仓促，设计中或还存在着一些不足，我真诚的接受老师们的批评和指正.。经过了几周的努力学习和工作，我终于完成了论文。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，不懂就请教老师或同学，再接着提出新的问题，在这个往复的过程中，刷新率/Hz255062. .57585100120T0 初值OxEC78OxF63COxF830OxF97EOxFA42OxFB1EOxFBEE表 41 显示屏刷新率（帧率）与 T0 初值关系表 我这篇稚嫩的设计日趋完善。每一次改进我都收获良多，虽然我的设计作品不是很成熟，而且借鉴了前人的很多资料，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想。在做这次毕业设计过程中使我学到了很多，加深了对数子电路的理解，验证了所学理论知识，提高了基本的解决实际问题的能力，并增加了对电子设计方面的兴趣。更重要的是我体会到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更好的成长，没有学习就不可能有实践的能力，实践才是最终的目的，没有实践就不会有自己的突破和创新，希望这次的经历能让我在以后的工作和生活中不断成长与进步。 致致 谢谢三年的时间即将过去，我们也即将走出校园，面向社会。回看过去，还真是怀念那段时光。在做毕业设计的过程中，曾得到了许多人的帮助，有我的老师，也有我的同学。毕业设计的成功特别是离不开老师的悉心指导和关怀，也离不开在学习工作中不断给予我鼓励和帮助的同学。在此，谨向彭高丰老师以及帮助过我的同学以诚挚的谢意！最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对此论文进行评阅与审议的老师们。感谢 学校给我提供了一个展现自己的舞台，给我一次难得锻炼的机会，使得我的动手能力和专业技能都有了很大的提高。参考文献参考文献1张华林。电子