LED顯示屏設(shè)計畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（說 明 書）題 目： LED顯示屏設(shè)計 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2013 年 5 月 10 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書姓名 專業(yè) 任 務(wù) 下 達 日 期 2013 年 3 月 4 日設(shè)計（論文）開始日期 2013 年 3 月 11 日設(shè)計（論文）完成日期 2013 年 5 月 17 日設(shè)計（論文）題目： LED顯示屏設(shè)計 A編制設(shè)計 B設(shè)計專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 系（部）主 任 2013年 5 月24日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會記錄自動化與信息工程系應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，學(xué)生 于 年 月

2、日進行了畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯。設(shè)計題目： LED顯示屏設(shè)計 專題（論文）題目： LED顯示屏設(shè)計 指導(dǎo)老師： 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語第 頁共 頁學(xué)生姓名： 專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 年級 2010 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： LED顯示屏設(shè)計 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計

3、（論文）及答辯評語： 摘 要本文介紹了一款以單片機STC89C52為控制器的LED點陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。并且可以通過級聯(lián)的方式來擴大顯示屏幕的尺寸以達到增加顯示內(nèi)容的目的。系統(tǒng)單片機發(fā)送控制命令，由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個1664的LED點陣顯示屏的掃描顯示。PC機與單片機之間的通信采用RS232C通信標準來實現(xiàn)。所選用的STC89C5單片機具有價格低廉程序?qū)懭敕奖愕奶攸c使得整個系統(tǒng)方便維護和檢修。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機少量的I /O口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴展的空間。關(guān)鍵字：STC89C52；LED點陣顯示；串行通信目 錄第一章 緒論41.1

4、 課題背景41.1.1 選題背景41.1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢41.2 論文主要內(nèi)容2第二章 方案論證與選擇42.1 系統(tǒng)硬件方案42.1.1 顯示屏主控制器42.1.2 LED點陣顯示屏52.1.3 硬件設(shè)計方案62.2 系統(tǒng)軟件方案72.2.1 單片機編程語言72.2.2 系統(tǒng)軟件編譯器介紹8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計93.1 硬件整體設(shè)計概述及功能分析93.2 控制單元設(shè)計103.2.1 STC89C52簡介103.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計133.3 譯碼電路設(shè)計153.4 驅(qū)動電路設(shè)計163.4.1 八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74HC244163.4.2 反相器74HC04173.4.3 行驅(qū)

5、動電路設(shè)計173.4.4 列驅(qū)動電路設(shè)計173.6 電源設(shè)計18第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計204.1 主程序設(shè)計204.2 子程序的設(shè)計204.2.1 LED顯示屏的顯示方式204.2.2 點陣數(shù)據(jù)表達方式214.2.3 顯示程序的設(shè)計22第5章 系統(tǒng)調(diào)試245.1 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試方法245.1.1 短路與虛焊檢測245.1.2 上電測試245.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法245.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果255.4 調(diào)試結(jié)果分析25結(jié) 論26致 謝27參考文獻28附錄29第一章 緒論1.1 課題背景1.1.1 選題背景LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬幾十萬個半導(dǎo)體

6、發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。在短短的十來年中，LED點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會

7、經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。（2）機場航班動態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。（4）體育場館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達6億元左右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，

8、行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。技術(shù)水平相對領(lǐng)先,我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國際先進水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED

9、顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊伍，在全國LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 （2）LED顯示屏的發(fā)展趨勢現(xiàn)代信息社會中，作為人一機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進入二十一世紀的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。高亮度、全彩化藍色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，

10、成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件，基礎(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色LED屏更會成為主流產(chǎn)品。全彩色LED顯示屏的廣泛應(yīng)用會是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新的增長點。未來LED顯示屏?xí)蛑鴺藴驶?、?guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展。（3）選題意義該設(shè)計課題使我們能夠掌握LED顯示屏

11、的基本顯示原理和設(shè)計方法，對LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。并且對大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進行了實踐，使我們對所學(xué)過的理論知識有了新的認識。并且通過該設(shè)計課題掌握了51單片機的的軟硬件開發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗。目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛，相關(guān)的從業(yè)人員也會越來越緊缺。但同時應(yīng)該清楚的認識到我國的LED技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國LED顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。1.2 論文主要內(nèi)容針對設(shè)計題目的特點，對論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將

