LED点阵广告牌的设计(史诗级完整版).doc

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课程设计报告题 目： LED点阵广告牌的设计 专 业： 电子信息工程 年 级： 学 号： 学生姓名： 联系电话： 指导老师： 完成日期： 2013 年 5 月 25 日摘 要 本设计使用AT89C51系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动88的点阵LED点阵显示屏。利用AT89C51系列高速单片机本身强大的功能，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。本LED显示屏能够以动态扫描的方式显示88点阵数字，摸拟电梯数字显示,并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的算法。关键词：动态显示；单片机；LED点阵 ABSTRACT This design USES AT89C51 series high speed single chip microcomputer as the main control module, the use of simple peripheral circuit to drive the 8 x 8 dot matrix LED dot matrix display screen. USES AT89C51 series high-speed microcontroller itself powerful function, can easily achieve data transmission between MCU and PC and storage, and use software can easily display the content of diversity change, on the other hand of dot matrix display screen is widely used in hospitals, airports, Banks and other public places, so this design has a strong practical applicability.The LED display can be displayed in a dynamic scanning way 8 x 8 dot matrix digital, and can pass the PC software to modify the display content and effect and so on. This article obtains from the principle of LED display, LED dynamic display process were introduced in detail, and the hardware circuit and software algorithm. The design and calculation ofKey Words:Dynamic display; Single chip microcomputer; The LED lattice目录摘 要1ABSTRACT21 设计要求及方案选择41.1设计要求41.2方案选择42 理论分析与设计52.1 LED点阵模块结构52.2 LED动态显示原理62.38*8 LED点阵广告牌电路的分析及设计73电路设计73.1硬件电路的设计73.2 软件设计114 系统测试154.1调试所用的基本仪器清单154.2调试结果154.3测试结果分析155 总结16参考文献171 设计要求及方案选择1.1设计要求 （1）LED点阵显示采用单色模块；（2）能够显示不同的字符；（3）设计不同的字符切换效果（如闪烁，静止，平移等）； （4）设计控制按钮，可以在不同的效果间切换；（5）所用到的电路板必须有作者的名字和学号（制作PCB板时候放置，不能用笔写）。（6）设计在2013年5月30日前完成。1.2方案选择LED点阵显示器 主控器（51单片机） 按键1-1 结构图（1） 根据设计要求，本设计选择AT89C52芯片为核心控制器件。（2） 用来字符显示的LED点阵屏采用8*8点阵屏，它的管脚与89C52的P0、P2口相连，其中P0口作为字符数据输出口，P2为字符显示扫描输出口。（3） 功能选择部分由按键控制，5个按键分别连P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4。（4） 其他方面，89C52第31脚（EA）接电源，第19、18（XTAL2、XTAL1）脚接晶振电路，第9脚接复位电路。（5） 软件设计方面用C语言编写控制程序。2 理论分析与设计2.1 LED点阵模块结构八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。LED点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616等等。根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。图21示出最常见的88单色LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图21 88单色LED模块内部电路LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号如5x7点阵显示器用于显示西文字母58点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。2.2 LED动态显示原理LED点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。以88点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2.1中，红色水平线Y0、Y1Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图22图22 用动态扫描显示字符“B”的过程2.38*8 LED点阵广告牌电路的分析及设计8*8LED点阵广告牌原理电路图如图2-3所示图23整个电路的供电通外接5V电源提供。用六个按键控制单片机89C52，其中一个按键接连在复位电路上，起到复位功能。另外五个按键在单片机P1口输入信号，用以控制单片机，使后来的显示电路中的LED屏显示不同效果。单片机存入相应的程序后，从P1口端输出信息，经过由排阻和芯片74LS245驱动电路，输入LED点阵屏的一端；LED点阵屏另外一端由单片机P2口接入共同驱动，使得LED点阵屏正常工作，达到模拟电梯层数显示的效果。3电路设计3.1硬件电路的设计 8*8LED点阵广告牌总电路如图3-11所示 图311 电路主要由主芯片控制电路、电源电路、复位电路等组成。（1）主芯片控制电路如图312图312该部分电路主要由AT89C52和74LS245组成。AT89C52芯片，是整个电路的核心，用来写入程序，控制整个电路，实现显示功能。单片机的P0和P2号控制显示信号的输出，经过74LS245驱动，从而控制扫描信号的输出. （2）复位电路如图313图313 由8.2k电阻、22uf的电容、1k电阻、控制按键组成，主要是实现复位功能（3）晶振电路如图3-1-4所示图3-1-4 晶振电路图晶振电路由2个33pf的电容、12MHZ晶振组成，主要实现向电路提供时钟信号的功能。（4） 显示电路如图如图315图315它由1k排阻、8*8LED点阵屏、P0、P2口等组成，实现显示字符的功能3.2 软件设计（1）主要流程图如图3-2所示 开始 调用键扫描子程序 Y 没有按下按键？ 转逐字显示程序 （display_centre ） N Y按下按键1？ 转向上滚动显示 程序（display_up） N Y按下按键2？ 