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摘要

LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，它的发展市场空间大，前景比较广阔。

本设计介绍了单片机LED显示屏的设计。

基于单片机AT89C51的简单制作过程，16*16LED“西安思源学院”汉字显示屏设计及制作过程，其内容包括LED显示屏的硬件电路，汇编语言程序设计与调试等。

设计到单片机电子产品设计与制造过程，硬件电路由AT89C51单片机控制器，LED显示屏3部分组成。

通过进制数写出点阵汉字代码，采用汇编语言对单片机进行操作并在proteus软件的基础上对结果进行仿真，从而得到“西安思源学院”六个汉字的点阵循环效果图。

实验结果体现了在单片机领域设计开发中proteus软件具有重要的实用价值，其可以大幅度缩短开发周期，节约了开发成本，帮助广大电子爱好者了解汉字点阵显示的原理，更好的认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，也提高了单片机知识技术的运用能力。

关键字：

单片机LED显示屏AT89C51汉字显示

Abstract

LEDindustryhasbecomeanewandrapidlydevelopingindustry,itsdevelopmentprospectisbroadmarketspace.Thisdesignintroducedthesingle-chipLEDdisplaydesign.

BasedontheAT89C51single-chipmicrocomputerofsimpleproductionprocess,16*16LED"Xi'anSiyuanUniversity"Chinesecharactersdisplaydesignandproductionprocess,includingtheLEDdisplaycircuit,assemblylanguageprogramdesignanddebugging.Designtothesinglechipelectronicproductdesignandmanufacturingprocess,hardwarecircuitiscomposedofAT89C51controller,LEDdisplayscreeniscomposedof3parts.ThehexadecimalnumberwritedotmatrixChinesecharacterscode,useofsingle-chipassemblylanguageandProteusSoftwareBasedontheresultsofsimulation,soastoobtainthe"Xi'anSiyuanUniversity"sixChinesecharactersdotmatrixcycleeffectchart.

Theexperimentalresultsreflectedinthefieldofsingle-chipdesignanddevelopmentofProteusSoftwarehasimportantpracticalvalue,whichcangreatlyshortenthedevelopmentcycle,reducethedevelopmentcost,tohelpthemajorityofelectronicenthusiaststounderstandChinesecharactersdotmatrixdisplayprinciple,abetterunderstandingofMCU'sbasicstructure,workingprincipleandapplicationmethod,butalsoimprovetheknowledgeofSCMtechnologyapplicationability.

Keywords:

singlechipLEDdisplayAT89C51displayChinesecharacters

第一章绪论 1

一、基于单片机LED显示屏的研究目的 1

二、基于单片机LED显示屏发展现状及未来趋势 1

1.基于单片机LED显示屏发展现状 1

2.基于单片机LED显示屏未来趋势 1

三、本文所研究的内容 2

第二章LED显示屏 3

一、LED显示屏概述 3

二、LED显示屏分类 3

三、LED显示屏主要技术指标及特点 4

1.LED显示屏的主要技术指标 4

四、LED显示屏特点 5

五、LED显示屏的发展及优势 5

1.LED显示屏的发展 5

2.LED显示屏优势 6

六、发光二级管的分类 8

七、LED显示技术 8

1.LED显示屏概述 8

2.LED显示屏的分类 8

3.市场前景 9

第三章系统设计 10

一、工作原理 10

二、总体设计 10

三、时钟电路 11

四、复位电路 12

五、主要器件 12

1.AT89C51 12

2．主要特征 13

3．管脚说明 13

4.汉字显示原理 14

第四章软件设计 16

一、程序设计 16

1.主程序流程图 16

2.子程序设计 16

二、软件仿真 17

1.KeilC编译调试 17

2.生成*.HEX文件 18

3.Proteus绘制电路图 18

4.实行仿真 22

第五章总结 24

附录 25

参考文献 28

致谢 29

第一章绪论

一、基于单片机LED显示屏的研究目的

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，它利用发光二级管构成的像素单元组成面积显示内容，可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、亮度高、性价比高、使用成本低、性能稳定等特点。