12、做如下安排：（1）初步方案的論證和選擇 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計思想和設(shè)計方法擬定幾套設(shè)計方案進行分析比較。最終選定了以單片機為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動電路的設(shè)計方案。（2）方案實現(xiàn)以設(shè)計方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對比選擇選定STC89C52單片機為核心控制器件，由74HC244為八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器，74HC138為譯碼電路器件，74HC595和4953為驅(qū)動電路器件。論文列出了詳細的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 （3）軟件編寫 根據(jù)硬件特點和設(shè)計要求，軟件選用C語言編寫。程序按功能分為

13、靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個編寫和調(diào)試，最后將獨立的模塊整合起來。（4）驗證與測試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來進行。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有單片機端口驅(qū)動能力不足、驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定等問題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問題。通過分析，查找找出了問題原因并設(shè)法將其解決。（5）結(jié)論設(shè)計完成后對設(shè)計中所遇到的問題、經(jīng)驗教訓(xùn)、以及自己的想法進行總結(jié)。第二章 方案論證與選擇2.1 系統(tǒng)硬件方案大多數(shù)的LED顯示屏都在戶外，所以對硬件的質(zhì)量要求非常的高。為方便檢修和維護硬件電路設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。硬件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，既

14、要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。如圖2-1所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分組成?？刂撇糠謭?zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。16X64LED點陣顯示屏單片機譯 碼 電 路驅(qū) 動 電 路圖2-1 系統(tǒng)硬件組成框圖2.1.1 顯示屏主控制器控制部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能為經(jīng)計算機將編好的程序下載到單片機中，再有單片機控制顯示部分顯示內(nèi)容。其常用的電子設(shè)計方法有單片機、及EDA技術(shù)。幾種設(shè)計方法比較各有其特點：（1）單片機單片機是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合于工業(yè)控制,因此

15、又叫微控制器(MCU)。單片機品種齊全,型號多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術(shù)，片上I/O非常豐富，有的單片機集成有A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機被CMOS代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降至A ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。（2）EDAEDA(即Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計自動化，它是以計算機

16、為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計結(jié)果,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現(xiàn)。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機。而且MCU是通過串行執(zhí)行指令來實現(xiàn)特定功能，不

17、可避免低速，而FPGA/CPLD則可實現(xiàn)硬件上的并行工作，在實時測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實現(xiàn)的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。二種設(shè)計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進行學(xué)習(xí)和鍛煉使用?，F(xiàn)在市場上常用的單片機主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中應(yīng)用最廣泛的單片機首推Intel的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機學(xué)習(xí)的教材。且51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置

18、為高電平（復(fù)位時，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機作為控制部分的核心器件。2.1.2 LED點陣顯示屏顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個漢字的顯示屏，以及驅(qū)動該顯示屏的驅(qū)動電路。由于單片機的I/O口有限要不能直接用I/O口來驅(qū)動LED顯示屏，所以需要對單片機I/O口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。LED顯示屏是由一個個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來，如圖2-2所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣

19、子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊。目前市場上普遍采用的點陣模塊有88、1616幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點在于當(dāng)單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復(fù)雜；而點陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個LED出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個LED點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風(fēng)險。所以構(gòu)建一個1664的LED點陣屏選用16塊8X8陣模塊。圖 2-2 LED點陣內(nèi)部圖一

20、個1664的LED顯示屏行有16和列有64個引腳，不能單靠51單片機的端口驅(qū)動所以必須要對單片機的端口個數(shù)進行擴展。經(jīng)常采用的端口擴展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進行譯碼。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有74HC138（3線-8線譯碼器）、74HC244（8位串并轉(zhuǎn)換器）、74HC595等。52單片機端口低電平時，吸入電流可達，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片機不能直接驅(qū)動LED顯示屏顯示。在單片機和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動電路。2.1.3 硬件設(shè)計方案最終方案如圖2-3所示，以處理顯示內(nèi)容，用串行通信的方

21、式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C系統(tǒng)，單片機根據(jù)計算機傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴展后驅(qū)動16塊8 8ED點陣模塊構(gòu)成的16 64ED點陣顯示屏。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(shè)計。16X64LED點陣顯示屏單片機譯 碼 電 路驅(qū) 動 電 路圖2-3 硬件設(shè)計方案2.2 系統(tǒng)軟件方案軟件的設(shè)計除了滿足設(shè)計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計目標和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個主要部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中

