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1、基于恒流驱动的LED 显示屏设计年级专业 ：09 电子应用电子学生姓名 ：李巧林学号 : 38 工程组 ： 第五组2011 年 10 月 18 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页摘要本设计使用AT89C52芯片作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动 16*16 点阵 LED显示屏。设计分为三个模块：单片机控制模块. 输出显示模块，译码器74LS138与三极管驱动的驱动模块。单片机控制模块以单片机为核心，以软件KEIL 编程实现信号输出，以驱动 16*16 LED 点阵显示块为目的。另一方面显示屏广泛的应用于医院
2、、火车站、银行等公共场所，因此本设计有很强的现实实用性。研究了基于AT89C52 单片机 1616 LED 汉字滚动显示屏的设计与运用 Proteus 软件的仿真实现。主要介绍了LED 汉字显示屏的硬件电路、汇编程序设计与调试、Proteus 软件仿真等方面的内容，本显示屏的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易实现等优点。能帮助广大电子爱好者了解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页目录第一章绪论1.1 单片机的应用4
3、1.2 LED 简介 4 1.3 电子显示屏4 第二章系统整体方案5 2.1 需要实现的功能7 2.2 系统软件的设计7 第三章系统硬件电路的设计8 3.1 单片机系统及外围电路8 3.1.1 单片机的选择8 3.1.2 AT89C52 芯片介绍8 3.1.3 单片机系统外围电路9 3.1.4 元器件选择.103.3 驱动电路11 3.3.1 74LS138 芯片简介 11 3.3.2 驱动电路的构成11 3.4 16*16LED 显示屏电路和原理13 第四章系统程序的设计14 4.1 显示驱动电路14 4.2 系统主程序14 第五章调试及性能分析17 5.1 软件调试17 5.2 性能分析1
4、9 参考文献19 第一章绪论1.1 单片机的应用单片机是生活必不可缺的，顾名思义单片机的应用是很广泛的，导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯和数据传输、工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能IC 卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页能化管理及过程控制等领域。1.2 LED 简介LED 俗称发光二极管，它包含了可见光和不可见光，属
5、于光电半导体的一类，在结构上包括 P 极和 N 极，是一种依靠半导体PN 结发光的光电元件。LED 就是由电子材料，封装材料，辅助材料联结而成的的一个发光的闭路电子元件。它可以直接把电转换成光，LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封起来。LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小，LED 基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小非常的轻；耗电量低，LED 耗电量非常低，一般来说LED 的工作电压是 2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A ，这就是说它消耗的
6、电量不超过0.1W；使用寿命长，在恰当的电流和电压下，LED 的使用寿命可达10 万小时；高亮度、低热量；环保，LED 是由无毒的材料做成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED 也可以回收再利用；坚固耐用， LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管还要坚固，等体内也没有松动的部分，这些特点使得LED 可以说是不易损坏的。LED 显示屏：它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。点阵模块方案：最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来优势
7、：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。缺点：色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。led 显示屏市场前景现状：目前由于led 显示屏造价昂贵，主要用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所，作为多媒体广告的一部分。单双色led 显示屏主要应用于交通,高速公路 ,银行、证券交易等金融场所。以后：随着人们生活水平的提高，户外led 显示屏将逐渐应用于各个行业。1.3 电子显示屏随着现代光电技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展和普及，LED 显示屏已遍及社会的各个领域。简单的讲，显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元构成屏体，再加上一套适当的控制器。所以多种规格的显示板配合
8、不同技术的控制器就可以组成许多种LED 显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。 LED 显示屏是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 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；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、液晶显示屏无法比拟的优点。LED显示屏的分类：按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏、全基色显示屏；按显示器分类 LED 数码显示屏、 LED 点阵图文显示屏；按实用场合分类有室内显示屏和室外显示屏。仔细分
9、解一个LED 显示屏，它有以下一些要素构成：金属结构框架、显示单元、扫描控制板、开关电源、双绞线传输电缆、主控制仪、专用显示卡及多媒体卡、电脑及其外设、其它信息源。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页第二章系统整体方案2.1 需要实现的功能用移动显示屏来显示汉字，通过单片机AT89C52的行扫描和74LS138芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“湘潭欢迎你”的字幕。当中还要实现的功能：5V 的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给74LS138芯片的E1 高电平同时给 E2 和 E3 低电平， 74LS13
