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1、学士学位论文LED 点阵显示屏控制系统的设计名：学 号：指导教师：李爱云 田中俊院系（部所）：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2013年 05月 25日学士学位论文LED 点阵显示屏控制系统的设计名：学 号：指导教师：李爱云 田中俊院系（部所）：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2013 年 05 月 25 日摘要LED 点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示 屏。它具有发光效率高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性 能稳定等优点，所以受到广泛重视而得到迅速发展， LED 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、
2、更高的发光均匀性， 可靠性、全色化方向发展。LED 点阵显示屏可以显示数字或符号，通常用来显示时间、速度、系统状 态等。文章给出了一种基于 MCS-51 单片机的 16*16 点阵 LED 显示屏的设计方 案，包括系统具体的硬件设计方案，软件流程图和部分汇编语言程序等方面。 在负载范围内，只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展，是一种成本低 廉的图文显示方案。本文主要以 AT89C51 单片机为核心，采用串行传输、动态 扫描技术、制作一款拥有PC机通讯功能的，模块化LED多功能显示屏。关键词：MCS-51； LED;16*16 点阵AbstractLED dot matrix display
3、 is to use light-emitting diode dot matrix modules, or the composition of the planar pixel display screen. It has a high luminous efficience, long service life and flexible configuration, color-rich as well as indoor and outdoor environment, adaptable and so on.LED dot matrix display can display num
4、bers or symbols, usually used to display time, speed, system status. Given in this paper which is based on MCS-51 microcontroller 16*16 dot matrix LED display design. Including the system specific hardware design, software flow chart and some assembly language procedures. In the load range, just by
5、a simple cascade can be extended to the screen is low-cost graphic display program. This design mainly AT89C51 microcontroller as the core, using serial transmission,dynamic scanning technology to produce a PC machine has a communication function, modular, multi-function LED display.Key words: MCS-5
6、1; LED; 16*16 dot matrix目录第 1 章 绪论 11. 1课题背景及LED的研究现状及意义11.2 LED 简介11.3 论文主要内容2第 2 章 总体设计 32.1 LED点阵显示屏控制系统设计的原理3第 3 章 系统硬件选择及介绍 43.1 AT89C51单片机的结构43.1.1 AT89C51 管脚说明53.2 LED点阵显示屏63.3 行驱动器和列驱动器73.3.1行驱动芯片74HC154介绍73.3.2 列驱动芯片74HC595介绍8第 4 章 软件的程序实现 94.1 流程图104.2 程序代码114.3程序实现及硬件调试11第 5 章 总结及展望 12参考文
7、献 12附录 15附录I常用芯片引脚15附录II LED点阵显示屏控制系统程序清单18致谢233第1章绪论1.1课题背景及LED的研究现状及意义LED 显示屏是一种新型的信息显示媒体，它是八十年代后期在全球迅速发 展起来的，由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不 同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前LED灯中红色、绿色、黄色应 用最为广泛，而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可 以显示变化的文字、图形图像、数字；既可以用于室内环境，又可以用于室外 环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点1。（1）我国LED产业发展现状经历了多年的发展
8、，我国LED产业初步形成从外延片生产、芯片制备到器 件封装、集成应用等比较完整的产业链，已从购买芯片、外延片生产应用产 品，逐步发展到自主生产外延片和芯片的阶段，并且已具备一定技术和产业基 础。我国上游产业的现状，一是参与单位多，二是与国际先进水平比较，一般 芯片的亮度、发光效率、抗静电能力、抗漏电能力以及品质控制水平与国际厂 家仍有差距，三是能满足市场需要且规模化生产的企业少，封装所芯片尤其高 档芯片主要靠进口。（2）选题意义该设计课题使我们能够掌握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深刻的了解和认识。并且通过该设计课题掌握了 51 单片机的软硬件开发工具的使
