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1、摘 要本文介绍一个点阵LED显示系统，该系统以美国ATMEL 公司生产的40脚单片机AT89S51为核心，采用串行传输、动态扫描技术。以LED屏的显示电路和单片机控制电路为核心，采用C语言编程通过串行通信接口对LED显示系统显示参数的设定，实现点阵LED屏显示简单的数字、字母、汉字、图形等。该系统是通过S51芯片控制一个行驱动器74HC154和四个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。设计过程中综合应用了数字电路，模拟电路，单片机等方面的知识，并且还要学习protel软件和新的器件。 该系统特点是电路设计新颖、显示效果好、实用性强。理论与实际结合，本设计符合应用电子专业的培养目标。关键字：A
2、T89S51单片机； LED 点阵显示； 动态显示Abstract This article describes a dot-matrix LED display system, which produced the United States, 40 feet ATMEL AT89S51 microcontroller core, the use of serial transmission, dynamic scanning techniques. LED-screen display circuit and the MCU control circuit as the core, the
3、 use of C language programming via the serial communication interface display on the LED display system parameter setting and realize the simple dot-matrix LED display numbers, letters, characters, graphics and so on. The system is controlled by S51 chip, a line drive and four column driver 74HC154
4、74HC595 to drive the display shows. Comprehensive application of the design process of digital circuits, analog circuits, microcontroller and other aspects of knowledge, and also to learn protel software and new devices. The system features innovative circuit design, display a good, practical. Combi
5、nation of theory and practice, the use of electronic expertise designed to meet the training objectives. Keyword ：AT89S51 microcontroller; LED dot matrix display; dynamic display 目 录摘 要1目 录2第一章引言211 LED电子显示屏概述212 LED电子显示屏的分类313 设计功能4第二章系统硬件设计与制作42.1 单片机的最小系统52.2 系统总电路62.3 1632点阵屏62.4 行驱动电路72.5 列驱动电路
6、72.6 电源模块82.7 系统PCB模块9第三章程序流程图10第四章结果调试与讨论11总结12参考文献13致谢13第一章引言11 LED电子显示屏概述LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）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
7、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。 12 LED电子显示屏的分类按颜色分类单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示655
8、36种颜色。 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。 按显示器件分类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。 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。 按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。 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。 按发光点直径分类室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、16mm、19m
9、m、21mm、26mm 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。13 设计功能本设计的任务就是完成一个可以随意扩展显示单元数目的单色动态条幅屏。任务要求：能同时显示六个简体汉字能实现汉字在屏幕上的移动第二章系统硬件设计与制作本系统由AT89S51、1个74HC154、4个74HC595及LED显示屏为核心组成的点阵式LED汉字显示屏，主要由24MHZ晶振电路、复位电路、51单片机、点阵阳极驱动电路、点阵阴极驱动电路、1632显示屏6部分组成。采用的AT89S51单片机最小化应用设计，P1口作为I/O口，输出行数据和控制信号，P2口
10、作为I/O口，与“写”控制信号配合，输出列控制信号。LED显示采用动态扫描方式实现，控制电路部分由1片74HC154和4片74HC595传输信号，传输出来的信号通过74HC595输出。再通过编译最终达到依次显示汉字的目的。其系统设计框图如图1所示图1 系统设计框2.1 单片机的最小系统AT89S51是一个低功耗，高性能8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和IS
11、P Flash存储单元。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，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。若将LED点阵的行列端口全部直接接入89S51单片机，则需要使用32条I/O口，这样会造成I/O资源的耗尽，系统也再无扩充的余地，因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的4-16线译码器74HC154来选择控制，至于列选扫描信号则是由74HC595译码器来选择，这样一来列选择控制只使用了单片机的4个I/O口，节约了很多I/O
12、口资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。该电路总共用到12个I/O口，采用P1口作为输出行数据和控制信号。P2口的4个口与“写”控制信号配合，输出列控制信号。P2口的另外4个I/O口是用作按键开关。单片机模块电路如图2所示。 图二：图2 单片机模块电路v2.2 系统总电路本系统采用AT89S51单片机最小应用系统作控制器，整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。总电路原理图如图3所示。图3 总电路原理图2.3 1632点阵屏采用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。驱动器采用74HC154。对于列数据准备来说，它应能实现串入并
13、处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。故在此我们采用74HC595作为列驱动。当74HC154扫描到某一行时，74HC595决定哪一列该亮，就这样快速扫描，就形成了图像。2.4 行驱动电路此电路采用4/16译码器74HC154作为点阵的行驱动。将从RAM输出四个信号分别输入到74HC154译码器，然后输出16位行信号，经过16个1K的电阻，再输入16个PNP8550三极管的B极来进行对行信号的放大，其中所有的三极管的E极相连接+5V的电源，所有的C极接16个1K欧姆
14、的电阻，得到的信号作为点阵LED的行输入信号，通过对154的四个输入信号进行控制，改变行信号。由154和595的信号，控制二极管的亮、灭来显示出所要求的字符、汉字。每个LED管亮需要7mA的电流，那么32个同时亮就需要224mA的电流，所以我们要对行进行驱动，我们采用晶体管8550对行信号进行放大，使LED点阵能够正常显示。其行驱动电路如图4所示： 图4 行驱动电路2.5 列驱动电路16行32列为一个基本单元，则列驱动需用4片74HC595，其工作原理为：将八片74HC595级连，共用一个串行时钟CLK及数据锁存信号STR。当第一行需要显示的数据经过84=32个CLK时钟后将全部移入74HC5
15、95中，此时产生一个数据锁存信号STR，使数据锁存在74HC595的后级锁存器中，同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高平，显然第一行LED管子的亮、灭取决于74HC595中所锁存的信号；在第一行LED管子点亮的同时，在74HC595中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，并同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管子点亮以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像，其列驱动电路如图5所示：图5 列驱动电路2.6 电源模块设计采用5V电源电压为其供电。直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波器电路以及稳压电路所组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的值，然后经过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须经过滤波电路加以滤波（一般有10%左右的波动）负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。选用输出电压固定