10、8才能正常的工作，点阵模块：此点阵模块由四个 8*8 点阵组成，图 2.1.1为 88点阵 LED外观及引脚图，只要其对应的X、Y 轴顺向偏压，即可使 LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则 Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或 Y轴。8*8LED点阵等效电路如图2.1.2 所示图 2.1.1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页图 2.1.2 8X8 点阵 LED工作原理说明 :8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1 电平，
11、某一行置 0 电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。一根横柱：对应的行置 0，而列则采用扫描的方法来实现。需要实现的功能如下图流程图图2.1.3所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 20 页图 2.1.3 本电路使用AT89C52实现行驱动，对显示模块从上至下的扫描，用74LS138和三极管实现列驱动，对显示模块从左至右的扫描，然后显示字符。在中规模集成电路中译码器有几种型号，使
12、用最广的通常是74ls138译码器， 74ls138译码器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（因为每次仅一个为低电平，其余皆为高电平）；74ls138 译码器有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。在片选使用状态下输入中 8 线始终只有 1 线为 0， 此 74ls138 芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展 IO 资源的作用，只要用单片机的2 个 IO 引脚资源就能控制8 个输出，而且程序的编制也容易实现。2.2 系统软件的设计软件程序是整个控制系统的核心部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图像、字符等数据信息进行传输
13、控制以及显示等功能。程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区、数据存储区和接收缓冲区。单片机通过串口中断接收PC机传来的数据，暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律放入数据存储区保存起来，然后再根据显示方式依次从数据存储器中取出数据放入显示缓冲区中用于显示。显示采用逐行扫描的方式，图 5 是显示一屏字符的程序流程图。与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的数据信息传输。其程序流程图如图 5 和 6附录所示。四个 8*8 点阵三极管列扫描模块显示模块行扫描模块时钟电路复位电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
14、- - -第 7 页，共 20 页第三章系统硬件电路的设计3.1 单片机系统及外围电路3.1.1 单片机的选择本设计选用了 AT89C52 单片机作控制3.1.2 AT89C52 芯片介绍概述： AT89C52 为 40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端
15、口，外接12MHz 晶振。 RST （9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC （40 脚）和VSS （20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（ 3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为I2C 总线控制端口，分别连接N1 的 SDAS （18 脚）和SCLS （19 脚）端口， 12 脚、 27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态
16、进入的控制功能。 AT89C52的引脚图如下图3.2 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 20 页图 3.2.1 3.1.3 单片机系统外围电路单片机外围电路一般有两块：时钟电路（如图3.2.3 ）和复位电路（ 3.2.4 ）时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页图 3.2.3 AT89C52单片机芯片内部有一个
17、反向放大器构成的振荡器，XTAL1和 XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1 和XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz ，C1、成的电容值取 22PF,电容的大小频率起微调的作用图 3.2.4 单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但是大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，在复位端加一个去
18、耦电容，则会得到很好的效果。3.1.4 元器件选择元件编号规格参数作用介绍U1 AT89C52 核心控制芯片U2 U3 U4 U5 74HC138 核心控制芯片LED U6 U7 U8U9 16*16LED 点阵显示汉字显示屏RP1 1K排阻上拉电阻R1 1KC1 C2C3 22PF X1 12MHz 晶振K1 按键开关精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页3.2 驱动电路3.2.1 74LS138 芯片简介74LS138 为 3 线 8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，
19、其工作原理如下：当一个选通端（ E1）为高电平，另两个选通端（E2)和/(E3) ）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 E1 、E2和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138 还可作数据分配器。74LS138 的引脚图如图3.3 所示：图 3.33.2.2 驱动电路的构成本设计的驱动电路由电阻和PNP的三极管构成，由三极管将电流放大，再通过三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。其驱动电路的电阻值是采用 4.7K 欧姆的电阻，其驱动电压为5V。
20、行驱动电路如图3.3.2所示，列驱动电路如图 3.3.3 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页图 3.3.2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页图 3.3.3 3.3 16*16LED显示屏电路和原理16*16LED 显示屏电路由四个8*8LED 点阵组成的，其中二极管的正极控制器也就是 AT89C52 ，负极接译码器也就是74LS138 。显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。该电路充分利用了单片机的I O口资源使整机硬件
