基于單片機的LED點陣顯示屏-1-課程設(shè)計說明書基于單片機擴展的LED點陣顯示專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期基于單片機的LED點陣顯示屏-2-目錄1概述.21.1LED點陣顯示概述.21.2LED顯示屏控制技術(shù)情況.21.21串行傳輸與并行傳輸技術(shù).21.3課題要求與內(nèi)容.21.31設(shè)計控制要求.21.32設(shè)計要求.22.方案的設(shè)計與選擇.32.1、LED驅(qū)動模塊.錯誤!未定義書簽。2.2、數(shù)據(jù)存儲模塊.錯誤!未定義書簽。3.系統(tǒng)主要元器件介紹.33.1AT89C51單片機的結(jié)構(gòu).43.1.1管腳說明.53.1.2振蕩器特性.錯誤!未定義書簽。3.2LED點陣顯示屏.63.2.1動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù).63.2.2陣屏原理圖及說明.64硬件電路設(shè)計.74.1總體硬件組成框圖.74.2設(shè)計方案確定與設(shè)計.74.2.1、數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計.84.2.2PC機通信模塊的設(shè)計.94.2.3系統(tǒng)硬件選擇.94.2.4硬件電路實現(xiàn)列驅(qū)動電路.94.3硬件原理圖.錯誤!未定義書簽。5系統(tǒng)軟件設(shè)計.115.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計.115.2下位機軟件流程圖及說明.116系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析.136.1使用的儀器儀表.136.2系統(tǒng)調(diào)試.136.2.1硬件調(diào)試.136.2.2軟件調(diào)試.錯誤!未定義書簽。6.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào).137結(jié)束語.14參考文獻.16附錄.17附錄1程序清單.18附錄2使用元件清單.28附錄3：多片I/O口應(yīng)用和擴展系統(tǒng)設(shè)計圖.29基于單片機的LED點陣顯示屏-3-1概述1.1LED點陣顯示屏概述LED點陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片內(nèi)，能進行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏可編程序型LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點。1.2LED顯示屏控制技術(shù)狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動檢測及遠程控制技術(shù)等。1.2.1串行傳輸與并行傳輸技術(shù)LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動IC種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實現(xiàn)也較為容易。13課題要求與內(nèi)容：131、設(shè)計控制要求(1)由點陣顯示漢字并輪回滾動，P0、P3口控制行掃描，P1口控制譯碼運行后顯示程序字庫中的漢字。(2)列驅(qū)動采用74LS154，列驅(qū)動采用分立元件實現(xiàn)。13.2、設(shè)計要求(1)要求本次設(shè)計的控制裝置采用單片機技術(shù)實現(xiàn)；(2)要能完全滿足控制要求；(3)能隨時修改漢字（編碼過程需畫圖示意，用查表法來編程。）基于單片機的LED點陣顯示屏-4-(4)掌握本次設(shè)計最小應(yīng)用系統(tǒng)電氣原理示意圖。（電源、復(fù)位、晶振、1616點陣、74LS154）2、系統(tǒng)方案設(shè)計與選擇：2.1LED驅(qū)動模塊方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個LED發(fā)光管的一端接至單片機的一個I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動LED，原理簡單，驅(qū)動能力強，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共2端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計中采用方案二。2.2、數(shù)據(jù)存儲模塊方案一：采用靜態(tài)RAM存儲顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器具有存儲容量大，傳輸速度快等優(yōu)點。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。方案二：采用ROM芯片存儲LED顯示屏要顯示的信息，采用ROM芯片可以長時間的存儲信息，而且掉電數(shù)據(jù)不丟失，此種方式適合于存儲不變的數(shù)據(jù)。方案三：采用串行EEPROM（如24C256等）存儲LED顯示屏要顯示的信息。串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲技術(shù)，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應(yīng)用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。比較以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點，因此選者方案三。3、系統(tǒng)元件的介紹：3.11AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)AT89C51是一種帶4KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機?；趩纹瑱C的LED點陣顯示屏-5-圖1AT89C51引腳圖3.12管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：基于單片機的LED點陣顯示屏-6-口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.13振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.2LED點陣顯示屏基于單片機的LED點陣顯示屏-7-3.2.1動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)LED顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為1/4,1/16掃描等。室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個發(fā)光一極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的I/O口，因此應(yīng)用較廣。3.2.2陣屏原理圖及說明：圖2陣屏原理圖16*16點陣為單色共陽模塊，單點的正向工作電壓為（Vf）=1.8V,正向電流是（If）=810mA。靜態(tài)點亮器件時（64點全部亮）的總電流是640mA，總電壓是1.8V，總功率為1152mW。動態(tài)時取決與掃描頻率（1/8s或1/16s），單點瞬間電流可達80160mA。點陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如上，16X16點陣共由64個發(fā)光二極管組成，且每