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1、湖南理工职业技术学院湖南理工职业技术学院毕业设计（论文）题 目：LED点阵式电子广告牌设计与实现 年级专业： 电 信 1081 学生姓名： 罗 镇 指导教师： 文 其 知 老 师 2010 年 12 月 24 日 摘 要LED电子点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。论文详细介绍了16x32 LED点阵电子显示屏的设计。使用AT89S52单片机作为主控制器，采用串行EEPROM 2
2、4C02储存点阵字型码数据。字型码依次通过串入并出移位寄存器74HC595输出，采用十六选一译码器74HC154产生行扫描选通信号，分16行进行动态扫描。行驱动电路采用三个三极管并联，以增大行驱动电流。通过改变行扫描的顺序，可实现显示内容上下滚屏；通过依次将字型码移位后再输出的方式可实现显示内容左右滚屏。关键词： LED点阵；显示屏；动态扫描目 录第一章 概述41.1 LED电子点阵显示屏现状41.2 LED电子点阵显示屏解决方案4第二章 LED点阵电子显示屏总体设计62.1 总体结构设计62.2工作原理7第三章 LED点阵电子广告详细设计73.1 显示单元73.2元器件选择73.5 数据的存
3、储103.6电路设计113.6.1列驱动电路设计113.6.2行驱动电路设计113.6.3驱动电路参数计算123.7 软件设计133.7.1 写数据程序143.7.2 显示程序15第四章 制作与调试174.1硬件调试174.2软件调试17总结18致谢19参考文献19附件A 材料清单20附件B 电路原理图21附件C 程序源代码22第一章 概述LED点阵显示屏（Light Emitting DiodePanel）是集微电子技术，计算机技术，信息处理于一体的新型显示方式。具有色彩鲜艳，动态范围广亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。1.1 LED电子点阵显示屏现状目前大多数的电子广告招牌都是采用固定的
4、板块显示，显示的信息量少，内容固定修改站点信息比较麻烦，不能快速、便捷的更新站点信息。从点阵电子显示屏的实际应用需求出发，要求不仅可以显示电子广告牌的信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容量，为了醒目，还可以产生诸多闪动，滚动等显示效果。目前LED显示屏的种类越来越多，从使用场合及亮度可分为室内与室外屏，从扫描方式可分为动态扫描显示屏和静态扫描显示屏。室外通常采用计算机同步控制的静态扫描显示，每个像素由几个高亮LED发光二极管组成，可做成多色和全色。其优点在于播放的内容信息量大实时性强，而且由于采用静态亮度高；其缺点是硬件电路复杂，成本高。室内使用的由8x8LED点阵拼成的显示屏也
5、有同步和异步之分，同步控制显示屏由计算机作为主控器，异步控制显示屏的主控器可采用单片机。单片机控制的单色显示屏由于结构简单，成本低廉，适合作为电子广告屏。1.2 LED电子点阵显示屏解决方案 LED点阵显示屏通常采用动态扫描的方式实现。动态扫描的方法有以下两种：（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：此时用一个端口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个端口输出行码（列数据），决定该行上哪个LED亮（相当于段码）。点亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：此时用
6、一个端口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个端口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵旋转90度的数据）决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。点亮的行从上向下扫描完16行（相当于位码循环移位16次）即显示一帧完整的图像。 本设计采用第二种扫描方法，即逐行扫描。图1为8x8单基色点阵的结构图，从内部结构可以看出8x8点阵共需64个发光二极管，并且每个发光二极管是放置在各行和各列的交叉点上，当对应的某一行置1电平，另一列置0电平时，则相应的二极管点亮。若要是一行亮，则对应的行置1，而列则采用扫描依次输出0来实现。若要使某一列亮，则对应的列置1，而列则采用扫描依次输出0来实现。LED显示屏就
7、是由若干个点阵模块组成的。它通过一定的控制方式，就可以显示文字、文本、图形等各种信息，以及电视、录像信号。由于在Proteus软件目前版本中还没有16x16点阵模块，要良好的显示一个汉字，则至少需要16x16点阵，所以显示一个汉字则需采用4块8x8点阵来组成，显示汉字的原理与8x8点阵显示字符是一样的。为了在较远距离还能获得清晰的视觉效果，本设计采用8块8x8点阵组成16x32点阵的LED阵列，本设计要求整个屏幕能够同时显示两个字。图1.1 8x8单基色LED模块内部电路图1.2 用动态扫描显示“B”的过程第二章 LED点阵电子显示屏总体设计2.1 总体结构设计点阵电路大体上可以分成单片机本身