21、达到最简。8*8 点阵的原理： 点阵 LED扫描法介绍 点阵 LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：（ 1）点扫描；（ 2）行扫描；（ 3）列扫描。若使用第一种方式，其扫描频率必须大于1664=1024Hz ，周期小于1ms 即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于168=128Hz ，周期小于7.8ms 即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8 颗 LED ）时需外加驱动电路提高电流，否则 LED亮度会不足。 8X8点阵 LED工作原理说明 :8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置 1 电平，某一行置0
22、 电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。电路如图3.4所示：图 3.4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页系统程序的设计4.1 显示驱动电路 p=&table00 。 while (1) for (i=0。i8。i+) / 显示左半边屏幕 P0=*(p+offset+2*i) 。 P2=i|0x08。 /P2.4=0,
23、P2.3=1 选中 U2, 输出扫描码给 U6 delay()。 P0=*(p+offset+2*i+1) 。 P2=i|0x10。 /P2.4=1,P2.3=0 选中 U3, 输出扫描码给 U7 delay()。 for (i=8。i16。i+) /显示右半边屏幕 P0=*(p+offset+2*i) 。 P2=(i-8)|0x20。 /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中 U4,输出扫描码 U8 delay()。 P0=*(p+offset+2*i+1) 。 P2=(i-8)|0x40。 /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中 U5,输出扫描码 U9 4.2 系统主
24、程序#include #define int8 unsigned char #define int16 unsigned int #define int32 unsigned long int8 flag。int8 n。int8 code table32= 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0
25、0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* */ 0x04,0x28,0x08,0x24,0x32,0x22,0xC2,0x21,0xC2,0x26,0x34,0x38,0x04,0x04,0x08,0x18,0x30,0xF0,0xC0,0x17,0x60,0x10,0x18,0x10,0x0C,0x14,0x06,0x18,0x04,0x10,0x00,0x00,/* 欢,0*/ 0x02,0x02,0x04,0x82,0xF8,0x73,0x04,0x20,0x02,0x00,0xE2,0x3F,0x42,0x20,0x82,0x4
26、0,0x02,0x40,0xFA,0x3F,0x02,0x20,0x42,0x20,0x22,0x20,0xC2,0x3F,0x02,0x00,0x00,0x00,/* 迎,1*/ 0x00,0x01,0x04,0x02,0x1C,0x0C,0xC0,0x3F,0x1C,0xC0,0x02,0x09,0x02,0x16,0x92,0x60,0x4A,0x20,0x82,0x2F,0x02,0x20,0x0E,0x24,0x00,0x22,0x90,0x31,0x0C,0x20,0x00,0x00,/* 您,2*/ 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
27、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* */ 。void delay(void)。int16 offset。void main(void) int8 i。 int8 *p。 flag=0x10。 n=0。 TMOD=0x01。 TH0=0xb1。 TL0=0xe0。 ET0=1。 EA=1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页
28、，共 20 页 TR0=1。 p=&table00 。 while (1) for (i=0。i8。i+) / 显示左半边屏幕 P0=*(p+offset+2*i) 。 P2=i|0x08。 /P2.4=0,P2.3=1 选中 U2, 输出扫描码给 U6 delay()。 P0=*(p+offset+2*i+1) 。 P2=i|0x10。 /P2.4=1,P2.3=0 选中 U3, 输出扫描码给 U7 delay()。 for (i=8。i16。i+) /显示右半边屏幕 P0=*(p+offset+2*i) 。 P2=(i-8)|0x20。 /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中
29、U4,输出扫描码 U8 delay()。 P0=*(p+offset+2*i+1) 。 P2=(i-8)|0x40。 /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中 U5,输出扫描码 U9 delay()。 void delay(void) int16 i。 for (i=0。i50。i+) 。 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页void timer0() interrupt 1 using 3 TF0=0。 TH0=0xb1。 TL0=0xe0。 if (n128) offset=0。 n=0。 第五章调试
30、及性能分析5.1 软件调试将上述程序进行编译后，打开AT89C51单片机的元件属性编辑对话框，如图5.1.1所示。在 PROGRAM FILE 中，单击文件夹图标，选择“程序1.hex ”文件后，即可对系统进行仿真，整个系统的仿真结果如图5.1.2 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页图 5.1.1 图 5.1.2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页5.2 性能分析本文设计的点阵LED 显示屏控制系统以AT89C52 单片机为基
31、础，采用静态RAM 作为数据存储器，利用串行接口实现与PC 机的数据传输。在系统设计中还兼顾了单片机的抗干扰能力，有效地提高了系统运行的可靠性。可直接运用于实际场合。可实现汉字、字符及数字等内容的显示。可以随时更新显示的内容。使用起来非常方便。参考文献1 金龙国，单片机原理与应用M. 中国水力水电出版社， 2008.1-2 和 199 2 郑国川和李洪英，实用开关电源技术M. 福建：福建科学技术出版社，2005.180-181 3 康华光，数字电子技术 M. 高等教育出版社 .2008 8 4 童诗白，模拟电子技术 M. 西安电子科技大学出版社 .2004 7 5 单片机 C语言应用于实践 M. 清华大学出版社 .2005 7 6 周润景，基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M. 北京：北京航空航天大学出版社精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 20 页
