最简单的单片机滚屏程序论文.docx
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最简单的单片机滚屏程序论文
毕业论文
图书信息LED滚屏的设计
学生姓名：
学号：
系部：
专业：
指导教师：
二〇一三年六月
诚信申明
本人申明：
本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料已在参考文献中列出。
本人签名：
年月日
图书信息LED滚屏的设计
摘要：
随着社会的发展图书馆在人们生活中越来越重要，图书馆信息的传达也更加重要。
本文介绍的是一款以AT89S52单片机为控制器的图书信息LED点阵显示系统的设计。
本系统以74HC154为行驱动器、以74HC595为列驱动器来实现LED点阵屏中英文字符的显示。
利用该设计，图书馆可以实现对图书信息的显示与信息的随时更改，使读者更方便的获取信息。
关键字：
AT89S52；LED点阵显示
Abstract
Alongwiththedevelopmentofcommunitylibraryinthepeople'slifemoreandmoreimportant,libraryinformationconveymoreimportant.IsintroducedinthispaperaAT89S52single-chipmicrocomputerasthecontrollerofbookinformationofLEDdotmatrixdisplaysystemdesign.Thissystemwith74hc154asthedrive,the74hc595areneededaslistedinthedrivetoachievetheLEDlatticescreendisplayofthecharactersinbothChineseandEnglish.Librarycanberealizedbyusingthisdesignofthebookinformationshowsthatwiththechangeofinformation,thereadermoreconvenientaccesstoinformation.
Thekeyword:
AT89S52;LEDdotmatrixdisplay
目录
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2国内外发展现状2
1.2.1国外发展现状2
1.2.2国内发展现状3
1.3论文主要内容5
第二章方案设计6
2.1功能分析6
2.2LED简介6
2.2.1概述6
2.2.2LED分类7
2.3方案设计8
第3章硬件设计10
3.1设计基本原理10
3.2LED选型11
3.3单片机的选型12
3.4驱动电路13
3.4.1行驱动扫描原理13
3.4.2列驱动扫描原理14
3.5实物制作15
3.5.1器件介绍15
3.5.2连接电路的手动测试20
3.6实物展示22
第4章系统软件的设计24
4.1主程序24
4.2开发环境介绍25
4.2.1KeilC5125
4.2.2Proteus25
4.2.3AVR_fighter25
第5章系统调试与实现26
5.1理论性能分析26
5.2系统调试26
5.3系统的实现29
第6章总结30
参考文献31
致谢33
第1章绪论
1.1课题背景
随着社会的不断发展,人们更注重满足精神文化的需求,越来越多的人走进图书馆,书籍成为人们生活中不可或缺的一部分。
图书馆与我们的生活是息息相关的。
图书馆的信息传达就更加重要了。
21世纪以来，城市公共图书馆和高校图书馆逐渐安装了显示屏，特别是新建的馆舍一般都配备全彩显示屏。
不少高校都把图书馆作为学校的标志性建筑，对显示屏的需求也会更加强烈。
当今高校图书馆的建设越来越现代化、人性化，图书馆服务方式也要求随时代而变化，运用现代科学技术成果，发扬人文主义精神，以满足不同读者的需求。
图书馆是公共服务机构，需要为进馆者提供大量直观的信息，使读者了解、掌握并有效利用图书馆的丰富资源。
图书馆使用全彩显示屏对于服务者来说可以减轻劳动强度，也可以保持图书馆优美、温馨的环境；对于服务对象来说，可以直观的获得最新的信息，并且感受到服务人员的真诚服务。
如果能很好的利用显示屏，很多的宣传服务工作就会变得非常简单，服务效率也会大幅度提高，最早的从手工操作到显示屏，是科技的发展，同时也是服务的变革。
因此，在高校图书馆服务中设计运用好显示屏可以说是图书馆宣传服务的一大革新。
LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，在短短的二十年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。
LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：
（1）证券交易、金融信息显示；
（2）机场航班动态信息显示；（3）港口、车站旅客引导信息显示；（4）体育场馆信息显示；（5）道路交通信息显示；（6）调度指挥中心信息显示；（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示；（8）广告媒体新产品等。
LED点阵显示屏是由半导体发光二极管均匀排成。
利用不同的材料可以制造出不同色彩的LED。
LED，即发光二极管，是一种能将电能转化为光能的半导体。
在现如今这个信息社会，信息的快速传达越来越重要。
LED显示就是我们常见的一种信息传输方式。
LED电子显示屏有着色彩鲜亮夺目、大的显示信息量、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易于操作、安装和维护等特点，将在我们生活中扮演越来越重要的角色。