在短短二十年来，迅速成为室外大屏幕显示的主流产品，在户外信息显示领域中具有无可替代的作用。

采用LED显示屏可以扩大人们的视角、而且功耗小、色彩均匀一致。

它的故障率低、以维护等优势，可以使人们在电子厂品方面有一定的进度。

二、基于单片机LED显示屏发展现状及未来趋势

1.基于单片机LED显示屏发展现状

早在上世纪80年代，将LED用作显示装置就已经开始了。

早期的LED显示仅限于单色的固定图形，我国在此领域的起步较早，用于字符显示的单色led显示屏也在上世纪90年代就已用于交通、广告、金融等领域。

真正全彩色显示屏的兴起是在近十多年来伴随LED自身生产技术的进步而起的。

目前，我国的LED显示装置的年产值已突破300多亿元，而且还以每年30%的速度在增长。

早期的LED显示器仅仅采用简单的硬件控制模式，如今的led显示屏尤其是全彩色屏已经是由计算机、图像处理、集成电路、光学等高新技术相结合的集成体。

2.基于单片机LED显示屏未来趋势

随着LED显示屏的不断发展，以及驱动电路及控制方式的不断提高，led显示屏定会朝着更高像素密度、更高速、超薄、低功耗、轻型等方面发展，由于像素密度的不断提高、驱动速率的突破性进步，高清3D屏的发展前景也是不可估量。

展望未来会有更多的led显示屏作为显示器进入室内更多的场合甚至进入我们每一个人的家庭中。

所以，led显示屏的发展前景将是不可估量的。

三、本文所研究的内容

本文以单片机为基础以AT89C51芯片为核心。

16*16LED“西安思源学院”汉字显示屏设计及制作过程，其内容包括LED显示屏的硬件电路，PCB设计，汇编语言程序设计与调试等。

第二章LED显示屏

一、LED显示屏概述

在大型商场、车站、地铁站及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。

LED行业已经成为了一个快速发展的新兴产业，市场空间之大场景之广阔。

随着信息产业的告诉发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已经广泛用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公共场所，例如户内外公共场所广告宣传、火车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息的提示，餐馆报价信息显示，高速公路路段中间信息提示，体育馆比赛转播，交通等信号以及景观的照明等。

显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化的一个重要标志。

LED显示屏（LEDdisplay,LEDScreen）：

又叫电子显示屏或者飘字屏幕。

是由LED点阵和ledpc面板组成，通过红色，蓝色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。

传统LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。

显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，单色、双色屏主要用来播放文字的，全彩屏主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。

这些优点概括起来是：

亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。

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。

二、LED显示屏分类

LED显示屏分类多种多样，大体按照如下几种方式分类：

（1）按使用环境分为户内,户外及半户外

（2）按颜色分为单色，双基色，三基色（全彩）

（3）按控制或使用方式分同步和异步

（4）按显示性能可分为　　

视频显示屏：

一般为全彩色显示屏；　

文本显示屏：

一般为单基色显示屏；　

图文显示屏：

一般为双基色显示屏；　

行情显示屏：

一般为数码管或单基色显示屏；

三、LED显示屏主要技术指标及特点

1.LED显示屏的主要技术指标

（1）像素失控率

像素失控率是指显示屏的最小成像单元（像素）工作不正常（失控）所占的比例。

而像素失控有两种模式：

一是盲点，也就是瞎点，在需要亮的时候它不亮，称之为瞎点；二是常亮点，在需要不亮的时候它反而一直在亮着，称之为常亮点。

（2）灰度等级

灰度也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。

对于数字化的显示技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。

一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。

灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。

当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。

（3）亮度鉴别等级

　　亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从最黑到最白之间的亮度等级。

（4）灰度非线性变换

灰度非线性变换是指将灰度数据按照经验数据或某种算术非线性关系进行变换再提供给显示屏显示。

由于LED是线性器件，与传统显示器的非线性显示特性不同。

为了能够让LED显示效果能够符合传统数据源同时又不损失灰度等级，一般在LED显示系统后级会做灰度数据的非线性变换，变换后的数据位数会增加（保证不丢失灰度数据）。

四、LED显示屏特点

LED显示屏主要有以下特点：

（1）亮度高：

户外LED显示屏的亮度大于8000mcd/m2，是目前唯一能够在户外全天候使用的大型显示终端；户内LED显示屏的亮度大于2000md/m2。

（2）寿命长：

LED寿命长达100,000小时（十年）以上，该参数一般都指设计寿命，亮度暗了也算；

（3）视角大：

室内视角可大于160度，户外视角可大于120度。

视角的大小取决于LED发光二极管的形状。

（4）屏幕面积可大可小，小至不到一平米，大则可达几百、上千平米；

（5）易与计算机接口，支持软件丰富。

以下是几种屏的对比如表（2-1）

屏幕类型

优点

缺点

电视墙

全彩色、面积大

画面有分隔感亮度低不能在户外用、色差大、造价高

PDP

全彩色、画面细腻

面积不大、亮度低、寿命短

投影机

全彩色、画面细腻

亮度低不能在户外用、画面受光不均

表2.1几种屏的对比

五、LED显示屏的发展及优势

1.LED显示屏的发展

LED显示屏是LED产业中发展较早、发展速度较快、相对比较成熟的产业。

LED显示屏应用领域广泛，在全世界形成了广阔的市场。

如图（2-1）所示是全球LED显示屏市场发展趋势图。

图2.1全球LED显示屏市场发展趋势图

2.LED显示屏优势

（1）采用进口LED优质管芯制作全彩显示屏:

