基于51单片机的LED点阵显示屏VIP

陕西理工学院毕业设计毕 业 设 计题 目 基于 51单片机的 LED点阵显示屏 学生姓名 王燕 学号 1210064078 所在院系 物 理 电 信 与 工 程 学 院 专业班级 电子信息科学与技术 1203 指导教师 杨创华 完成地点 C-1009 2016 年 5 月 23 日陕西理工学院毕业设计论 毕 业 文 设 计 任 务 书院(系) 陕西理工学院物电学院 专业班级 电信 1203 学生姓名 王燕 一、毕业论文设计题目 基于 51 单片机的 LED 点阵显示屏 二、毕业论文设计工作自 2016 年 3 月 2 日 起至 2016 年 6 月 15 日止三、毕业论文设计进行地点: 博远楼 四、毕业论文设计的内容要求：1)核心控制器：AT89S51 ；2) LED 显示屏：学习方法和工作原理， 从而设计方案并选择方案；3)语言选择：制作硬件电路，用汇编语言或 C 语言编写程序并下载调试 4)结论：通过多门相关课程的学习，测试所需电路给出合理的结论。 五、 毕业论文设计应收集资料及参考文献：1 詹新生,张江伟.基于单片机的 1664 LED 点阵显示屏的设计J.电子元器件应用. 2009(08) 2 谢华燕,梁璐.LED 点阵显示屏的矩阵模型特性研究J.自动化与仪器仪表. 2013(05)3 李元生. LED 光柱专用驱动器J. 家庭电子，2005，(04)：1-7 4 杨雪君.LED 点阵显示屏控制与设计J. 山东工业技术. 2013(12)5 李元生. LED 光柱专用驱动器J. 家庭电子，2005，(04)：1-76 戴禄君,刘战峰.基于单片机的 LED 点阵显示系统的设计J. 计算机与数字工程. 2014(04)7 陈新忠.基于 RS232 总线的单片机多机通信软件设计J.现代电子技术,2002,(03):56-78六、 毕业论文设计的进度安排： 3 月 2 日3 月 29 日：查阅资料，完成初步设计方案和开题报告。 4 月 1 日4 月 26 日：需求分析、总体规划。 4 月 29 日5 月 24： 完成具体模块设计、完成系统设计。 5 月 27 日6 月 7 日：撰写、修改毕业设计论文。 6 月 10 日6 月 15 日：打印论文准备并完成答辩。 指 导 教 师 签名 系(教研室) 主任签名 专 业 负 责 人 签 名 批 准 日 期 陕西理工学院毕业设计基于 51单片机的 LED点阵显示屏王燕（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息科学与技术专业,2012 级 3 班，陕西 汉中 723000）指导教师：杨创华摘要 本次设计的是以单片机 STC89C52 为核心，选用两片 74HC595 级联，输出 16 行扫描信号设计一款 1616 点阵 LED 电子显示屏。采用 74LS164 输出 16 列驱动信号，显示方式是采用动态显示的，能使得图形或者字体显示静止，移入和移出的显示方式。在与传统的技术中，LED 的优势是功耗低、寿命长。其实 LED 技术运用在我们的生活中随处可见，比如说 LED 节能灯，LED 广告牌。就拿 LED 广告牌和传统的广告牌来说，两者相比 LED 广告牌具有随时更新广告内容、节能以及醒目还有显示信息量大和价格实惠等优点。关键字STC89C52；LED 点阵显示；动态显示；Design of LED dot-matrix Control Based On MCU-51Wang yan(Grade 12,Class 5,Major electronics and information engineering ，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Yang chuanghuaAbstractThe design is based on SCM STC89C52 core, use two 74HC595 cascade, the output of the scanning signal line 16 to design a 16 16 dot matrix LED electronic display. Using 74LS164 output 16 drive signal display is the use of dynamic display, you can make the font or graphic display still, into and out of the display. In the conventional technique, the advantages of LED low power consumption, long life. In fact, LED technology in our lives can be seen everywhere, for example, LED energy-saving lamps, LED billboards. Take the LED billboards and traditional billboards, the two