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1、本科毕业设计说明书（论文）第 29 页 共 29 页1 绪论随着电子技术和信息技术的迅速发展，LED的应用范围越来越广泛。它作为一个重要的宣传平台，已经受到全社会的普遍认可和广泛使用。如今，它几乎成为各个广场和大型超市的必备品。然而这些功能的实现离不开单片机的功劳。单片机是一种微型处理器，负责数据的接收、发送和处理的工作。LED显示屏则可以显示变化的数字、文字、图形和图像等。它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、液晶显示屏等无法比拟的优点1。点阵显示器的特点是可以按照实物所需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图形的变化，达到广告宣传和提示的目的。1
2、.1 课题背景及意义LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。它以其色彩鲜艳动、态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。点阵式LED显示技术是近几年发展较快的显示技术之一，其抗干扰能力强等特点使得其在户外广告、公共告示等方面得到了广泛的应用，因此研究点阵式LED显示屏接口与控制技术具有较高的实际应用价值。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) 车站旅客引导信息显示。(4) 体育场馆、道路交通信息显示。(5) 调度指挥中心显
3、示。(6) 邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传显示。(7) 广告媒体新产品宣传显示等。实际生活中经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。这时一般的显示系统就很难达到要求2。另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。1.2 本课题相关介绍本课题要求自选单片机及其周边芯片，设计点阵LED与单片机的接口电路，并编制单片机的软件，并对系统进行仿真调试。该设计提出采用软件仿真平Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真，在Proteus中完成硬件电路的设计，
4、同时采用KeilC集成开发平台设计程序，可在计算机上仿真实现点阵滚动汉字显示屏的滚动显示。本设计提出一种利用单片机控制的LED显示系统通讯方法。该方法可以对显示内容(包括汉字和特殊图符)进行实时控制，从而实现滚动的动态显示效果。该方法同时还可以调节动态显示的速度，并且用户也可以同时进行显示效果的预览仿真，显示内容亦可以较方便的修改3。1.3 论文章节安排在撰写此论文之前，我在学校的图书馆里参阅了大量有关单片机介绍和LED显示电路设计等相关书籍，并且通过网络查找搜集了较多的相关论文。经过反复多次对这些资料进行详细的摘要和严谨的对比整理，我从中学习到很多新的相关专业知识，加深并丰富了我对单片机的理
5、解。最后，我写出了这篇点阵LED显示电路和系统设计的论文。其中各个章节安排如下：第一章 绪论主要讲述该设计的背景，意义以及设计思想。第二章 系统的总体方案设计主要是硬件组成部分及与设计电路相关的芯片介绍。第三章 系统的软件部分。第四章 系统仿真，显示符合设计要求的显示结果。2 系统的硬件部分设计本设计主要采用单片机及其周边芯片，设计点阵LED与单片机的接口电路。2.1 设计要求(1) 通过对80C51单片机的C语言编程，实现汉字的左移滚动显示。(2) 成本低，功能强，设计明了化实用化。(3) 动态显示过程的仿真成果中没有明显的抖动。2.2 设计基本方案为使该模块化的点阵式LED显示屏控制系统使
6、用更加方便，并具有较高的灵活性和视觉舒适性，我对系统的硬件做了非常精心的设计4。本设计的硬件电路包括：主控单片机模块、译码器选择数据模块、LED显示模块这三大模块。总体组成框图如图2.1所示。译码器LED显示模块主控单片机送断码值到显示模块驱动显示模块图2.1 总体结构框图图2.1 简略的描述了系统的结构，本系统先由主控单片机来控制译码器进行位选，然后再将段码的值通过主控单片机的I/O口送往LED显示模块进行汉字的显示。2.3 硬件电路芯片介绍该设计主要介绍LED显示电路所采用的主要芯片，如单片机80C51，译码器74LS138。此外，还简要阐述了选取这些芯片的优点。2.3.1 单片微型计算机
7、简介单片微型计算机(Single Chip Micro Computer)简称单片机，它是一种把组成微型计算机的各功能部件：中央处理单元CPU、一定容量的随机存储器RAM和只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行口等制作在一块芯片中的计算机,从而实现微型计算机的基本功能5。单片机具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等特点，在家用电器、智能化仪器、工业控制以及火箭导航尖端技术领域都发挥着十分重要的作用6。单片机的内部结构示意图如下图2.2所示。 单片机 接口电路及外设等 + + 软 件 单片机应用系统 图2.2 单片机内部结构示意图 图2.3 单片机应用系统组成示意
8、图单片机实质上是一个芯片，在实际应用中通常很难直接把单片机和受控对象进行电气连接，而是必须外加各种扩展接口电路以至外部设备，连同受控对象和单片机程序软件构成一个单片机应用系统。单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、测量和控制等外围电路和软件能实现一种或多种功能的实用系统。单片机应用系统的组成示意图如上图2.3所示7。2.3.2 系统芯片的选择 方案一：8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，从而造成成本比较高，且性价比低。方案二：80C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能够在3
9、V的超低压工作，与51系列单片机完全兼容。因此，本设计选择80C51芯片。2.3.3 主控制单片机80C51是一种高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机，它带有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，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80C51是一种高效微控制器， 8
10、0C2051是它的一种精简版本。80C51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8。80C51引脚即外观如图2.4所示。图2.4 80C51引脚外观图2.3.4 80C51接口说明Vss(20脚)：接地。VCC(40脚)：主电源+5V。XTAL1(19脚)：接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。在片内它是个振荡电路反相放大器输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉
11、冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。RST(9脚)：单片机刚刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位。PSEN(29脚)：在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。ALE/(30脚)：地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在
12、Flash编程时，此引脚()也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。EA/VPP(31脚)：当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器
13、的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。输入/输出引脚：(1) P0.0P0.7(39脚32脚)。(2) P1.0P1.7(1脚 8 脚)。(3) P2.0P2.7(26脚21脚)。(4) P3.0P3.7(10脚17脚)。80C51单片机P3口的第二功能如表2.1所示。表2.1 80C51单片机P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入线）P3.1TXD（串行输出线）P3.2(外部中断0输入线)P3.3 (外部中断0输入线)P3.4T0（定时器0外部计数脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部计数脉冲输入）P
14、3.6(外部数据存储器写选通信号输出)P3.7(外部数据存储器写选通信号输出)一个16*16的点阵显示系统由单片机80C51，74LS138，1个16*16的LED点阵模块，单片机的时钟复位电路和P0口的上拉电阻组成。16*32的点阵显示电路由单片机80C51，4个74LS138和2个16*16的LED点阵模块组成。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字,并实现左移滚动。2. LED点阵制作LED(Light Emitting Diode)，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Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写
15、，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9。点阵式LED的显示采用逐列扫描方式。工作时，由单片机取出第一列需要显示的内容经延时一段时间后再进行下一列点阵数据的显示。需要注意的是，每次只能选通一列数据，即要通过不断的逐列扫描变换来实现汉字或字符的显示。2.4.1 显示模块的选择方案一：点阵显示，是由八行八列的发光二极管集成在一块电路上组成，主要用来显示汉字，同时也能显示数字和少量图像。而且程序简单，显示的效果比较清晰。方案二：LED数码管静态显示，电路容易理解且驱动的程序简单，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块。经过两种方案的比较，最后选择方案一：LED的点阵显示。2.4.2 LED驱动模块的选择方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱
