基于單片機(jī)的LED電子廣告牌設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1、 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 報報 告告 設(shè)計(jì)名稱設(shè)計(jì)名稱 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 LEDLED 電子廣告牌的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)電子廣告牌的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 學(xué)學(xué) 校校 陜西電子科技職業(yè)學(xué)院陜西電子科技職業(yè)學(xué)院 學(xué)學(xué) 院院 電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 雷超凡雷超凡 班班 級級 15071507 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 聶弘穎聶弘穎 時時 間間 20172017 年年 1010 月月 2121 日日 1 總括 1.1 LED 點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng) 由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和高亮度LED 發(fā)光管的出現(xiàn),使得大屏幕高亮度電子廣 告屏成為可能。與傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，LED顯示設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢：LED 屏色彩

2、豐富，顯示方式變化多樣、亮度高；LED 屏可以隨意修改顯示內(nèi)容；LED 顯示屏可用 來與計(jì)算機(jī)屏幕同步。另外，它以其超大畫面、超寬視覺、靈活多變的顯示方式等獨(dú)居 一格的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面。 LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示 屏幕，它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。由干 采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體大小可按用戶要求靈活拼制，它的超高亮度，使它在戶內(nèi)外 顯示中具有不可替代的作用。 本文提供了一種成本低廉的漢字點(diǎn)陣 LED 顯示方案，該方案采用常用的 5l 系列單 片機(jī)和可以級聯(lián)擴(kuò)展的顯示

3、電路，可適用于許多需要漢字和圖形顯示的場合。本設(shè)計(jì)的 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)采用字模提取軟件，其顯示和動態(tài)效果的實(shí)現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動， 該方法方便，且易于實(shí)現(xiàn)。本文對點(diǎn)陣顯示原理進(jìn)行了深入的研究，對單片杌控制系統(tǒng) 及顯示驅(qū)動屯路進(jìn)行了分析。介紹了單片機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)和制作了基于 5 1 系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的 641 6LED 點(diǎn)陣顯示屏。該系統(tǒng)對 LED 顯示屏的驅(qū)動采用動 態(tài)掃描驅(qū)動方式，可以實(shí)現(xiàn)不同的動態(tài)顯示效果。 2 LED 點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 移位寄存器 74HC595 控制列（方案一） 控制電路主要由單片機(jī)AT89C51、33矩陣鍵盤和片外RAM構(gòu)成。結(jié)

4、構(gòu)框圖如圖2.1 所示。80C51的PL口負(fù)責(zé)將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示電路。P0口與P2口負(fù)責(zé)于片外RAM及內(nèi) 存通訊，即作數(shù)據(jù)線也作地址線。33矩陣鍵盤控制實(shí)現(xiàn)不同的顯示方式、顯示不同的 點(diǎn)陣漢字、調(diào)速。結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示 圖2.1 控制電路結(jié)構(gòu)框圖 顯示電路主要由兩片譯碼器74LS138、8片行驅(qū)動4953(每片控制兩行)、8片列驅(qū)動 74HC595(每片控制八列)和16片1588共陽極二極管點(diǎn)陣模塊(88)構(gòu)成。這就決定了本 LED顯示屏是1664點(diǎn)陣。本屏通過33矩陣鍵盤左移、右移顯示“通信學(xué)院電子信息 工程” ，控制點(diǎn)陣漢字的暫停、開始。結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2 輸入 圖2.2 顯示電路控

