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1、 毕业设计题 目 基于AVR单片机 的LED点阵屏的设计 摘 要 LED显示屏是一种由很多个发光二极管组成的点阵，通过控制半导体发光二极管的亮灭来显示容的显示屏。LED显示屏分为数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏，都是由LED矩阵块组成。目前由于LED显示屏造价昂贵，主要应用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所。本文介绍了一款以AVR单片机为控制器的LED点阵显示屏系统的设计。该系统可实现字母汉字的静态显示和动态滚动效果，并且可以通过外扩接口级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示容的目的。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字模数据，AVR 单片机接
2、收字模数据并处理PC机的控制命令，由显示驱动模块驱动一个1616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RS232C通信标准来实现。该系统只占用了单片机少量的I /O口和存，为系统留下了功能扩展的空间。关键字：LED点阵显示屏，AVR单片机，595驱动，串口通信 ABSTRACT LED matrix display is a kind of display that is composed of a lot of semiconductor light emitting diodes usually red light.emitting diodes which sh
3、ow character by the LED on and off. LED display is divided into Digital display, Graphic display and Video display, which is composed by LED matrix. Because of high price of the LED matrix , now it is mainly used in relatively luxury places. This paper introduces a design of the LED lattice display
4、system base on MCU AVR .The system can display in both Chinese and English characters of the show and from top to bottom and move around the magic show. And can be cascaded to expand the screen size to achieve increased content purposes. The PC sends control commands and displays code to microcontro
5、ller, AVR receives control commands from PC and shows the code, Driver module drives a 1616.resolution LED lattice LEDs panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS.232C communications standards. In addition, the system will take up only a small amount of the
6、MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion.Key words: LED matrix, AVR, 595 driver, UARTword格式. 目 录摘 要IABSTRACTI第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 选题背景11.1.2 我国现状11.1.3 LED显示屏的市场前景1第2章 方案论证与选择22.1 系统硬件方案设计22.1.1 通信系统22.1.2 LED点阵显示屏32.1.3 LED点阵屏的驱动方式32.1.4 硬件设计方案42.2 系统软件方案52.2.1 单片机编
7、程语言52.2.2 系统软件编译器介绍62.2.3 上位机控制传输软件62.2.4 下载软件7第3章 系统硬件设计73.1 硬件系统的总体设计83.2 AVR单片机最小系统设计83.2.1 串口通信电路设计83.2.2 复位电路设计93.2.3 单片机的下载口103.2.4 AVR单片机的时钟电路113.2.5 AVR单片机最小系统113.3 LED点阵屏设计及驱动电路设计123.3.1 驱动电路设计133.3.2 行驱动电路设计133.3.3 列驱动电路设计153.4 LED点阵屏设计16第4章 系统软件设计184.1 主程序设计184.2 显示程序设计194.2.1 显示驱动程序的设计19
8、4.2.2 点阵数据的获取194.2.3 串口通信程序的设计20第5章 系统制作与调试235.1 系统硬件部分的调试235.1.1 短路与虚焊检测235.1.2 上电测试235.1.3 串口调试245.2 系统软件调试方法245.3 系统软硬件调试及结果26结 论27参考文献28致 29附录1：系统PCB30附录2 系统运行样式31附录3：系统程序部分代码32第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1 选题背景LED点阵显示屏是八十年代后期迅速风靡全球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点阵像素均匀排列组成。利用不同的制作材料可以制造不同发光颜色的LED像素点。目前应用最广泛的
