基于单片机的LED点阵广告牌设计Word格式文档下载.docx
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本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程以及硬件电路的设计。
关键词：
LED动态显示单片机点阵字库AT89C51
Abstract
ThisdesignusesAT89C51MCUasamaincontroller，anddependsonasimpleexternalcircuittodrive64×
16thelatticeLEDdisplay.ByusingitsownpowerfulfunctionsandcapacityofinternalE2PROM，itiseasytoaccomplishtheMCUandPCandE2PROMforinternalstorage，datatransmissionequipment，anditalsocanbeusedconvenientlytoshowavarietyofcontentchanges.Theotherdotmatrixdisplayiswidelyusedinmanypublicplaces.Therefore，thedesignhasastrongpracticalapplication.TheLEDDisplaydynamicscancanshowthewayatthesametimefour16×
16dotmatrixChinesecharacters，andPCsoftwarecanmodifythecontentandeffectshows.IAPusedintheapplicationofprogrammabletechnology，thecharacterswithinthecodestoredintheSCMfreeprogrammemoryspace，sothattheLEDdisplaysystemcanstore1，024brown-outcharacters.SPIusedinthedesignoftheinterfacestandardGB2312character.Becauseserialtransmissionused，sothatthesystemcanbeenhancedscalability，foranumberofdisplayunitsofthecascade.ThisarticlefromthestartLEDdisplayprinciple，elaboratedontheLEDdisplaydynamicprocess，aswellashardwarecircuitdesign.
KeyWords:
LED;
Dynamicdisplay;
SCM;
Latticelibrary;
AT89C51
第1章概述
1.1绪论
当今社会在飞速发展无疑能源、健康、空间的利用，成了人们着重关注的对象。
而在这个信息极速传递的社会，LED的出现给人们带来了希望之光。
LED的特色之处一是节能，二是基本无电离辐射，三提高空间利用率。
而这些特色又恰好解决了上述的三种问题。
然而LED点阵显示屏的特点不仅仅于此LED点阵显示屏用的是数码管，而数码管具有实用，便宜等优点。
做出来的LED点阵显示很耐用。
LED点阵显示屏之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与LED显示屏本身所具有的优点分不开的。
LED点阵显示屏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。
1.2本课题研究的目的、意义
本设计能够提高我们的动手能力与解决实际问题的能力。
对于单片机我们已经学习了很多与之相关的理论知识，但是我们还没有机会来实际操作它，毕业设计给我们提供了一个很好的机会，让我们更深入的去学习掌握它。
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。
1.3国内外研究现状
发光二极管（LED）是六十年代未发展起来的一种半导体显示器件，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。
LED显示屏经过多年发展，在国内外的应用趋于成熟化。
它从最初的单基色显示，经过到双基色，现在发展到全彩色阶段。
它们在社会上以得到广泛应用。
同时颜色趋多样化，颜色由最初的红色，发展到可以表现真实世界的各种色彩。
如何在该显示屏上更好地显示各种字形，图片，动画以及视频，已经成为社会关注的热点。
尤其是显示效果的多样化和显示内容的逼真化与细腻化，
目前在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近95%。
国际上LED
显示屏的应用范围主要集中在户外广告、体育场馆、交通和演出，另外包括展览、租赁、集会等各种场合，估计其市场容量按照每年30%的增长速度在增加。
目前，主要制造厂商集中在日本、北美、中国台湾等国家和地区，我国大陆LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。
据不完全统计，世界上就至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30家左右，主要分布在美国、欧洲、日本、中国台湾及大陆。
随着我国经济的迅猛发展，对信息传播会有越来越高的要求。
可以相信，LED电子显示屏会以其强大的优势，将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。
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。
现代信息社会中，作为人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。
第2章主要元器件的概述
整个电路由单片机AT89C51，8个74HC595，1个74HC154，16个74HC04，4个16×
16的LED。
该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要4个16×
16LED点阵模块，可组成16×
64的条形点阵。
2.1AT89C51单片机的功能及其引脚
AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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。
AT89C51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[3]。
AT89C51引脚即外观如图2-1所示。
图2-1AT89C51的管脚图
引脚说明：
（1）VCC：
供电电压。
GND：
接地。
（2）P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高电阻输入。
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。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
（3）P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
（4）P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
（5）P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
1 P3.0RXD（串行输入口）
2 P3.1TXD（串行输出口）
3 P3.2/INT0（外部中断0）
4 P3.3/INT1（外部中断1）
5 P3.4T0（记时器0外部输入）
6 P3.5T1（记时器1外部输入）
7 P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
8 P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
（6）RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
（7）ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
（8）/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
（9）/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
（10）XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
（11）XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.274HC04逆变器的功能
逆变器是组合逻辑电路的一个重要的器件，74HC04的输出是低电平有效，74HC04是六反相器，即一个集成块上有六个反相器.输入为高电平，输出就为低电平，输入低电平，输出就为高电平.74HC04要比74LS04驱动电流大.它有两个作用，一个是高低电平的转换，还有一个就是增加信号的驱动能力，信号一般都从MCU从发出，直接驱动其他器件的能力不够，中间加一个逻辑电路来增加驱动能力。