5、制結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī) AT89C51 33 矩陣鍵盤 片外 RAM 數(shù)據(jù)緩沖輸出 行掃描 控制電路 行驅(qū)動 1664LED 點(diǎn)陣 列驅(qū)動 列顯示數(shù)據(jù) 2.2 譯碼器 74HC154 控制列（方案二） 該系統(tǒng)由AT89C52最小系統(tǒng)、1664LED點(diǎn)陣顯示屏、列驅(qū)動電路、行驅(qū)動電路、 33矩陣鍵盤構(gòu)成。AT89C52為主控芯片，顯示屏由16塊88LED共陽極連接組成，其 列驅(qū)動電路由4塊4-16線譯碼器74HC154構(gòu)成，輸出列選信號，行驅(qū)動電路由2片 74LS273構(gòu)成。本屏通過33矩陣鍵盤左移、右移顯示“通信學(xué)院電子信息工程” ，控制 點(diǎn)陣漢字的暫停、開始。 ，控制顯示系統(tǒng)框圖如圖2.3 圖

6、2.3 LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)框圖 方案一、方案二均可實(shí)現(xiàn) LED 點(diǎn)陣漢字的顯示，均采用基于 KEIL C51 的編程，故 都具有較好的移植功能，程序可讀性強(qiáng)。模塊化的設(shè)計(jì)使程序看起來更加簡潔，可非常 方便地任意修改所要顯示的漢字。方案一用移位寄存器 74HC595 控制列，易于擴(kuò)展 LED 點(diǎn)陣，但行驅(qū)動、列驅(qū)動所用芯片過多，PCB 版成本過高；方案二用 4-16 線譯碼 器控制列，不易擴(kuò)展 LED 點(diǎn)陣，但使用芯片較少，制作簡單、方便，PCB 版成本較低。 通過比較，方案二成本低、制作方便，故選擇方案二實(shí)現(xiàn) LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)。 AT89C51 電源電路 復(fù)位電路 時鐘電路 行驅(qū)動 列驅(qū)動

7、33 矩陣控制鍵盤 1664 LED 點(diǎn)陣 顯示屏 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 芯片選擇 1）ATC89C51 單片機(jī) 1.ATC89C51 系列單片機(jī) ATC89C51 是指 INTEL 公司于 1980 年推出的新一代 8 位單片機(jī)系列產(chǎn)品（8051） 。 從嚴(yán)格意義上講，其他所有具有 8051 指令系統(tǒng)的單片機(jī)都不應(yīng)直接稱為 ATC89C51 系 列單片機(jī)，ATMEL 只是 INTEL 公司專用的單片機(jī)系列符號。 ATC89C51 系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分為以下幾類： 基本型：典型產(chǎn)品有 8031/8051/8751?；拘筒捎?HMOS 工藝，片內(nèi)集成有 8 位 CPU，片內(nèi)駐留

8、 4K8 位的 ROM(8031 片內(nèi)無)，128B 的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）以及 21 個特殊功能寄存器，32 條 I/O 接口線，1 個全雙工的串行 I/O 口（UART）,2 個 16 位 的定時/計(jì)數(shù)器，5 個中斷源和 2 級中斷。數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址能力為 128KB，指令系統(tǒng)除加、減、乘、除運(yùn)算外，還提供了查表和位操作指令，主時鐘頻率 為 12MHZ，運(yùn)算速度增強(qiáng)。 增強(qiáng)型：典型產(chǎn)品有 8032/8052/8752。與基本型的差異在于內(nèi)部 RAM 增到 256B，8052、8752 的內(nèi)部程序存儲器擴(kuò)展到 8KB，16 位定時/計(jì)數(shù)器增至 3 個。 低功耗型：典型產(chǎn)品有 80

9、C31/87C51/80C51。其基本結(jié)構(gòu)和功能與基本型相同。 由于采用 CMOS 工藝，因此適于電池供電或其他低功耗的場合。 專用型：典型產(chǎn)品有 8044/8744。在基本型的基礎(chǔ)上用一個 HSLC/SDLC 通信控 制器取代了基本型的 UART，適用于總線分布式多機(jī)測控系統(tǒng)。 超 8 位型：典型產(chǎn)品有 PHILIPS 公司的 80C552/87C552/83C552 系列單片機(jī)。其 基本結(jié)構(gòu)和功能與 ATC89C51 系列完全相同，但又將 ATC 系列（16 位單片機(jī)）I/O 部 件如高速輸入/輸出（HIS/HSO） 、A/D 轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制（PWM） 、看門狗定時器 （WDT）等移

10、植進(jìn)來構(gòu)成新一代 ATC89C51 產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的功能介于 ATC89C51 和 MSC-96 之間，目前已得到了較廣泛的適用。 片內(nèi)閃爍存儲器：典型產(chǎn)品有 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機(jī)。其內(nèi)部含有 FLASH 存儲器，使得存儲和程序改寫更加方便，從而受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎。 ATC89C51 系列以及 80C51 系列單片機(jī)有多種類型，它們是具有 ATC89C51 內(nèi)核 的各種型號單片機(jī)的基礎(chǔ)，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的核心。 3.2 LED 點(diǎn)陣漢字 PROTUES 仿真原理 3.2.1 88LED 點(diǎn)陣構(gòu)成 1616LED 點(diǎn)陣 從 PROTUES 元器件庫中找出

11、“MATRIX-8X8-RED”元器件，將 4 塊該元器件放在文 本文檔區(qū)編輯窗口中。 然后行線連、列線分別相連，排列 LED 如圖 3.5 所示 圖 3.5 排列 LED 進(jìn)一步組合靠攏， 1616LED 點(diǎn)陣如圖 3.6 所示 圖 3.6 1616LED 點(diǎn)陣 3.2.2 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的 protues 仿真 整個電路主要由單片機(jī)控制及其接口電路、驅(qū)動顯示電路、電源電路、33 矩陣鍵 盤、1664LED 點(diǎn)陣等部分組成。PROTUES 仿真原理圖如圖 3.7 所示 圖 3.7 PROTUES 仿真原理圖 點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動是由單片機(jī)的 P0 口經(jīng)過 2 片輸出緩存器 74LS237 向

12、 1664LED 點(diǎn) 陣輸出字型碼作為行驅(qū)動信號。點(diǎn)陣的陽極驅(qū)動由單片機(jī) P0 口經(jīng)過 1 片輸出緩存器 74LS237，再經(jīng)過 4-16 線譯碼器 74HC154 譯碼后輸出列選信號，對 1664LED 點(diǎn)陣進(jìn) 行列掃描，1 片 74HC154 控制 4 個 88LED，因此需要 4 片 74HC154，在進(jìn)行漢字分 批顯示輸出時采用逐列掃描方式。 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由 LED 單片機(jī) P1 口連接 33 矩陣鍵盤，通過鍵盤掃描控制 LED 點(diǎn)陣顯示屏漢字的左右移動方向、移動速度、不同漢字間的切換、暫停等。 1664LED 顯示屏通過鍵盤控制左移顯示漢字字符“通信學(xué)院電子信息工程” 、 “

13、祝 天下有情人終成眷屬” 、 “浮名本是身外物” ，右移顯示“通信學(xué)院電子信息工程” 、 “不 著分寸也風(fēng)流” 、 “祝天下有情人終成眷屬” 、 “世事如棋，乾坤莫測，笑盡英雄” 。這些 漢字可通過建立數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行，通過 1616 點(diǎn)陣漢字字模提取軟件，可提取各 顯示漢字的字模數(shù)據(jù)。通過列掃描方式把字符碼傳給 LED 點(diǎn)陣顯示屏。某一時刻，只 有 L 行或 L 列發(fā)光二極管被對應(yīng)的字模數(shù)據(jù)驅(qū)動點(diǎn)亮，但只要掃描間隔時間合適(一般 為數(shù)毫秒)，利用人眼的視覺暫留特性，看上去整批字符就顯示在 LED 點(diǎn)陣顯示器上。 3.2.3LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)顯示仿真結(jié)果 （1） 右移顯示“祝天下有情人終成眷屬

14、” ，仿真結(jié)果如圖 3.1 所示 圖 3.1 右移顯現(xiàn)“祝天下有情人終成眷屬” （2） 左移顯示“世事如棋，乾坤莫測，笑盡英雄！” ，仿真結(jié)果如圖 3.2 所示 圖 3.2 左移顯示“世事如棋，乾坤莫測，笑盡英雄！” 3.3 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī) AT89C51 最小系統(tǒng)應(yīng)該有電源，復(fù)位電路，時鐘振蕩電路。下面是單片機(jī) 最小系統(tǒng)時鐘、復(fù)位電路簡介： （1）時鐘源電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳 XTALL 和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，可以根據(jù)情況選擇 6MHZ、12MHZ 或

15、24MHZ 等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 30PF 左右的瓷片電容。 （2）復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在 單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。本次采用手動按鍵復(fù)位。 3.3.2 33 矩陣鍵盤 把所有按鍵排列成行列矩陣形式的鍵盤，選用 P1 端口中的 P1.4P1.6 為四根 行線，P1.0P1.2 為四根列線，行線和列線的交叉處放置一按鍵，當(dāng)健按下時行列 線接通，構(gòu)成一個 33 的矩陣鍵盤，可定義 9 個按鍵。80C51 的 I/O 口具有輸出鎖 存

16、和輸入緩沖的功能，因而用它們組成鍵盤電路時，可以省掉輸出鎖存器和輸入緩 沖器。 該 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的鍵盤由 ATC89C51 單片機(jī)本身的 P1 口來構(gòu)成 33 矩陣 式鍵盤。LED 點(diǎn)陣屏的 33 矩陣式控制鍵盤： S1、S4、S7：控制右移字體顯示速度，S1 最快，S7 最慢； S3、S6、S9：控制左移字體顯示速度，S3 最快，S9 最慢； S2：切換不同的左移顯示漢字； S8：切換不同的右移顯示漢字； S5：暫停。 鍵盤掃描過程 1）.判斷是否有鍵按下 2）.鍵盤消抖 3）.再次判斷是否有鍵按下 4）.識別鍵碼 3.3.3 LED 點(diǎn)陣顯示模塊 1664LED 點(diǎn)陣顯示驅(qū)動 點(diǎn)陣

17、的陰極驅(qū)動是由單片機(jī)的 P0 口經(jīng)過 2 片輸出緩存器 74LS237 向 1664LED 點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動信號。點(diǎn)陣的陽極驅(qū)動由單片機(jī) P0 口經(jīng)過 1 片輸出緩存器 74LS237。 4 軟件程序設(shè)計(jì) 4.1 LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序流程圖 LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序流程圖如圖 4.1 所示 Y N 圖 4.1 主程序流程圖 4.2 LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序關(guān)鍵代碼 void main() while(1) uchar s=1; while(s) P1=0 x70; if(P1!=0 x70) s=0; key=key_scan(); while(!s) P1=0 x70; if(P1=0

18、 x70) s=1; switch(key) case 1: case 2: case 3: youyi(); 開始 系統(tǒng)初始化 鍵盤掃描 有鍵按下嗎？ 點(diǎn)陣顯示 break; case 9: case 8: case 7: zuoyi(); break; case 4: r+; if(r=3)r=0; break; case 5: zanting(); break; case 6: l+; if(l=4)l=0; break; 4.3 33 的矩陣鍵盤掃描流程圖 矩陣鍵盤掃描程序如圖 4.2 所示 N Y N 開始 有鍵按下=1？ 全行輸出 1，全列讀入 列狀態(tài)均為 0？ 置位有鍵按下 散轉(zhuǎn)

19、程序段 逐行處理程序 段 軟件延時，跳出 | 圖 4.2 矩陣鍵盤掃描程序 4.4 33 的矩陣鍵盤掃描程序 unsigned char key_scan() unsigned char i,j,key; P1=0 x70; while(P1!=0 x70) delay(10); P1=0 x70; while(P1!=0 x70) for(i=0;i=2;i+) P1=ksp0i; if(P1!=ksp0i) break; for(j=0;j=2;j+) P1=ksp1j; if(P1!=ksp1j) break; key=i*3+j+1; return(key); return(0); r

