基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计精.docx

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基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计精

摘要

本文介绍了一款以单片机AT89S51为控制器的LED点阵显示屏系统的设计。

该系统可实现中英文字符的显示和动态特效显示,采用上-下位机的结构构建,实现点阵LED屏以多样化的方式显示各种信息的功能。

该屏具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便的特点。

并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。

系统采用PC机作为上位机,上位机向单片机发送控制命令和上位机所存储的显示代码,AT89S51单片机接收并处理PC机的控制命令以及显示代码,由显示驱动模块驱动一个16×16分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。

PC机与单片机之间的通信采用RS—232C通信标准来实现。

所选用的AT89S51单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。

除此之外,该系统只占用了单片机少量的I/O口和内存,为系统留下了功能扩展的空间。

关键词:

AT89S51LED点阵显示串行通信

Abstract

ThispaperintroducesadesignoftheLEDlatticedisplaysystembaseonMCUAT89S51.ThesystemcandisplayinbothChineseandEnglishcharactersoftheshowandfromtoptobottomandmovearoundthemagicshow.Andcanbecascadedtoexpandthescreensizetoachieveincreasedcontentpurposes.ThePCsendscontrolcommandsanddisplayscodetomicrocontroller,AT89S51receivescontrolcommandsfromPCandshowsthecode,Drivermoduledrivesa16×16-resolutionLEDlatticeLED’spaneldisplayscanshowed.CommunicationbetweenPCandthemicrocontrollerusingRS-232Ccommunicationsstandards.thecharacteristicsthatAT89S51microcontrollerischeapandcouldbecodedconvenientlymakesthewholesystemConvenienttoMaintenanceandRepair.Inaddition,thesystemwilltakeuponlyasmallamountoftheMCUI/Oandmemory,sothatthesystemhasfunctionalspaceforexpansion.

KEYWORDS:

AT89S51latticeLED’spaneldisplay,serialcommunication

第一章绪论................................................................................................................................1第一节课题背景.......................................................................................................................1

一、选题背景................................................................................................................................................................1

二、研究现状及发展趋势..........................................................................................................................................1第二节论文主要内容................................................................................................................2

一、初步方案的论证和选择.......................................................................................................................................2

二、搜集题目的有关资料............................................................................................................................................2

三、方案实现..................................................................................................................................................................2

四、软件编写..................................................................................................................................................................3

五、验证与测试..............................................................................................................................................................3

六、结论...........................................................................................................................................................................3第二章系统硬件设计....................................................................................................................4第一节器的扩展.......................................................................................................................4第二节串行通信.......................................................................................................................4第三节点阵显示屏....................................................................................................................4第三章应用软件设计....................................................................................................................6第一节主程序设计....................................................................................................................6第二节滚动显示模块................................................................................................................7第三节取数据模块....................................................................................................................7第四节数据移位传送模块.........................................................................................................7第五节行扫描模块....................................................................................................................7第六节串行通信模块................................................................................................................8结束语........................................................................................................................................12谢辞..........................................................................................................................................13参考文献.....................................................................................................................................14

电子科技大学毕业论文（设计基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计第一章绪言

第一节课题背景

一、选题背景

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,显示屏由几万„„几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。

利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。

目前应用最广的是红色、绿色、黄色。

而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点[1]。

在短短的十来年中,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:

（一证券交易、金融信息显示。

（二机场航班动态信息显示。

（三港口、车站旅客引导信息显示。

（四体育场馆信息显示。

（五道路交通信息显示。

（六调度指挥中心信息显示。

（七邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。

（八广告媒体新产品等。

二、研究现状及发展趋势

（一我国LED产业发展现状

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。

（二LED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。

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[2]。

（三选题意义

该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法,对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。

并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践,使我们对所学过的理论知识有了新的认识。

并且通过该设计课题掌握了51单片机的的软硬件开发工具的使用方法,为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。

目前我国的信息行业发展迅速,作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛,相关的从业人员也会越来越紧缺。

但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。

因此此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。

第二节论文主要内容

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:

一、初步方案的论证和选择

二、搜集题目的有关资料

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,外加译码电路和驱动电路的设计方案。

三、方案实现

以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想,选择器件时要从功能和电

气特性两方面来选择和论证。

经过对比选择选定AT89S51单片机为核心控制器件,由串并转换器74LS164和锁存器74LS373为译码电路器件,三极管8550和ULN2803为驱动电路器件。

论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。

四、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。

五、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。

六、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。

第二章系统硬件设计

显示屏控制器的硬件电路部分由两个部分组成:

外部数据存储器的扩展、串行通信接口。

控制器的组成框图如图1所示,采用AT89S51作为中央控制器,完成与PC机的通信,实现对显示屏显示数据的控制。

数据存储器使用一片FLASH存储器W29EE011。

W29EE011容量较大,可以用于存储汉字的点阵库。

控制器与计算机的连接根据通信距离的远近选用RS-232标准总线接口。

第一节存储器的扩展

W29EE011有17条地址线（A0~A16,最高一位（A16由P1.7作为地址送出,低八位（A0~A7由P0口作为地

址送出,通过74LS373锁存器进行锁存。

A8~A15由P2口作为地址送出。

W29EE011与单片机的接口电路如图2电路原理图所示。

第二节串行通信

系统上位机——下位机是通过串行通信接口联系。

本系统为了实现单片机与PC机的串行通信功能,将单片机的串行接口的电平转换成RS–232C电平标准[2]。

其中计算机的RS232口输出的电压为±12V。

考虑到单片机与PC机的通信距离不远,而且单片机部分只负责接收命令和数据,因此选择计算机与单片机直接相连的最简单接法,计算机TXD端发出的信号传送到通信电路后转化为电流信号,当有信号送进来时就会有电流流经光耦合器中的红外发光二极管,二极管发出光信号投射到光敏三极管,再转换成电信号输到单片机的RXD端,实现了以光为媒介的电→光→电信号转换传输,并在电气上是完全隔离的,避免了输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。

其原理如图2-1所示。

第三节点阵显示屏

图2-1LED点阵显示屏的系统结构框图

基于AT89S51单片机的LED点阵显示屏控制系统的设计71点阵显示屏由12个8×8点阵LED显示模块、行信号选择译码器74LS138、数据移位寄存器4HC595、行驱动器TIP127组成。

12片8×8点阵LED显示模块组成一个48×16的LED点阵,用于同时显示3个16×16点阵汉字[3]、字符或数字。

单元显示屏可以接收来自PC机传输下来的数据信息和命令信息,并可将这些数据信息不经任何变化地显示出来。

一个程序周期里74LS138共扫描两行,通过一个TIP127来驱动,即一次有两行的信号被选中;然后经过74HC595的

移位传送,将要显示的数据都送到显示缓冲区单元里,打开行选通信号,点阵屏即可正常显示信息。

第三章应用软件设计

整个软件设计分为两大功能块:

显示部分和通信部分。

显示部分采用动态扫描的方式[4],实现对显示屏要显示的汉字、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。

与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息,实现与计算机的实时数据信息传输。

通信部分的上位机软件采用VisualBasic编程,使用VB在标准串口通信方面提供的具有强大功能的通信控件MSCOMM,该控件可设置串行通信的数据发送和接收,对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置,直接利用PC机的RS-232/RS-485串口发送数据。

为实现单片机与PC机的可靠通信,须保证双方具有相同的数据格式和波特率[2],本设计采用RS-232通信,一帧10位的数据格式,9600bit/s的波特率。

上下位机之间的通信协议为:

前两帧数据为字数的字节数,接下来每通信128个字节的数据就延时20ms的时间,保证数据都能写进片外数据存储器,直到数据都传送完为止。

第一节主程序设计

图2-2系统电路流程图

主程序主要完成I/O口和一些变量的初始化,定时器T0定时初始值的设置,串行通信工作方式和波特率的设置,滚动显示、取数据模块、数据移位传送模块、行扫描模块的调用。

主程序流程图见图2-3所示。

第二节滚动显示模块

滚动显示主要是实现显示信息的换屏,一屏显示三个字,两秒后换一屏,直到所有信息都显示完毕后,接着从头开始显示。

换屏主要是根据PC机传送来的字节数,通过改变指针来实现的。

滚动显示流程图见图2-4所示。

第三节取数据模块

由于数据都是存储在片外数据存储器里,所以要先从片外取数存放到显示缓冲区里,然后再移位传送并扫描显示。

数据存放的顺序是从上到下,即先从左到右存放点阵屏上面的六个显示缓冲区单元STA10-STA15,接着存放下面六个显示缓冲区单元STA20-STA25。

取数据流程图见图2-5所示。

第四节数据移位传送模块

点阵屏的列驱动器74HC595为串入并出的移位寄存器,故显示单元的数据需从低位到高位一位一位传送进74HC595里,然后才能驱动点阵屏。

第五节行扫描模块

16×16的点阵屏若逐行扫描,时间可能会超出人眼反应时间,故行扫描采用一个程序周期扫描两行,即第一行和第八行同时扫描的方案,这样可减少时间,保证了点阵屏的正常扫描显示。

第六节串行通信模块

串行通信程序主要是实现与PC机的通信,当通信接收中断标志位RI被硬件置1时,中断开始,有数据从PC机传送

到单片机,单片机软件清RI并接收数据,将数据暂存到片内高128字节的RAM里,当存满后,再将数据写进片外数据存

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