compared LED billboard advertising has updated content, as well as energy-efficient as well as eye-catching display large amount of information and affordable, and other advantages.Key words STC89C52 devices; LED dot matrix display. Dynamic display;陕西理工学院毕业设计目录引言 .11.1 LED 点阵屏简介 .11.2 LED 显示屏的特点 .11.3 LED 显示屏工作原理 .11.4 MCS-51 单片机简介 .2方案选择与实现 .32.1 系统总体设计方案框图 .32.2 总体方案以及要求 .3系统硬件设计 .43.1 单片机主控电路 .43.1.1 单片机最小系统 .43.2 行扫描电路设计 .53.2.1 74HC595 简介 .53.2.2 行驱动电路 .53.3 列扫描驱动电路设计 .63.3.1 74LS154 简介 .63.3.2 列驱动电路 .73.4 点阵显示屏 .103.4.1 88 点阵简介 .103.4.2 1616 点阵连接图 .10陕西理工学院毕业设计3.4.3 独立按键连接图 .113.5 PCB.113.5.1 PCB 的分类 .113.5.2 本系统的 PCB 设计 .123.6 元器件的设计以及焊接方法 .12系统软件设计 .134.1 软件设计总体流程图 .144.2 主程序设计 .154.3 单片机与键盘的程序设计 .164.4 Keil uVision 中的源程序设计与编译 .164.5 Proteus 的应用 .19系统调试 .215.1 硬件系统调试 .215.2 软件系统调试 .21结 论 .23参考文献 .24致 谢 .25附 录 .26附录 1：完整系统原理图 .26附录 2：PCB 原理图 .27陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 27 页引言在 21 世纪的今天，社会电子科学技术不断的发展不断的进步着，与人类的生活深深的融合在一起。走在大街上进入各个公共场所，你可以看到各种各样的广告纷纷扮演着宣传的角色并越演越烈，与传统的霓虹灯广告相比不管在在显示效果、耗电量还是功能上都更加的满足当前社会要求，所以传统的广告方式已经渐渐被取而代之。LED 大屏幕显示技术能够成为一个闪亮点主要是因为可以很好的吸引人的眼球。LED 可以在文字、图形、视频、电视、电脑上显示多彩丰富内容的同时可以显示的方式是层出不穷的，因为它是集屏幕显示技术、计算机技术、单片机技术、信号处理技术于一身的新型产品。因为拥有传统霓虹灯广告在显示效果方面无法比拟的优势，再加上单片机技术的不断进步和 LED 技术上的不断创新，让 LED 点阵显示屏播放广告的宣传方式更加具有市场，更加有影响力。其次，LED 显示屏具有耗电低、成本低、高亮度、高清晰等等众多的优点。再者，显示屏像素采用的是 LED 发光二极管，可以将一定数量的发光二极管以序列的形式排成 LED显示阵列。在 LED 显示屏中，受空间的限制较小，可以根据用户的需求去制定屏幕的尺寸大小，可以运用色彩达到色彩斑斓的效果，在视角上能让人眼前一亮，LED 显示屏华丽的转身标志着信息传播设施进入跨时代的新篇章。1.1 LED 点阵屏简介 LED 显示：LED 显示是由发光二极管组成的，简称为 LED。它是通过控制文本，图形，图像，动画，视频以及视频信号和其它信息显示屏幕显示的发光二极管的显示器。LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏这两种，这是均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机、英语、中国的文字和图形，视频画面采用微电脑控制、图形、图像、具有实时，同步，清晰的信息传播方式播放着各种信息，同时也展示了二维、三维动画、录像、电视，VCD 节目以及现场。 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳的屏幕，强烈的立体感，如电影，在许多的场所得到了广泛的应用比如车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业等。 1.2 LED 显示屏的特点显示变化的数字、文字和图形图像可以通过 LED 显示屏来显示；它不仅能用在室内环境还能够用在室外环境，而且具有投影仪、电视墙以及液晶显示屏没法取代的优点。 LED 已受到广泛的关注，并得到了迅速的发展，并且它有自己的优点。这些优点是：亮度高，工作电压低，功耗低，体积小，寿命长，耐冲击和性能稳定。LED 拥有极为广阔的发展前景，目前正朝着更高亮度，更高气候性，更高的发光密度，更高的发光均匀性，可靠性全面化的方向稳定发展。 1.3 LED 显示屏工作原理 LED 电子显示系统：是由专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件组成的。