9、用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际 工作经验。并且对大学期间所学的一些理论进行了实践，使我们对所学的理论 知识有了新的认识。1.2 LED简介LED，即发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上 正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而发光 3， 是一种半导体 固体发光器件。显示屏的构成形式有很多种，其中最典型的有两种。一种称为单显示型，是 把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字 显示；另一种称可编程序型 4， 在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能 力，能进行内容可变的多幅汉字显示。目前，我国的LED点阵显示屏大部分是单显示
10、型，其显示花样较单一，显示 内容相对较少。可编程序型LED显示屏，虽然也存在着更换显示内容不便的缺 点，但增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样有所增加。而利用 PC机通讯技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。本 设计是基于单片机讲述了 16* 16LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设 计、程序编译与下载等基本环节和相关技术。1.3 论文主要内容根据论文设计题目的特点，对论文的内容和结构将做如下安排：（1）初步方案的论证和选择搜集题目的相关资料，选定以单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱 动电路的设计方案。（2）方案实现以设计方案为指导思想选择合适的器件
11、来实现这一思想，选择器件时要从 理论和实际两方面来选择和论证。（3）软件编写根据硬件特点和设计要求，软件选用单片机编程。（4）结论 设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。第2章 总体设计2.1 LED点阵显示屏控制系统设计的原理如2-1所示，本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路实现，主要由图16*16LED点阵、电源、AT89C51芯片、行驱动器、列驱动器5部分组成。图 2 -1显示屏电路框图控制与组成图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，从而得 到我们想要的显示结果，这种显示方法就是所谓的静态驱动显示。16*16的点阵 共有256个发光
12、二极管，而单片机没有这么多的端口，因此在实际应用中的显示 屏是采用另一种称为动态扫描的显示方法，几乎都不采用这种设计。逐行轮流点亮就是所谓的动态扫描，这样的扫描驱动电路可以实现多行同 名列共用一套驱动器6。动态扫描有两种接法，共阴极接法和共阳极接法。采用动态扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共 用一个驱动器8。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行 方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线数量大，相应的硬 件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。第 3 章 系统硬件选择及介绍由图2-1可知此次设计的硬件选择如下：AT89C51芯片、LED
13、、74LS154、 电阻、LED的驱动三极管等一些单片机外围应用电路组成。下面将介绍各种外 围电路。3.1 AT89C51 单片机的结构AT89C51俗称单片机，是一种带4KB闪烁可编程序可擦除只读存储器的低 电压、高性能CMOS型8位微处理器。该器件采用的是ATMEL高密度非易失存 储器制造技术制造的10，与工业标准的MCS-51指令集合输出管脚相兼容。由于 将多功能8位CPU合闪烁存储器组合在芯片中，AT89C51是一种高效微控制 器。它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。因此，在智 能化电子设计与制作过程中AT89C51芯片是经常被用到的。AT89C-51的特性与组成及外
14、部总线：I. 特性与MCS-51兼容数据保留时间：10年寿命：1000次写/擦循环三级程序存储器锁定全静态工作：0Hz-24HzII. 组成一个8位CPU4K字节可编程闪烁存储器12*8位内部RAM两个16位定时器/计数器32条可编程的I/O线（4个8位并行I/O端口） 具有5个中断源、两个优先级嵌套中断结构可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路 一个片内振荡器及时钟电路 一个可编程全双工串行接口III. 外部总线（1）地址总线 宽度为16位，高8位由P2 口输出，P0 口输出低8位。P0是 地址/数据共用的端口。（2）数据总线 宽度为8位，由P0 口提供。（3）控
15、制总线 由4条控制总线和P3 口的第二功能状态组成。3.1.1AT89C51管脚说明主电源引脚VSS和VCC。VCC:正常工作时接+5V电源。VSS: 接地。输入/输出（I/O）端口引脚P0 口： P0 口可以作为输入/输出口，但在实际应用中，通常作为地址/数据 总线口，即低8位地址与数据线分时使用P0 口。低8位地址由ALE信号的负跳 变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2 口输出。P1 口： P1 口作为输入输出端口，但必须先写1。P2 口： P2 口作为输入口或输出口使用，外接I/O设备时，又作为扩展系统 的地址总线，输出高8位地址，与P0 口一起组成16位地址总线。P3 口： P0 口为双功能口，作为第一功能使用时，其功能同P1 口。当作第二 功能使用时，如下列所示:管口引脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0输入线）P3.3 INT1（外部中断1输入线）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通信号输出）P3.7 /RD （
