LED1616点阵显示实验课程设计Word格式.docx
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2.2数据存储模块6
2.3总体硬件组成框图7
第3章系统硬件设计8
3.1LED动态显示原理8
3.2AT89C51单片机9
3.3驱动电路的设计10
3.4数据存储电路设计11
第4章系统的软件设计12
4.1程序流程图12
4.2驱动显示子程序设计13
第5章系统调试与测试结果分析14
5.1使用的仪器仪表14
5.2系统调试14
5.3测试结果14
结论15
参考文献16
附录1程序17
附录2仿真效果图20
第1章绪论
LED是发光二极管英文LightEmittingDiode的简称，是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和Ｐ-Ｎ结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。
进入八十年代后，LED在发光波长范围和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED显示屏。
1.1LED电子显示屏简介
LED电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统，是目前国际上极为先进的显示媒体。
由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。
在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域[1]。
LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。
我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。
更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。
以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。
随着信息产业的高速发展，LED显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。
近年LED显示屏已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所如银行、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布，政府机关政策、政令，各类市场行情信息的发部和宣传等。
目前，对于那些需要显示的信息量不是很示器是比较经济适用的，它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉字和简单图形大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显，可以根据需要使用不同字号、字型。
LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。
一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；
另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。
用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。
1.2LED显示屏的发展趋势
现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。
1.2.1高亮度，全彩化
蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。
基础材料的产业化。
使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。
以全彩色户外φ26显示屏为例，1996年的产品市场价格每平方米在12万元左右，1999年已降至7－8万人民币/m2，LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。
全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。
1.2.2标准化，规范化
材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。
近几年业内的发展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量，系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，业内一些骨干企业已开始在企业实施ISO9000系列标准[2]。
行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，生产条件差、技术性不强、售后服务体系不完善的企业将受到市场的淘汰，预计今后几年内一批小规模LED显示屏厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。
1.2.3产品结构多样化
信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔。
预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED
显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。
1.3设计任务
设计一款基于AT89C51单片机的汉字LED16*16点阵显示块，实现汉字循环左移。
通过对AT89C51单片机的编程，实现点阵循环左移显示“测控技术与仪器”7个汉字。
第2章总体方案论证与设计
本系统采用单片机AT89C51为LED显示屏的控制核心，系统主要包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等。
下面对各模块的设计逐一进行论证比较。
2.1LED驱动模块
方案一：
采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。
这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。
方案二：
采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端（共阴或共2端），LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭[3]。
该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。
比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。
2.2数据存储模块
采用静态RAM存储显示屏的显示内容，静态数据存储器具有存储容量大，传输速度快等优点。
但其存储的数据掉电后会消失，因此不适合用于存储长时间不变的数据。
采用ROM芯片存储LED显示屏要显示的信息，采用ROM芯片可以长时间的存储信息，而且掉电数据不丢失，此种方式适合于存储不变的数据。
方案三：
采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。
串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：
不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统[4]。
它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择。
比较以上三种方案，方案三有明显的优点，因此选者方案三。
2.3总体硬件组成框图
系统框图如图2-1所示，系统主要由三大模块组成即LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块。
图2-1总体硬件组成框图
第3章系统硬件设计
3.1LED动态显示原理
LED点阵显示系统中各模块的显示方式：
有静态和动态显示两种。
静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。
点阵式LED绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。
将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。
最典型的例子就是电影放映机。
在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。
以8×
8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。
红色水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。
相邻两行线间绝缘[5]。
同样，蓝色竖直线X0、X1……X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。
在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平。
则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。
比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。
再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。
现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。
其过程如图3-1
图3-1用动态扫描显示字符“B”的过程
3.2AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[6]。
外形及引脚排列如图所示
图3-2AT89C51引脚图
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.3驱动电路的设计
此系统中驱动电路是由74LS273和三极管组成的。
如图3-3LED的行扫描端接到单片机89C51的P0口，列扫描端接置三极管的发射极。
列扫描端（B1—B8）用于LED的数据扫描，通过74LS273的译码和三极管的驱动，使LED发光。
图3-3LED驱动电路原理图
3.4数据存储电路设计
数据存储电路由串行EEPROM24C256组成。
24C256是美国CATALYST公司出品的一个1-256K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOSE2PROM，可用电擦除，该芯片有两种写入方式，一种是字节写入方式，24C256的引脚排列及引脚功能描述如图3-4和表3-1
图3-424C256的引脚排列图
表3-1引脚功能描述
指令
代码
ReadROM（读ROM）
[33H]
WriteScratchpad（写暂存存储器）
[4EH]
MatchROM（匹配ROM）
[55H]
ReadScratchpad（读暂存存储器）
[BEH]
SkipROM（跳过ROM）
[CCH]
CopyScratchpad（复制暂存存储器）
[48H]
SearchROM（搜索ROM）
[F0H]
ConvertTemperature（温度变换）
[44H]
该存储电路仅由芯片24C256组成，SCL为串行时钟引脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。
SDA为串行数据/地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送或接收[7]。
当LED显示屏控制系统工作时，单片机89C51通过读SDA和SCL脚读取24C256中的内容，并将其显示于LED显示屏上。
也可以通过上位机（PC机）将编辑好的数据内容下载到24C256芯片内。
第4章系统的软件设计
4.1程序流程图
程序主要由开始、初始化、主程序、子程序、字库组成（源程序详见附录）。
其中主程序如图4-1所示和子程序的流程图如图4-2所示：
图4-1主程序流程图
图4-2子程序流程图
4.2驱动显示子程序设计
驱动显示程序主要是通过用指向字模的指针p每次从外部数据存储器按顺序提取出字模中的两个字模信息，通过字模处理程序将其转换成2进制信息，既两个字模信息最后成为16个0，1形式的信息，再通过给74HC595各个功能端口跳变及上升跳变使这些1，0信息控制一排16个灯的亮和灭（1代表高电平，0代表低电平），每次进行完，指针p再指向下两个指针，进行相同的操作，以后依次类推，同时4-16译码器一直都在从1到16进行扫描，从而实现了点阵的行驱动和列驱动的统一，将字模信息显示在LED点阵上，当指针指到字模信息最后一位时，重新指回字模首位，延时一段时间后重复上述工作，实现了汉字的往复循环显示。
第5章系统调试与测试结果分析
5.1使用的仪器仪表
数字万用表 DT9203
单片机仿真器 WAVE6000
烧写器GF2100
双踪稳压稳流电源 DH1718E-5
5.2系统调试
根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：
硬件调试，软件调试和软硬件联调。
由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：
LED驱动模块的调试，数据存储模块的调试，PC机通信模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。
5.2.1硬件调试
对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。
5.2.2软件调试
软件调试采用单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。
5.2.3硬件软件联调
将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。
5.3测试结果
此次系统设计的结果较好，基本实现点阵循环左移显示“测控技术与仪器”7个汉字。
虽然电路较为简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应使显示文字稳定，清晰无干扰。
结论
本系统是以AT89C51单片机为核心，采用并行ISP下载，串行数据传输、动态扫描技术，利用人眼视觉暂留现象实现汉字移动显示并可与PC机进行通信的LED16*16显示屏。
通过本次LED16*16显示系统的设计，理论知识学习和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。
为后继的学习奠定的基础。
参考文献
附录1程序
#include<
AT89X51.h>
#include<
absacc.h>
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitCLK=P3^0;
sbitCLK1=P3^1;
sbitCLK2=P3^2;
sbitCLK3=P3^3;
charcodetable[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x02,0x27,0xC2,0x24,0x42,0x84,0x52,0x45,0x52,0x55,0x52,0x15,0x52,0x25,0x52,0x25,0x52,0x25,0x52,0xC5,0x52,0x41,0x02,0x42,0x82,0x42,0x42,0x44,0x4A,0x48,0x04,/*"
测"
0*/
0x10,0x00,0x10,0x20,0x10,0x10,0xFD,0xFE,0x11,0x04,0x10,0x50,0x14,0x8C,0x19,0x04,0x30,0x00,0xD1,0xFC,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x53,0xFE,0x20,0x00,/*"
控"
1*/
0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0xFD,0xFE,0x10,0x20,0x14,0x20,0x19,0xFC,0x31,0x08,0xD0,0x88,0x10,0x90,0x10,0x60,0x10,0x60,0x10,0x90,0x11,0x0E,0x56,0x04,0x20,0x00,/*"
技"
2*/
0x01,0x00,0x01,0x20,0x01,0x10,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x03,0x80,0x05,0x40,0x05,0x20,0x09,0x10,0x11,0x18,0x21,0x0E,0xC1,0x04,0x01,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,/*"
术"
3*/
0x00,0x00,0x08,0x00,0x08,0x04,0x0F,0xFE,0x08,0x00,0x08,0x00,0x0F,0xFC,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x24,0x7F,0xF4,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x48,0x00,0x30,0x00,0x00,/*"
与"
4*/
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仪"
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0x3E,0x7C,0x22,0x44,0x22,0x44,0x3E,0x7C,0x01,0x10,0x01,0x08,0xFF,0xFC,0x06,0xC0,
0x18,0x30,0xE0,0x0E,0x3E,0xFC,0x22,0x88,0x22,0x88,0x22,0x88,0x3E,0xF8,0x00,0x00,/*"
器"
6*/
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};
voidDelay1ms（intms）
{
inti;
while（ms--）
{
for（i=0;
i<
250;
i++）
_nop_（）;
}
voidmain（）
uintj,k,l;
while
（1）
for（k=0;
k<
256;
k=k+2）
{
for（l=0;
l<
3;
l++）
{
P2=0XFE;
for（j=0;
j<
16;
j=j+2）
{
P0=table[j+1+k];
CLK=0;
CLK=1;
P0=table[j+k];
CLK1=0;
CLK1=1;
P0=table[j+17+k];
CLK2=0;
CLK2=1;
P0=table[j+16+k];
CLK3=0;
CLK3=1;
Delay1ms
（1）;
P2=~（~P2<
<
1）;
}
}
}
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