具有视角大、功耗小、色彩均匀一致、屏厚超薄、屏体重量轻、故障率低、易维护等优势。

（2）采用PCTV卡：

该卡是一块性能卓越的集显示、采集、视频捕获等功能的多媒体显示卡，该卡附有一个Studio编辑软件。

Studio是PinnacleSystems公司的一个备受赞誉的软件，其与现有通用普通多媒体卡相比较　　

（3）采用最新DVI接口技术：

DVI接口（DigitalVisualInterface）是PC机与数字式平板显示器（包括）接口的工业标准，众所周知，计算机是数字式的，即它所处理的信息全是数字量，但是迄今用得最广泛的CRT显示器（如电视机）是模拟式的。

因此在将计算机处理好的数据送往显示器显示之前，必须做一个数/模转换（D/A）,这种处理造成了信息的损失和显示效果的缺陷。

采用DVI接口，开发的LED显示系统可直接从PC机的DVI接口取数，不需要银河卡之类的专用显卡，也不需要特殊的采集卡，可不受PC机的限制，由于没有D/A和MD转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证了计算机图像在显示屏中的完美再现。

它的优势如下：

①无数据损失，②不受到PC机限制，③方便升级，一般显示卡内存为8M,而该卡内存为128-256M,④窗口位置和大小的调整；⑤帧频高达60HZ;⑥非线性调整输出，更适合人眼观看；⑦100级屏体亮度控制；⑧恒流驱动；⑨单元板红、绿、蓝三色亮度分别可调，消除马赛克.　　

（4）采用室内全彩系统：

能在根本上解决了数字显示系统由于数据传输量过大造成的系统复杂.　　　　

（5）采用恒流驱动：

该电路技术成熟运行可靠，已经在全彩显示屏上广泛的运用，性能价格比高，为目前众多公司常用的恒流驱动芯片，较好解决LED管压降离散性之缺陷且性能良好，消除马赛克.　　

（6）光纤传输，不衰减的光纤传输技术：

本文基于单片机（AT89C51）讲述了16*16LED汉字点阵显示的基本原理、以硬件组成及设计程序编译与调试。

本设计的汉字点阵显示主要由AT89C51单片机，LED显示管，时钟电路，复位电路等组成，设计中采用动态显示，由16*16LED数码管显示汉字。

可通过输入不同的汉字代码显示不同的汉字，可通过时钟电路调节电路的时间。

随着单片机应用越来越普及，各种以汉字显示为媒介的场所将逐渐被LED显示屏代替。

通过本次的设计重点掌握16*16LED汉字显示的硬件组成及软件编程。

在原理图绘制中应注意线路的接法及各个引脚的功能。

在短短二十年来，迅速成为室外大屏幕显示的主流产品，在户外信息显示领域中具有无可替代的作用。

四、发光二极管

发光二极管简称LED。

是由镓、砷、磷的化合物构成的二极管，当代安子与空穴复合时能辐射可见光，可以用来制成发光二级管，在电路和仪器中当做指示灯，或者组成文字或数字显示。

它可以将电能转化成光能。

发光二级管与普通二极管一样是PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二级管加正电压以后，从P区注入N区的空穴跟由N区注入到P区的电子，在PN结附近的N区与P区的空穴复合，可产生自发的光亮。

不同的半岛体材料中PN接附近的N区、P区的空穴所拥有的能量不同，其释放出来的能量也不同，释放的能量越多，发出的广播哦则越短。

常用的是发红光、绿光、黄光二极管。

六、发光二级管的分类

发光二级管可分为普通单色二极管、高度亮色二极管、超高度发光二级管、变色发光二级管、闪烁发光二级管、电压控制性发光二级管、红外发光二极管及负组发光二级管等。

七、LED显示技术

1.LED显示屏概述

LED显示屏分为数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏，他们都是由矩阵块组成。

LED数码显示屏的显示器件为7段数码管，适用于时钟、利率的显示。

图文显示屏是与计算机同步显示汉字、文本、图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，可以图文并用，可进行同步显示还可进行二维、三维、立体等。