22、執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。2.2.1 單片機編程語言現(xiàn)在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和C語言。兩種語言相比較各有優(yōu)點。匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設(shè)計語言，是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點，但在編寫復(fù)雜程序時具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機型，不能通用，也不能在不同機型之間移植。C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，

23、可產(chǎn)生壓縮代碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號 而不是特殊符號的語言。C可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點：對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對51的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴于機

24、器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機的不同較快地移植過來?；谝陨侠碛蓻Q定采用C語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。2.2.2 系統(tǒng)軟件編譯器介紹C語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。支持MCS51用C語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEILC51編譯器。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用KEIL C51來進行編譯。因此軟件設(shè)計最終方案為采用C語言為程序語言，KELC為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件整體設(shè)計概述及功能分析顯示系統(tǒng)具體設(shè)計主要由單片

25、機系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動電路和1664的點陣屏四部分組成。具體工作流程為：計算機將編好的程序向經(jīng)下載軟件下載到單片機中，單片機接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過I/O口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動電路進行電壓和電流的處理以達到LED顯示屏的顯示電流、電壓要求，進而使顯示屏顯示內(nèi)容。根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng)之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖3-1所示。單片機譯 碼 電 路電 源列驅(qū)動電路行驅(qū)動電路16X64 LED顯示屏圖3-1 硬件電路框圖該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點：（1

26、）LED顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準。并且顯示要清晰。（2）驅(qū)動電路要能提供LED顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。（3）譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅(qū)動電路的要求。（4）單片機要能接收計算機所下載的程序，并進行存儲，經(jīng)處理后控制LED顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動能力要足以驅(qū)動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。（5）單片機由ISP下載線下載程序和供電，可不設(shè)立專用供電電源。（6）由串口完成單片機與計算機的通信，通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸_到顯示要求。3.2 控制單元設(shè)計控制單元是整個顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用52系列單片機為核心

27、器件，用來和計算機通信處理計算機發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。在52系列單片機中選定一款合適的機型來作為控制單元的主控芯片。根據(jù)題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因為在軟件設(shè)計時方便的程序下載對程序的驗證和編寫非常有用。還有就是為了提高LED顯示屏的掃描速度，單片機的執(zhí)行速度要盡可能的快。根據(jù)這兩點要求，選擇宏晶科技生產(chǎn)的STC89C52RC為控制單元的主控芯片。3.2.1 STC89C52簡介STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，1

28、2 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周期可以任意選擇，封裝圖和引腳示意圖見圖3-2，圖3-3。圖3-2 STC89C52RC封裝示意圖主要特性如下： 1. 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機） 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，實際工作頻率可達 48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K 字節(jié) 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口 （32 個） 復(fù)位后為，P1/P2/P3/

29、P0是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程）,無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下載用戶程 序,數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1、T211. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UAR

30、T 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級） 14. STC89C52RC 單片機的工作模式掉電模式：典型功耗0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗 正常工作模式：典型功耗 4Ma7mA 典型功耗 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備圖3-3 STC89C52RC引腳示意圖STC89C52RC 引腳功能說明VCC（40 引腳）：電源電壓 VSS（20 引腳）：接地P0 端口（P0.0P0.7，3932 引腳） ：P0口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動

31、8個TTL 負載，對端口 P0 寫入 “1”時，可 以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也可以分時作為低 8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。此時，P0 口無需接上拉電阻。在 Flash ROM 編在程時，P0端口接收指令字節(jié)端口指令；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié),驗證時，要求外接上拉電阻。 P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳） ：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1 口作輸入

32、口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。 此外，P1.0 和 P1.1 還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部輸入（P1.0/T2） 和定時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） ，具體參見下表：表31 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）在對 Flash ROM 編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。P2 端口（P2.0P2.7，2128 引腳） ：P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙 向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或

33、輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。 對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 P2 作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2 送出高 8 位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如 執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū) 中的 P2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個訪問期間不會改變。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗期間， P2也接收高位地址和一些控制信號。 P3 端口（P3.

34、0P3.7，1017 引腳） ：P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3 做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一 個電流。 在對 Flash ROM 編程或程序校驗時，P3 還接收一些控制信號。 P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能。 RST（9 引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效， 用來完成單片機的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST 引腳輸出 96 個晶

35、振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無效。DISRTO 默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ ROG（30 引腳）地址鎖存控制信號 ：(ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 Flash 編程時，此引腳（ ROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE 脈沖將會跳過。 如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作將無效。這 一位置“1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MO

36、VX 或 MOV 指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。外部程序存儲器選通信號（ SEN）是外部程序存儲器選 SEN（29 引腳）通信號。當(dāng) AT89C51RC 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， SEN在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， SEN將不被激活。 A/VPP （31 引腳） 訪問外部程序存儲器控制信號, 為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， A必須接 GND。注意加密方式 1 時， A將內(nèi)部鎖定位 RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，

37、 A應(yīng)該接 VCC。在 Flash 編程期間， A也接收12伏VPP 電壓。 XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。3.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計控制電路設(shè)計中采用的是單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個最小系統(tǒng)（指單片機的可以的最小配置系統(tǒng)）。STC89C52R的最小系統(tǒng)包括了外界時鐘電路和復(fù)位電路，選定一定數(shù)量的I/O口作為控制口控制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出。根據(jù)功能選擇一定的單片機端口添加外圍的器件，具體電路如圖3-2所示。在該系統(tǒng)中，P1各口主要用作LED顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。P1.0，P1.1，P1.2分

38、別接74HC138的三個數(shù)據(jù)輸入端，P1.3接74HC138的使能端，分別輪流控制兩個74HC138輸出，P1.5接74HC595的串行數(shù)據(jù)輸入端，P1.6接74HC595的鎖存口，控制數(shù)據(jù)的輸出，P1.7接74HC595是74HC595的時鐘輸入端。 端口30，EA/VPP：地址鎖存允許信號輸出端。在擴展外部存儲器時，用于鎖存低8位地址，當(dāng)單片機上電正常工作時，ALE端周期性地以時鐘振蕩頻率的16的固定頻率向外輸出正脈沖。要想訪問外部程序，EA端必須保持低電平（接地）。因為沒有擴展外部程序存儲器，所以將EA置為高電平。圖3-4 控制部分電路圖由于P3口是特殊功能口，在該系統(tǒng)中基本是采用其第二

39、功能。其第二功能和實際運用如表3-2所示表3-2 STC89C52R的P3口第二功能的應(yīng)用端口第二功能信號名稱P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2外部中斷0外部中斷0輸入口P3.3外部中斷1外部中斷1輸入口P3.4定時器/計數(shù)器0定時器/計數(shù)器0輸入口P3.5定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器1輸入口P3.6寫選通輸出口P3.7入選通輸出口STC89C52單片機的P0在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組端口線分時作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，P2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，其作為高8位地址總線。所以P0和P2口留為外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的擴

40、展用，以備內(nèi)部存儲器和程序存儲器不夠用時使用。3.3 譯碼電路設(shè)計譯碼電路的功能是為了解決單片機I/O端口不足。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器74HC138。具體電路如圖3-3所示74HC138的作用：八位二進制譯碼器74HC138的作用是用來選擇顯示行，一個74HC138可以選擇8行中的一行，所以單元板/模塊上有2塊74HC138，這樣就可以在16行中選擇1行顯示圖3-3 74HC138D的引腳示意圖第8腳GND，電源地。第15腳VCC，電源正極第13腳A、B、C，二進制輸入腳。第46腳片選信號控制，只有在4、5腳為“0”6腳為“1”時，才會被選通，輸出受A、B、C信號控制。其它任何組合方式將不

41、被選通，且Y0Y7輸出全為“1”。通過控制選通腳來級聯(lián)，使之?dāng)U展到十六位。例：0E2A=0，0E2B=0，0E1=1，A=1，B=0，C=0，則Y0為“0”Y1Y7為“1”，詳情見真值表。表33 74HC138的真值表InputOutputEnableselectCBAY0Y0Y2Y3Y4Y5Y6Y7LXXXXXHHHHHHHHHXHXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHHHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL3.4 驅(qū)動電路設(shè)計

42、3.4.1 八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74HC24474HC244芯片的功能：如果輸入的數(shù)據(jù)可以保持比較長的時間(比如鍵盤)，簡單輸入接口擴展通常使用的典型芯片為74HC244，由該芯片可構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。74HC244芯片的引腳排列如圖1所示。由于STC系列一般用并口進行編程，理論上可以直接用單片機的幾根I/O口接并口線，但如果電路板沒有做好，可能會連帶把計算機并口燒壞，所以要加個74HC244芯片隔離一下。74HC244芯片的引腳排列如下圖圖3-4 74HC244的引腳示意圖74HC244芯片使用說明74HC244芯片內(nèi)部共有兩個四位三態(tài)緩沖器，使用時可分別以和作為它們的選通工作信號。當(dāng)