图书馆运用LED显示出图书与图书馆的临时决定等信息，可以帮助人们更好的利用图书馆资源，更好的提高了图书馆的利用效率。
1.2国内外发展现状
1.2.1国外发展现状
世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力，力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。
据CIR报告称，全球LED的市场销售额在2008将增至56亿美元，其中高亮度LED（HB-LED）将增至26.4亿美元，而超高亮度LED（UHB－LED）的市场销售额则将赢得全球市场份额的22％。
目前，全球有数百家公司、大学和研究机构从事LED材料生长、器件制作工艺和相关设备制造的研究和开发工作。
居于领先水平的公司主要有日本的日亚、ToyotaGoosey（丰田合成）、Sony、三洋，美国的Cree、Lumileds、欧洲的欧斯朗、飞利浦等。
其中日亚公司是全世界研究和生产LED的顶尖单位，多年来其氮化镓基LED的研究和开发水平一直领先其他单位2～3年。
他在生产白色LED的荧光粉材料方面拥有多项专利，在InGaN白色LED芯片供应上一直占有统治地位，但专利技术一直控制在内部使用，只销售产品，不转让技术。
为早日占领巨大的半导体照明市场，世界上掌握相关技术的公司都已经纷纷和老牌灯泡制造商结盟，如美国HP联合了日本日亚和德国西门子、美国Cree、西门子和德国欧斯朗联合；美国EMCORE和GE联合；日本的东芝和本田联合等。
通用电气、飞利浦、欧斯朗等世界三大照明工业巨头，全都启动大规模商用开发计划，与半导体公司合作或并购，成立半导体照明企业。
他们曾提出，要在2010年前使半导体灯的发光效率再提高8倍，价格降低到现价的1/100。
众多LED企业开始走向整合之路.随着竞争的继续加剧以及LED市场需要的持续增加,越来越强的厂商将通过代工的形式生产芯片,企业的整合成为全球代表性LED芯片生产厂商的必然选择。
欧洲、美国、日本以及中国台湾地区是全球LED重要的产业基地。
其中，日本的LED技术实力最强，掌握了几乎全部的LED高端市场。
中国台湾地区产业发展快速，已经成为全球重要LED生产基地。
半导体照明成为全球国家LED产业发展的核心。
欧盟、美国、日本、韩国以及中国台湾地区都相继出台了半导体照明计划，政府希望通过计划的制定带动相关产业环节的快速发展，进而推动半导体照明的有效实施。
LED应用领域继续扩大，汽车车灯和LCD背光源行情看涨。
手机市场逐步平稳，手机对全球LED发展的推动逐步减弱。
车用LED是目前LED的主要应用，分车内光源与车外光源两部分。
由于车外使用的LED对质量要求高，研发速度慢，现阶段主要由德国欧世朗、美国路美等大厂供应。
未来3年，LED将逐步替代CCFL充当LCD背光源，成为应用领域的又一推动力。
高亮度白光LED陈伟研发应用重点。
应用于汽车车灯、LCD背光光源及照明光源的白光LED成为企业发展的重点。
为了达到白光LED成为通用照明光源的目标，全球主要LED生产企业都加大了对于白光LED的研发力度。
2006年，日本日亚推出了发光效率达到100LM/W的大功率产品，韩国也推出最大发光效率可达100LM/W的白光LED产品。
2006年全球LED产业分布情况。
日本以日亚企业为主，垄断高端蓝、绿光LED市场，是LED封装全球第一大生产地区；美国以路美为主，生产的GaN外延片和芯片产量最大，紫光外延片和芯片方面全球领先；德国以欧诗朗为主，独有的芯片平面设计技术，为欧洲最大的高亮度LED厂商，市场销售以欧洲的汽车市场为主；韩国主要企业有三星和LG，研发与生产能力在亚洲仅次于日本。
1.2.2国内发展现状
我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。
据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。
全国从事LED显示屏的各类企业有100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。
在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。
技术水平相对领先,我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。
90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。
LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。
LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。
2010年上海世博会，LED天灯照亮台湾馆。
外貌协会指出，天灯内部装置一座LED大球体，亮丽的外部日夜展演不同风貌；球体内部尚有全天域剧场表演台湾自然、人文特色。
上海世博会除了世界各地精彩斑斓的会馆之外，细心的朋友们一定会记住每逢晴朗的夜空，夜空都会闪耀出一个个无比绚烂的LDE灯饰，这些LED灯饰白天可以被观光旅客拍照留影，晚上又可以照耀出他特有的光芒。
据悉本次的世博会的展官中，有150多个世界各地的会馆，每个会馆都安装了超过30个LED灯饰，本次世博会的馆主告诉我们，这些LED灯白天你看不出有什么精彩之处，一到了晚上你就会发现整个上海的世博会会场都呈现出，晶莹绚丽的灯光、变化万千的光芒彻底让观光旅客们沉醉于其中。
整个世博会展示的LED数码管灯饰竟然高达1.3万个！
世博会的设计师表示，本次采用的LED灯饰完全是出于国家提倡的环保的原则设计的，1.3万个LED灯饰可以节省几千瓦的电量，这些数字的背后是节省了大量的金钱的开支！