转向下滚动显示 程序（display_down） N 图3-2 主要流程图（2）8*8LED点阵广告牌程序如下：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit key_up=P11;sbit key_down=P10; uchar code h=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; uchar code L=0x3e,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00;/0亮uchar code o=0x18,0x24,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18,0x00;/*未命名文件,0*/uchar code v=0x00,0x08,0x14,0x22,0x41,0x41,0x41,0x00;/*未命名文件,v*/uchar code E=0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x00;/*未命名文件,e*/uchar code up= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x3e,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00, 0x18,0x24,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18,0x00, 0x00,0x08,0x14,0x22,0x41,0x41,0x41,0x00, 0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;/1 uchar code down= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x20,0x20,0x3E,0x00, 0x00,0x08,0x14,0x22,0x41,0x41,0x41,0x00, 0x18,0x24,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18,0x00, 0x3e,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;/1 void display_centre(void);void display_up(void);void display_down(void);void delay(uint z)uint x,y;for(x=10;x0;x-)for(y=z;y0;y-);void main()while(1)display_centre();if(key_up=0)delay(1);if(key_up=0)display_up();if(key_down=0)delay(1);if(key_down=0)display_down();void display_centre(void)uchar i=0,j=0;for(j=0;j200;j+)for(i=0;i8;i+)P2=hi;/P2=li,行P0=Li;/P0=hi,列delay(10);for(j=0;j200;j+)for(i=0;i8;i+)P2=hi;/P2=li,行P0=oi;/P0=hi,列delay(10);for(j=0;j200;j+)for(i=0;i8;i+)P2=hi;/P2=li,行P0=vi;/P0=hi,列delay(10);for(j=0;j200;j+)for(i=0;i8;i+)P2=hi;/P2=li,行P0=Ei;/P0=hi,列delay(10);void display_up(void)char i,k,j;for(k=0;k40;k+)for(i=0;i20;i+) for(j=0+k;j0;k-)for(i=0;i20;i+) for(j=0+k ;j8+k;j+) P2=hj-k; P0=downj; delay(10);4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单调试的仪器有：焊烙铁、焊锡、1k电阻、导线、万用表等4.2调试结果经过调试，实物能显示：“1”“2”“3”“4”“5”五个不同字符，通过按下不同按键，可以实现逐个显示，模拟电梯层数上下移动显示。其中“1”显示如下图4-2所示。图424.3测试结果分析经过几番调试和请教比较有经验的同学，本设计从无反应状态变为了正常状态。只不过显示的亮度没有理想中那么好。之前有虚焊的管脚，也重新细心去焊。最常见的一个缺陷是，本来之前追求实物更小化，从而忽视了一个常犯的错误，没有考虑元件实际的大小，造成了电路版元件拥挤现象。不过不是大问题。经测试，LED显示基本达到课程要求。5 总结本次课程设计到现在有三个多星期，回顾这些天我感到学到了很多东西，在写这个心得的时候，我想就这些天的收获，说一说自己内心的想法。本设计的是一个8x8的点阵LED显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。 总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作： （1）通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料思考总结运用找出差错，再查资料和向别人询问再次运用”的正确性。（2）本文列出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编语言程序设计与调试等方面。（3）在这次课程设计的过程中学会了 PROTEUS 的基本使用，感到PROTEUS对电子专业的同学来说是一个很有用的软件。在运用PROTEUS时可以运用一些快捷的标号，总线的方法画图，这样既能使电路图清晰，简单，更能大大提高画图速度（4）通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把只是运用到实际生活中才是根本目的。总体来说这次的课程设计很成功，达到了预想的目的：学到了知识，提高了能力，完成了任务。有点缺憾是时间有限，不能进一步深入和扩散学习和研究。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进，譬如实现点阵的上下移动效果。参考文献1 张肃文.高频电子线路北京M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计M.机械工业出版社，2007.3 李建忠.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，20024 李群芳、肖看编著.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，20055 于海生.微型计算机控制技术.北京：清华大学出版社，20086 戴梅萼、史嘉权.微型计算机技术及应用(第3版).北京：清华大学出版社，20087 江晓安、董秀峰.数字电子技术(第二版).西安：西安电子科技大学出版社，2005 芇芃蒀袆肀腿葿羈袂薇葿螈肈蒃蒈袀羁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅蒀薄袆羇莆薄罿膃节薃蚈羆芈薂袁芁膄薁羃肄蒃薀蚃艿荿蕿螅肂芅薈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿袃莅蚆螂聿莁蚅羄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄螁蚀膄膀螀螂羆蒈蝿袅膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆莄衿肃膂莃羁艿蒁莂蚁肁莇蒁螃芇芃蒀袆肀腿葿羈袂薇葿螈肈蒃蒈袀羁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅蒀薄袆羇莆薄罿膃节薃蚈羆芈薂袁芁膄薁羃肄蒃薀蚃艿荿蕿螅肂芅薈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿袃莅蚆螂聿莁蚅羄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄螁蚀膄膀螀螂羆蒈蝿袅膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆莄衿肃膂莃羁艿蒁莂蚁肁莇蒁螃芇芃蒀袆肀腿葿羈袂薇葿螈肈蒃蒈袀羁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅蒀薄袆羇莆薄罿膃节薃蚈羆芈薂袁芁膄薁羃肄蒃薀蚃艿荿蕿螅肂芅薈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿袃莅蚆螂聿莁蚅羄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄螁蚀膄膀螀螂羆蒈蝿袅膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆莄衿肃膂莃羁艿蒁莂蚁肁莇蒁螃芇芃蒀袆肀腿葿羈袂薇葿螈肈蒃蒈袀羁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅蒀薄袆羇莆薄罿膃节薃蚈羆芈薂袁芁膄薁羃肄蒃薀蚃艿荿蕿螅肂芅薈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿袃莅蚆螂聿莁蚅羄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄螁蚀膄膀螀螂羆蒈蝿袅膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆莄衿肃膂莃羁艿