43、和都為低電平時，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當(dāng)和都為高電平時，輸出呈高阻態(tài)。3.4.2 反相器74HC0474HC04：六反相器，一個起到高低電平的轉(zhuǎn)換作用，還有一個就是增加信號的驅(qū)動能力，信號一般都從MCU從發(fā)出，直接驅(qū)動其他器件的能力不夠，中間加一個邏輯電路來增加驅(qū)動能力。74HC04是一個普通的非門，而74HC14是斯密特觸發(fā)器，是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。該器件既可以像普通“與非”門那樣工作，也可以接成斯密特觸發(fā)器來使用。3.4.3 行驅(qū)動電路設(shè)計發(fā)光二極管，LED(Light Emitting Diodes)，即是在在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多

44、余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 行驅(qū)動采用4953。4953的作用：行驅(qū)動管，功率管每一顯示行需要的電流是比較大的，要使用行驅(qū)動管，每片4953可以驅(qū)動2個顯示行圖35 4953的引腳分布圖其內(nèi)部是兩個CMOS管，1、3腳VCC，2、4腳控制腳，2腳控制7、8腳的輸出，4腳控制5、6腳的輸出，只有當(dāng)2、4腳為“0”時，7、8、5、6才會輸出，否則輸出為高阻狀態(tài)。3.4.4 列驅(qū)動電路設(shè)計74HC595的作用：LED驅(qū)動芯片，8位移位鎖存器，用于驅(qū)動顯示列，每片

45、74HC595可以驅(qū)動8列，多片74HC595串接在一起，串行列數(shù)據(jù)信號RI（DATA）、鎖存信號STB、串行時鐘信號CLK都在這個芯片上，其引腳分布如下圖圖36 74HC595的引腳示意圖第8腳GND，電源地。第16腳VCC，電源正極第14腳DATA，串行數(shù)據(jù)輸入口，顯示數(shù)據(jù)由此進入，必須有時鐘信號的配合才能移入。第13腳EN，使能口，當(dāng)該引腳上為“1”時QAQH口全部為“1”，為“0”時QAQH的輸出由輸入的數(shù)據(jù)控制。第12腳STB，鎖存口，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)在傳入寄存器后，只有供給一個鎖存信號才能將移入的數(shù)據(jù)送QAQH口輸出。第11腳CLK，時鐘口，每一個時鐘信號將移入一位數(shù)據(jù)到寄存器。第10

46、腳SCLR，復(fù)位口，只要有復(fù)位信號，寄存器內(nèi)移入的數(shù)據(jù)將清空，顯示屏不用該腳，一般接VCC。第9腳DOUT，串行數(shù)據(jù)輸出端，將數(shù)據(jù)傳到下一個。第15、17腳，并行輸出口也就是驅(qū)動輸出口，驅(qū)動LED3.6 電源設(shè)計在系統(tǒng)中74HC595、74HC138、STC89C52都需要5V的供電電壓，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以使用電腦USB供電。在實際的大屏幕LED顯示屏設(shè)計中，用電腦USB供電明顯不切實際。此時需要對民用的220V進行降壓整流為5V直流電壓為顯示系統(tǒng)供電。電路圖如圖3-9所示。圖3-9 電源原理圖 如圖所示，用220V轉(zhuǎn)12V的變壓器進行降壓后再通過一個橋式整流電路將交流電整流為直流電。最后通

47、過5V三端穩(wěn)壓模塊LM7805得出穩(wěn)定的5V輸出。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，按照模塊化的設(shè)計思路設(shè)計。首先分析程序所要實現(xiàn)的功能，程序要實現(xiàn)靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。通信程序接收計算機數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進行顯示。 主程序的工作流程如圖4-1所示：開 始調(diào)用相應(yīng)顯示程序讀取顯示控制命令選擇顯示方式從顯示數(shù)組讀取數(shù)據(jù)到顯示寄存器系統(tǒng)初始化圖4-1 主程序流程圖程序開始時首先必須對單片機進行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：各I/O口功能的設(shè)定等。按照設(shè)定的方式和內(nèi)容顯示出所需要的內(nèi)容。4.2 子程序的設(shè)計4.2.1 LED顯示屏的顯示方式LED點陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種。對靜態(tài)顯示來說，每一個發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了