74HC04是一个普通的非门，而74HC14是斯米特触发器，是具有滞后特性的数字传输门。
该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用[4]。
2.374HC595的引脚及其功能
74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC
NO.7A标准。
具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。
移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。
数据在SH_cp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。
如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。
移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7'
），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。
三态。
输出寄存器（三态输出:
就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。
）可以直接清除100MHz的移位频率。
将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。
74HC595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。
这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。
74HC595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，在正常使用时SCLR为高电平，G为低电平。
从SER每输入一位数据，串行输595是串入并出带有锁存功能移位寄存器。
从SER每输入一位数据，串行输入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。
入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端[3]。
74HC595引脚即外观如图2-3所示
图2-374HC595引脚图
表2-474HC595引脚说明
符号
引脚
描述
Q0--Q7
第15脚，第1-7脚
8位并行数据输出，
GND
第8脚
地
Q7
第9脚
串行数据输出
MR
第10脚
主复位（低电平）
SHCP
第11脚
移位寄存器时钟输入
STCP
第12脚
存储寄存器时钟输入
OE
第13脚
输出有效（低电平）
DS
第14脚
串行数据输入
VCC
第16脚
电源
2.474HC154功能及其引脚
74HC154为4线－12线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。
若将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，还可作1线－16线数据分配器。
工作环境温度为0～70℃，对社会的要求非常适合[1]。
图2-474HC154引脚图
1-11、13-17：
输出端。
（outputs（activeLOW））
12：
Gnd电源地。
（ground（0V））
18-19：
使能输入端、低电平有效。
（enableinputs（activeLOW））
20-23：
地址输入端。
（addressinputs）
24：
VCC电源正。
（positivesupplyvoltage）
2.5LED的结构及其用法
LED，50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧7树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好该电路的显示采用逐行扫描方式。
工作时，由单片机取出第一行需要显示的内容经延时一段时间后再进行下一行点阵数据的显示。
需要注意的是，每次只能选通一行数据，即要通过不断的逐行扫描来实现汉字或字符的显示。
第3章显示原理及控制方式分析
3.1LED电子显示屏的分类
（1）.按颜色分类：
1 单基色显示屏：
单一颜色（红色或绿色）。
2 双基色显示屏：
红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。
3 全彩色显示屏：
红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。
（2）.按显示器件分类：
1 LED数码显示屏：
显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。
2 LED点阵图文显示屏：
显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。
（3）.按使用场合分类：
1 室内显示屏：
发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。
2 室外显示屏：
面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。
（4）.按发光点直径分类：
1 室内屏：
Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm。
2 室外屏：
Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm。
室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。
3.2LED电子显示屏概述
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。
其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。
LED点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×
16点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；
而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示[1]。
LED点阵显示具有如下特点：
（1）电压：
LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。
（2）效能：
消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。
（3）适用性：
每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。
（4）稳定性：
10万小时，光衰为初始的50%。
（5）响应时间：
其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。
（6）对环境污染：
无有害金属汞。
（7）颜色：
改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光。
由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：
（1）、信号指示应用：
信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。
（2）、显示应用：
指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%—25%，显示屏幕可分为单色和彩色。
（3）、照明应用：
便携灯具，汽车用灯，特殊照明。
由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。
背光照明：
普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。
以及投影仪用RGB光源[2]。
LED电子显示屏（LightEmittingDiodePanel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。
利用不同的半导体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显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；
而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。
LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。
因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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[5]。
3.3LED点阵模块结构
八十年代以来出现了组合型LED点阵显示
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