计算机和专用设备：计算机和专用设备直接决定系统的功能，可以根据用户的不同要求来选择不同类型的系统。 显示画面：显示画面的控制电路从计算机接收到的显示信号，驱动 LED 以产生图像，并通过功率放大器，音箱输出的声音的增大。视频输入端口：主要是用来提供视频输入，信号源可以来自录像机、影碟机、摄像机陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 27 页等电子设备，可以支持 NTSC、PAL、S_Video 等多种音频制式。 系统软件：是用来提供 LED 播放专用的软件，例如 PowerPoint 或 ES98 视频这样的播放软件。 1.4 MCS-51 单片机简介 51 单片机是全部用单芯片的英特尔 8031 指令系统兼容。这一系列微控制器的祖先是Intel8031 单片机，后来随着闪存 ROM 技术的发展，单片机 8031 取得了很大的进步，已经成为最广泛使用的 8 位微控制器之一名列前茅。在 ATMEL 公司的 AT89 系列是代表机型，它被广泛应用在工业测量与控制系统。下面是主要功能的介绍： 1、8 位 CPU：是运算和控制逻辑，其中还包括中断系统和特殊功能寄存器的外部；2、4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K)：用于存储程序的一些原始数据和形式；3、256bytes 的数据存储器(RAM) （52 有 384bytes 的 RAM）：用于可读写数据的存储；4、32 条 I/O 口线：8 四位并行 I / O 端口，不仅可以输入数据，同时也可以输出数据；5、在 111 条指令中大部分为单字节指令； 6、专用寄存器有 21 个； 7、2 个可编程定时/计数器； 8、5 个中断源，2 个优先级（52 有 6 个）； 9、一个全双工串行通信口； 10、外部数据和程序存储器寻址空间都为 64kB； 11、逻辑操作位寻址功能是双列直插 40PinDIP 封装； 12、电源是单一的+5V 供电。 陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 27 页方案选择与实现2.1 系统总体设计方案框图图 2.1 系统总体设计方案框图该电路主要是单片机 STC89C52 作为控制核心，分别控制着行和列信号以及驱动器74LS154 和 74HC595 的输出扫描，驱动着 1616 点阵的 88 点阵，可以让屏幕显示出汉字字符和其它字符。2.2 总体方案以及要求本次设计的软件设计是利用单片机显示控制技术来控制 LED 的显示部分，并且根据Protues 教程的使用来作线路的布置。对于行列电路部分的设计，需要分析电路图再确定整个系统大概的规模框架。再通过系统的理论分析，确定该系统中具有那些功能以及模块，并了解明白各个模块之间是怎样联系的，怎样组合在一起的。还需要确定所需的元器件，再根据电路图进行连接，最后连接完成后检验是否准确无误。下一步就是要集合程序调试，对整个的系统模块的功能进行调试，查看是否每个功能都能正常的运行，查找出程序中存在的错误，并给予改正。最终的结果是能在 LED 电路板上显示所想要的图形和汉字。在方案中设计的是一个 LED 点阵电子显示屏，需要满足以下几点要求：1.要求采用 51 单片机作为微控制器；2.通过 4 个 88 的点阵组成 1616LED 点阵进行汉字显示；3.可以目测的 LED 显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 4.汉字显示具有左右滚动、复位、暂停等显示方式。陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 27 页系统硬件设计3.1 单片机主控电路图 3.1 单片机主控电路图此次单片机模块采用的是 STC89C52 单片机，是一种功耗较低、性能较高 CMOS 的 8 位微型控制器，同时具有 8K 在系统可编程闪存的功能。3.1.1 单片机最小系统 最小系统的基本条件的组成部分：1、电源STC89C52 单片机的电压为 4.0V-5.5V。我们使用的是 7805 的电压调节，从而得到 5V电压的输出。2、晶振晶振与产生 MCU 时钟频率 MCU 内部电路，单片机的所有指令的执行是在此基础上建立的，晶体振荡器提供时钟频率高，微控制器的运行速度更快。该系统采用 2 30pF 的电容构成的晶体振荡电路的 12M 晶振。3、复位为确保微机系统的电路工作稳定可靠，复位电路是不可缺少的一部分，复位电路的首要功能是上电复位，通过电容和一个短暂的高电平信号到 RST 端复位电路，与 VCC 的高电平信号到电容器充电过程逐步下降，即高层次 RST 结束持续时间在电容器充电时间来决定。此外，在复位周期期间，端口引脚处于随机的状态，则复位后，该系统将被设置为全“L”状态。如果该系统没有一个有效的复位当电源开启时，程序计数器 PC 不会得到一个适当的初始值，从而 CPU 可从一个没有定义的位置开始执行程序。陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 27