9、是红色、绿色、黄色。而蓝色和绿色LED显示屏的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的字母、数字、文字、图形图像，不仅可以用于室装饰还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏都无法比拟的优点。在短短的十几来年中，LED显示屏就以其功耗小、亮度高、能够承受各种恶劣气候而得到了广泛的应用。LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高的发光密度、更高的发光均匀性、更高耐气候性、可靠性、全色化的方向发展。LED显示屏的应用涉及到社会经济的方方面面，主要应用的场合有：（1）车站的买票公告栏（2）广场的LED电视直播（3）银行的交易信息及利率等信息的显示（4）商店超市的广告牌
10、等等。1.1.2 我国现状 自LED显示屏诞生至今，我国在LED显示屏领域的研究，在国际上还是名列前茅的。目前各种形式的LED屏幕在我国都有生产，其中最流行的彩色LED显示屏做的很突出，这种显示屏主要用在广场跟街头的城市电视中。现在一些电脑的显示器也开始采用了LED显示技术，应该来说在这方面，我也没有落后于别的国家，联想研制的新型笔记本，很多采用了LED显示技术，突破了原来的LCD显示，这种笔记本电脑的显示屏亮度更高，功耗更低，可谓是理想的选择。相信在未来的中国将会有更多的电子产品采用LED显示技术。1.1.3 LED显示屏的市场前景由于LED显示技术也是最新兴起的技术，目前LED显示技术的发
11、展还是比较迅速，其多数用于商家的广告牌，晚上在城市的街道，到处可以看见LED显示屏的影子。LED显示技术是跟信息技术紧密相连的，信息技术的发展必定会带动LED显示技术的进步，在不久的将来，也将会出现更多的电子产品采用LED显示。可以将发光二极管做的更小，这样生产出来的LED显示屏的分辨率会更高。第2章 方案论证与选择2.1 系统硬件方案设计大多数的LED显示屏都在户外，所以对屏幕的材质硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计，常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计，既要满足模块本身功能要求又要能够和整个系统兼容。如图2.1所示,根据显示系统的功能特点，从而确定系统硬件由
12、控制部分，显示屏部分，通信系统及上位机四部分组成。上位机通过通信串口部分向主控芯片发送控制指令和显示容字模数据，主控芯片执行显示指令，将需要显示容的字模数据转换为二极管的亮灭，从而显示出容。PC机LED显示屏 通信系统AVR单片机图2.1 系统硬件结构2.1.1 通信系统 通信部分的设计要满足要求就是稳定、快速、简单易实现。因为在通常情况下显示屏和上位机之间的传输距离不会很远，所以对通信距离的要求不是很高，采用RS232标准就可以。计算机通信的方式主要有并行通信和串行通信两种方式。 （1）并行通信 计算机并行通信时，数据是一起发送的。一起发送的数据位数就是并行通信的宽度，这个宽度可以是一个字节
13、也可以是一个字。并行传输的速度较快，因为可以一起传送很多的位数，但是并行传输的成本很高，故在远距离传输时，我们选用串行通信。（2）串行通信串行通信每次只可以发送一位数据，所有的数据信号都是在一条数据线上发送的，所以只需要很少几根线就可以进行，串行通信的速度低，但传送的距离长，因此串行通信适用于长距离而速度要求不是很严格的场合。在串行通信时，数据是一位一位按顺序进行的，而计算机部的数据是并行进行处理的。因此，当计算机向外发送数据时，必须将计算机部的并行数据转换为串行数据再发送。反之，当计算机接收数据时，又必须将串行数据转换为并行数据进行处理。这种转换可以由硬件来实现也可以由软件实现。如果仅用软件
14、实现又会增加CPU的负担，降低其利用率，故目前常通常采用硬件实现。通用异步接收/发送器，简称UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成这一功能的硬件电路。在AVR单片机芯片中，UART已经集成在单片机，作为其组成部分，构成一个串口。 综上所述，在本系统中将采用UART来实现单片机与上位机之间的通信，由于串口已经集成在了单片机的部，故只需设置相关寄存器就可以使用串口了。2.1.2 LED点阵显示屏显示部分有可以显示汉字的显示屏和对显示屏进行驱动的底层硬件电路。由于单片机的I/O口有限且计算机IO口的驱动能力不是很强，故不能直接用单片
15、机的I/O口来驱动LED显示屏，所以需要对单片机IO口进行扩展来增加单片机并行输出和驱动能力。LED显示屏是由一个一个的发光二极管组成的点阵构成的，要构成大尺寸的LED显示屏就需要很多的发光二极管。构成LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来构成的，如图2.2所示；二是选用一些由单个发光二极管构成的LED点阵单元模块来构成较大的LED点阵模块。目前市场上普遍采用的点阵单元模块有88、1616几种。这两种屏幕构成方法各有自己的优缺点，单个发光二极管构成显示屏优点是当某个发光二极管出现问题时只需更换一个二极管便可以正常工作，检修的成本较低，缺点在于连接线路较为复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，采用点阵模块构成显示屏节约了大量的连线，但是一旦某个发光二极管出现问题时，与其同在一个模块的所有LED都必须被更换，