20、eturn(0); 總結(jié)總結(jié) 經(jīng)過了兩個多月的查閱資料、學(xué)習(xí)和實(shí)踐，終于完成了LED 點(diǎn)陣廣告牌的設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì)。從開始接觸 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)時的一片茫然，無從下手，到 LED 點(diǎn)陣系統(tǒng)仿 真、PCB 板設(shè)計(jì)、焊接調(diào)試、再到論文的完成，對我來說每一步都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。 這是大學(xué)四年中我唯一一次獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試。學(xué)到了知識的同時也鍛煉了自 己查閱資料、自學(xué)知識、遇到問題時提出問題解決問題的能力。此外，整個設(shè)計(jì)過程中 悲喜交加，有時遇到問題整夜冥思苦想，偶爾夢到自己在做畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過不斷地學(xué)習(xí)、 多次嘗試解決問題之后，往往給自己帶來無比的興奮。 畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論

21、與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比設(shè) 計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的 專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料和電腦制圖等能力水平，而且通過多次去電 子市場，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富。這是我們都希望看到的也正是我 們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一 件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒 有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué) 習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。 附錄. LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)電路圖 圖一 LED 點(diǎn)

22、陣顯示系統(tǒng)電路圖 附錄. LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)主要程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define hang0 XBYTE0X7FFF #define hang1 XBYTE0XbFFF #define lie XBYTE0XDFFF uchar key=0,l=0,r=0; unsigned char key_code=0 x79,0 x24,0 x30,0 x19,0 x12,0 x02,0 x78, 0 x00,0 x10; uchar ksp03=0 x76,0 x75,

23、0 x73; uchar ksp13=0 x37,0 x57,0 x67; void delay(uchar); uchar key_scan(); void youyi(); void zanting(); void kaishi(); void zuoyi(); char code *tabler; char code *tablel; /* *字符碼略 * */ /* *mian funcation* */ void main() while(1) uchar s=1; while(s) P1=0 x70; if(P1!=0 x70) s=0; key=key_scan(); while

24、(!s) P1=0 x70; if(P1=0 x70) s=1; switch(key) case 1: case 2: case 3: youyi(); break; case 9: case 8: case 7: zuoyi(); break; case 4: r+; if(r=3)r=0; break; case 5: zanting(); break; case 6: l+; if(l=4)l=0; break; /鍵盤掃描 unsigned char key_scan() unsigned char i,j,key; P1=0 x70; while(P1!=0 x70) delay(

25、10); P1=0 x70; while(P1!=0 x70) for(i=0;i=2;i+) P1=ksp0i; if(P1!=ksp0i) break; for(j=0;j=2;j+) P1=ksp1j; if(P1!=ksp1j) break; key=i*3+j+1; return(key); return(0); return(0); /* *delay time funcation* */ void delay(uchar c) uchar i; for(i=0;ic;i+); void zuoyi() uint b=0; /顯示 偏移控制，char 類型最 多只能顯示 14 個漢

26、字+ 一個空白位字符 uchar a=0; /控制移動間隔時間 uchar i,j,k; /i:每個字的顯示循環(huán)；j 每個字的顯示碼除以 2；k 每列刷新次數(shù) uchar m,n; m=key; if(m=7)n=2; else if(m=8)n=4; else if (m=9)n=5; else n=5; if(l=0)tablel=tablel1; else if(l=1)tablel=tablel2; else if(l=2)tablel=tablel3; else if(l=3)tablel=tablel4; while(1) j=0; if(a=6) /移動間隔時間；取值 0- -255 a=n; b+=2; key=0; key=key_scan(); if(key!=0) return;/unsigned char n; if(b=448) /顯示 到最后一個字，回頭顯 示，判斷值=字?jǐn)?shù)*32 b=0; for(i=0;