LED显示屏显示画面色彩比较鲜艳，立体感强，广泛应用于金融、邮电、广告、交通运输、银行等各种公共场合。

2.LED显示屏的分类

（1）按颜色分

可分为：

单机色显示屏、双基色显示屏、全彩色显示屏。

（2）按显示器件分类

LED点阵图文显示屏：

显示器件是由许多均匀排列的发光二级管组成的点阵显示。

LED视频显示屏：

显示器有多重发光二级管组成，可显示视频等动态文件。

（3）按使用场合分类

室内显示屏：

发光点小，显示面积较小。

室外显示屏：

面积一般及时平方米至几百平方米，亮度比较高，也可在恶劣条件下工作。

3.市场前景

LED显示屏利用多个二极管构成的点阵模块，它结合了微电子技术、光电技术、计算机技术、信息处理等现代高新技术。

其可靠性高、使用寿命、环境适应能力强、性价比高、使用成本较低，它凭其特点迅速成为大型平板显示的主流产品。

凭借这些优点，在信息显示领域得到了广泛的应用，例如:

体育场馆、大型展览馆、游乐场所、市政广场、车站、车站等场所。

它亮度高、大面积显示吸引了人们的眼球，昭示着信息时代的来临。

第三章系统设计

一、工作原理

利用单片机进行LED汉字显示平设计与制作是利用单片机控制技术，编写程序，通过程序控制LED的显示，显示所要显示的内容。

技术线路为通过程序控制AT89C51芯片输出高低电平，高低电平控制分别控制LED的亮和灭，最终达到所要显示的内容。

在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

本设计介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用8*8的点阵发光管模块，而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。

同时为了降低制作难度，仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。

把行列总线接在单片机的IO口，然后把扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。

但是若将LED点阵的行列端口全部直接接入89C51单片机，则需要使用32条IO口，这样会造成IO资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。

因此，在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74LS154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。

考虑到P0口必需设置上拉电阻，采用4.7kΩ排电阻作为上拉电阻。

二、总体设计

图3.1总体设计

三、时钟电路

由AT89C51的18，19脚的时钟端（XTALl及XTAL2）以及12MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。

图3.2时钟电路

四、复位电路

复位电路的基本功能是：

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。

图3.3复位电路图

图3.4复位电路输入-输出特性

五、主要器件

1.AT89C51

图3.5AT89C51引脚图

2．主要特征

与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

数据保留时间十年

全静态工作：

0Hz-24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

3．管脚说明

VCC:

供电电压

GND:

接地

P0口：

为八位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

P1口：

内部提供上拉电阻的八位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。

缓冲器能接受输出4TTL门电流。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上啦电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。

当P3口写入1后，他们被内部上啦为高电平，并用作输出。

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（计时器0外部输入）

P3.5T0（计时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储去读选通）

RST:

复位输入

ALE/PROG:

当访问外部存储器，地址所存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

/PSEN:

外部程序存储器的选通信号。

/EA/VPP:

当/EA保持低电平时，外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

4.汉字显示原理

每一个字由16行16列的点阵组成显示。

即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。

我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。

事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。

用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需、就要拆分为2个部分。

一般把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。

这种方法比较麻烦，需要画表格来读数，现在字模生成器也很多，可以很快的提取出汉字代码。

图3.6字模提取

第四章软件设计

一、程序设计

1.主程序流程图

开始

初始化

调用显示程序

是否显示完

调整数据指针

图4.1主流程图

主程序见附录1。

2.子程序设计

开始

设1帧显示时间

设片选及数据指针

查汉字上部数据及显示

查汉字下部及显示

延时1ms

关显示并调整时针

是否显示完汉字

1帧时间是否到

结束

图4.2子程序图

延时子程序,协调字符显示速度：

见附录2

二、软件仿真

1.KeilC编译调试

首先打开KeilC，新建一个asm文件，然后将程序输入。

点击PROJECT—Buildtarget，对程序进行过编译。

出现如图4.3所示，则编译成功，否则重新对程序进行调试，再检验。

反复数次之后出现下图样式则程序调试完成。

图4.3

2.生成*.HEX文件

点击Project—OptionFor‘Target1’后点击Output界面会出现如图所示对话框。

并将GreatHex选项打勾。

选项内容为：

可生成*.Hex文件，若此选项不打勾，则系统没有办法生成*.Hex文件，无法将其导入芯片并进行仿真等过程。

图4.4

选中后点击确定，并保存。

点击Feil—Saveas,

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