8、的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。此显示电路采用行扫描方式进行显示，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行送数据，扫描。 硬件电路框图如图所示。2.2 工作原理一、扫描显示：先由AT89S52的P2.1（hc595_ds）将第n行的数据发送到74HC595中锁存，再通过P2.4-P2.7口控制74LS154选中点阵第n行，然后通过P2.2（hc595_stcp）发送时钟信号（上升沿）控制74HC595将锁存的数据输送到电子点阵中显示，如此循环显示16行数据，完成同时显示两个字符。二、移动处理：通过程序修改发送的数
9、据，就是对hc595_ds内数据的移动，不断输出左移2个字节的长度为8个字节的数据，实现对显示字符的移动。第三章 LED点阵电子广告详细设计采用AT89S52作为主控制器，连接16*32 LED电子点阵，通过程序使16x32 LED电子点阵实现同时最多显示两个字符的循环左移的滚屏显示。3.1 显示单元 电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。由于在Proteus软件目前版本中还没有16x16点阵模块，要正常的显示一个汉字，则至少需要16x16点阵，所以显示一个汉字则需采用4块8x8点阵来组成，显示汉字的原理与8x8点阵显示字符是一样的。为了能同时显示更多的内容
10、，因此采用8块8x8电子点阵组成16x32点阵的LED阵列，来实现整个屏幕能够同时最多显示两个字符。3.2 元器件选择整个电路由单片机AT89S52，4块74HC595，1块2402存储器，1块4-16线译码器74LS154，8个8x8的LED电子点阵。组成一个16x32的条形电子点阵。74LS154 为 4 线16 线译码器，74LS154的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门。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。 图3.1 74LS154管脚图引脚功能介绍：A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效
11、)G1、G2 选通端(低电平有效) 015 输出端(低电平有效)74HC595功能：74HC595是具有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时钟信号分开输入。数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。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位具备三态的总线输出，当使能端OE为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线。图3.2 74HC595管脚图和功能表AT89S52功能：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微
12、控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。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。由于其将多功能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，AT89S52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。因此将AT89S52作为选择对象。 AT89S52的特点：功能齐全；价格便宜，性价比高；集成度高，体积小，可靠性好；低功耗、低电压；易扩展。 图3.3 单片机系统电路3.5 数据的存储因为对所需存储的数据内存要求不大，所以采用24C02串行存储器。2402功能介绍:24C02
13、是2KB串行CMOS EEPROM。CATALYST 公司先进CMOS 技术减少了器件的功耗。 24C02有一个16 字节页写缓冲器。该器件通过I2C 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能.图3.4 24C02管脚图和功能表图3.4 24C02管脚图与功能表3.6 电路设计3.6.1 列驱动电路设计电路中每列8x8点阵的列驱动电路由一片8位移位锁存器74HC595构成。是Motorla的SPI总线开发的一款串并联转换芯片。由于74HC595的输入电平兼容LSTTL,NMOS,CMOS电平，具有较强的输出负载能力，被广泛地运用于MCU（微控制器）、MPU（微处理器）的I/O口的扩展。 74HC595在5V供电的时候能够达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流和拉电流。这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动LED。它输入端允许500ns的上升（下降）时间，可过滤受到严重干扰的时钟信号。这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使得抗干扰能力得到增强。 74HC595并行输出端与LED模块列线之间通过20的电阻连接，这里的电阻起到分压的作用。由于LED显示屏的工作电流时刻在变化，造成了系统电压波动，这种电压波动