随着国家十八大的会议胜利召开，我们看到我国很多一线城市开始陆陆续续安装这些高质量的LED灯饰，一些大型的企业、飞利浦、GE、多普达公司都在上海成立高新科技产业园，就是致力打造一流的高科技企业。
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。
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。
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。
未来LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展。
在中国台湾地区,LED有着较快的发展,这许多方面已经达到世界领先水平。
台湾的晶元光电在2005年合并国联成为全球最大的四元系LED生产厂商后，于2006年展开第二次并购。
中国台湾地区的光宝电子、光磊科技、亿光电子等企业，外延片及芯片产能全球最大，LED封装能力全球第二。
1.3论文主要内容
针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排：
（1）初步方案的论证和选择
搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进行分析比较。
最终选定了以PC机为上位机，单片机为核心控制器件，外加驱动电路的设计方案。
（2）软件编写
根据硬件特点和设计要求，软件选用C语言编写。
程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。
然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。
（3）验证与测试
调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。
在硬件调试中发现有单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。
在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。
通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。
（4）结论
设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。
第二章方案设计
2.1功能分析
本设计主要针对LED显示在图书馆中的应用。
LED显示在图书馆的应用有：
（1）大门外的横幅，图书馆经常在大门前举办相关服务宣传活动、各种仪式及会议集体照，使用LED显示屏替换图书馆大门前的宣传横幅，可以随时根据活动内容调整相关文字，在平时可做为吸引读者入馆的宣传串口；
（2）门厅内大屏幕，在图书馆门厅中为读者提供入馆须知、馆藏利用指南、培训信息、最新通知及公告等信息，使得读者在进馆后能第一时间掌握图书馆的最新动态和使用帮助；
（3）阅览室引导屏，在各阅览室中为读者提供馆藏导引、发布临时通知等，使得导引信息更加明确醒目。
2.2LED简介
2.2.1概述
LED显示屏涉及的名词概念：
（1）像素：
是LED显示屏的最小成像单元。
俗称“点”或“像素点”，越高位的像素，其拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。
。
（2）显示模块：
由若干个显示像素组成的，结构上独立的组成LED显示屏的最小单元。
室内屏用的是8x8的显示模块，即每个显示模块有64个像素，如图2.2所示。
室外屏使用的是单个的灯珠，通常由1-3个相同或不同颜色的灯珠组成模块的一个像素点，如图2.3所示。
（3）显示模组：
由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的独立单元。
简单说就是为便于组装和显示，出厂的半成品通常是以显示模组形式提供的，将多个显示模块加显示驱动做在一起。
室内屏俗称“单元板”；室外屏俗称“模组”，再将若干个模组加上机箱、风扇、电源等构在一起成为“箱体”，多用于大型的全彩屏。
室内屏单元板通常有64x32（64列32行、由32个模块组成）、64x16（64列16行、由16个模块组成）等。
2.2.2LED分类
从使用环境、亮度要求、强度要求、使用寿命、显示内容等方面分析，把LED显示屏进行了如表2.1的分类：
表2.1LED显示屏的分类
分类方式
品种
说明
使用方式
室内LED显示屏
室内LED显示屏在室内环境下使用，此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高，适合较近距离观看。
室外LED显示屏
室外LED显示屏在室外环境下使用，此类显示屏亮度高、混色距离远、防护等级高、防水和抗紫外线能力强，适合远距离观看。
显示颜色
单基色LED显示屏
单基色LED显示屏由一种颜色的LED灯组成，仅可显示单一颜色，如红色、绿色、橙色等。
双基色LED显示屏
双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65,536种颜色（双色屏可显示红、绿、黄3种颜色）。
全彩色LED显示屏
全彩色LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成，可显示白平衡和16,777,216种颜色。
显示功能
图文LED显示屏
（异步屏）
图文LED显示屏可显示文字文本、图形图片等信息内容。
可联网脱机显示。
视频LED显示屏
（同步屏）
视频LED显示屏可实时、同步地显示各种信息，如二维或三维动画、录像、电视、影碟以及现场实况等多种视频信息内容。
图2.2是一个64x16室内屏单元板的正面图。
室外屏模组通常有64x32、32x32、32x16、16x16、16x8多种。
图2.3是一个室外显示模组正面图。
图2.1室内屏单元板正面
图2.2室外显示模组正面
2.3方案设计
本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。
计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。
显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面，并通过增加功放、音箱输出声音。
视频输入端口使得信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支持NTSC、PAL、S_Video等多种制式。
图书馆连接图如图2.1所示：
2.3系统连接图
LED显示屏由四十二块单元板组成，壁挂在图书馆的墙上。
每个单元板有80个发光二极管组成。
拼接单元板首先要注意方向，不能反接。
将V+连接红色线，V-连接黑线，分别连接到控制卡的LED单元板。
黑色连接控制卡和电源的GND，红色连接控制卡的+5V和单元板的VCC。
每个单元板一条电源线；连接控制和单元板，用做好的排线连接。
其次请注意，单元板2个16PIN的接口，1个是输入，1个是输出，将控制卡连接到输入。
输出连接到下一个单元板的输入。
将控制卡插入电脑主板的PCI×16插槽内，然后将数据线一头连接电脑DVI接口，另一头连接控制卡，将信号传输网络的一头连接到控制卡，另一头连接到显示屏。
接通220V电源，正常情况下，电源灯亮，控制卡亮，屏幕有显示。
该系统具有视频播放功能。
还具有播放计算机信息功能，可与计算机的CRT同步，实时显示CRT上指定的文字及图像，真彩色视频图像，电视、摄像、影碟等视频信号的即时播放；应能够通过CRT可模拟预显显示屏内容；
输入信号支持Video、S-Video、SVGA、DVI、VGA等（可支持CATV、DVD、EVD、电脑信号等输入）；
可灵活输入及播出多种信息。
有多种播出方式，可任意调节，画面可循环显示；
配有网络接口，可与计算机联网，共享网络资源；显示屏应配有声卡，具有声音接口，可与广播系统连接。
具有标准音频信号输出接口达到声像同步。
第3章硬件设计
3.1设计基本原理
本次设计主要是通过单片机的控制完成最终LED对图书馆信息的的显示。
设计原理图如图3.1：
图3.1系统设计基本原理图
本系统采用AT89S52单片机作控制器，整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、等部分组成。
为了简化显示屏电路，降低成本，本系统在单片机部分不加字库存储器，而通过上位机软件在PC机上编辑汉字和字符显示信息，并将其转换为相应的点阵显示数据，通过程序编译运行完成显示任务。
本系统由AT89S52、晶振电路（选用25MHz晶振）和按键复位电路等构成单片机最小应用系统。
单片机通过4位锁存4-16线译码器CD4514和串入并出的8位移位寄存器74HC595分别对点阵显示屏的行和列进行驱动，实现系统的动态显示。
图3.2是该系统的电路原理图。
该系统由行驱动电路、列驱动电路、控制器和显示器四部分构成。
行驱动电路由74HC154芯片、8550三极管和470欧姆的电阻给构成。
列驱动电路由74HC595芯片和470欧姆的电阻构成。
控制器是AT89S52单片机。
显示屏是由8×8点阵屏拼凑连接而成。
在电路中，电阻主要起限流保护作用，8550三极管起开关作用。
通过对器件的测试，使LED的显示效果较亮而且又保证电路的安全470欧姆的电阻刚好可行。
图3.2系统电路原理图
3.2LED选型
本设计采用的是8×8LED点阵显示。
图3.2是一种8x8的LED点阵单色行共阳模块的内部结构图，其单点工作电压U为1.8V，正向电流I为8-10mA。
当某一行线为高电平而某一列线为低时，其行列交叉的点就被点亮，当某一行线为低电平时，无论行线如何，对应这一列的点全部为暗。
用四个8x8点阵模块显示可构成16x16点阵模块，其连接方法如图3.3所示。
图3.3中，将（A）和（D）的8列、（B）和（D）的8列分别对应相连，同时将（A）和（B）的8行、（C）和（D）的8行分别对应相连即可形成一个16行16x16点阵显示器，可将这256个点称为一页，这样，显示字符时。
只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。
然后把3个16x16点阵模块相级联即可构成16x48的点阵模块。
所用的LED点阵屏是行共阳。
通过对管脚的测试，各管脚与行列对应如表3.1：
表3.1LED管脚与行列对应表
上行管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
列
列
行
列
行
列
列
行
下行管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
行
行
列
列
行
列
行
行
图3.38×8点阵内部结构等效电路
图3.416x16点阵模块原理图
3.3单片机的选型
本设计所需要的显示内容为汉字、字母与数字，所需要单片机得有不少于5K的内存。
单片机AT89S52单片机有8K的内存，可满足设计的要求，故本设计选用AT89S52单片机为控制芯片。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定
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