基于单片机的LED显示屏系统毕业设计.docx

基于单片机的LED显示屏系统毕业设计目 录第一章 绪 论11.1课题的背景和意义11.2 相关技术发展现状11.2.1 LED显示屏发展的简要回顾21.2.2 我国LED显示屏的发展现状31.2.3 LED显示屏的发展趋势31.3 LED显示屏显示原理41.4 课题研究的目的51.5课题的主要工作5第二章 系统总体设计72.1需求分析72.2系统组成及功能描述72.3系统的功能描述82.4系统的工作过程8第三章 基于51单片机的LED显示屏系统设计113.1硬件系统总体设计113.1.1 STC90C51的硬件结构113.1.2 STC90C51主要性能参数123.1.4 STC90C51单片机适用领域133.2 单片机STC90C51电路及外围电路143.3 LED显示屏扫描电路设计163.3.1 LED点阵屏内部结构及显示原理163.3.2 列扫描电路设计183.3.3 行驱动扫描电路设计19第四章 软件设计204.1系统软件设计思路204.2系统主程序设计204.3 显示驱动程序设计214.3上移程序设计224.4扫描程序设计24第五章 系统调试与实验265.1实验平台265.2软件平台275.2.1 字模提取275.3实验方案295.3.1主控部分测试295.3.2 LED显示部分测试29第六章 结束语31参考文献32附 录33外文资料46中文翻译53谢 辞58第一章 绪 论1.1课题的背景和意义随着我国社会经济文化等的不断发展，民众的消费标准也在发生着不断的变化,户外灯箱广告更是扮演着越来越重要的宣传角色，在车站、商场、学校单位等场合都会见到霓虹灯之类的广告。但是传统的霓虹灯广告牌不管是在显示色彩效果、用电量还是在可修改性上都已经无法满足当今日新月异的社会需求，传统的霓虹灯广告在社会快速发展中需要更多的改进。电子控制技术的高速发展和LED发光二级管制造工艺的进展为高亮度大屏幕的诞生创造了条件。由于LED显示屏相对于传统的霓虹灯之类的广告牌有很多方面的优势，所以发展很快，得到了广大应用厂商的认可。这一种刚刚兴起的led大屏幕技术成为了广大民众目光的聚焦焦点。与之前的显示设备比较，首先，LED 显示屏可以显示几乎所有常用色彩,色彩丰富，三基色的发光管可以显示全彩色，显示方式又是多种多样的,无限变化（文字、图形、动画、视频、电视画面等），这一个产品就集合了电子技术领域多个学科的相关知识，是一中高新技术产品。可以用来显示各种文字图形，并且可以与计算机相连接同步显示计算机屏幕的信息，相当于投影仪。其次，LED 显示屏的像素点是LED发光二极管，将多个发光二极管以大小间距相同的排列形式组合成LED显示阵列，这种显示屏具有成本低、耗电量低、亮度和清晰度高、寿命长等众多优点，而且 LED 显示屏不受空间的限制，可以根据用户要求设计屏的大小，需要多大的尺寸就可以做多大的尺寸.具有全彩色效果，可视角度大，是这个信息时代在传播介质方面划时代的产物。最后，LED 显示屏应用范围很广，金融证券、股票炒股、银行利率等信息显示、商业广告播放、文化娱乐等方面，显示的效果亮度高且清晰稳定，越来越多的地方开始使用LED电子显示屏，有巨大的社会效益和经济效益。 Led显示屏集众家之长，在国际领域得到了广泛的应用。1.2 相关技术发展现状LED显示屏发光效率高，能够很好的适应室内室外等应用区域的环境，自上世纪90年代前期开始，随着LED制造业的技术水平有了新的进展，理论等相关技术框架基本形成，在国外得到大范围多领域的应用。而在我们中国改革开放30年的发展之后，主要是进入上世纪90年代我国的经济得到了飞速的发展，快速的提高，经济发展的背景下各种商业信息的传播在整个市场上有很大需求，LED显示屏及时的出现很好的满足了当时社会和市场的需要，LED显示屏的研发与加工技术水平也得到了相应的提高，适用范围领域也得以扩展。在LED显示屏快速发展的过程中，从开始出现到大范围多领域的应用也是经历了一个过程，总的来说，LED显示屏经历了单色、双色到红绿蓝三基色全彩多灰度级显示的一个过程。目前关于LED显示屏的理论框架和相关制造加工技术等已经相当成熟，led显示屏的像素点越做越小，红绿蓝三基色全彩屏的分辨率越来越高，并朝着高亮度、低功耗、大视角的方向发展。相关理论也日臻完善。1.2.1 LED显示屏发展的简要回顾Led显示屏以很高的稳定性、超强的环境适应能力、高性能低价格、使用时间长、可视范围角度大等特点，在为期不长的十几年时间里，以迅雷不及掩耳之势发展成为平面大面积显示的主流产品之一，在信息显示传播，广告媒体领域得到了广泛认可和应用。LED显示屏的成长历程：1.在上世纪九十年代以前是LED显示屏的成长形成时期，或者说是LED显示屏的幼年时期，各方面理论技术还不成熟。一个方面，受LED相关的材料制造加工技术还不够先进，LED显示屏的应用领域就收到了很大的限制，另一个方面，显示屏控制技术几乎全是通过通信数据传输而实现的控制方法，从客观上来讲极大地影响了他的显示效果。在这个时期，国外的LED显示屏应用很是广泛 ，在我们中国则很少见，出现的为数不多的相关产品也是以单红色、红绿双基色为主，控制技术也几乎全是通过通信数据传输而实现的控制方法，显示的灰度等级就目前的现状来看，当时的灰度级是很小很小的，当时只可以实现单点的4个灰度级，而现在至少也是256灰度级，并且当时产品的成本也是相当高的。2.1991-1996年这6年之间，LED显示屏以高速度、大范围、多领域的方式就这样进入了九十年代，进入了广发人民群众的视野，在全球信息化产业快速发展的大背景下，信息技术在我们生活工作的多个领域不断发展创新突破。蓝色发光二级管晶片研制成功，从此，LED显示屏进入了全彩色显示的新纪元；电子技术以及单片微型计算机等控制技术的快速发展，在显示屏控制领域有了更进一步的发展，相关工作人员研究开发出来了视频控制卡，显示屏灰度等级也有了很大的提高，实现16级灰度等级和64级灰度等级的调灰，显示屏的在显示动画方面的效果得到了空前的提高。在这一个阶段，LED显示屏在我们中国的发展速可以说是遍地开花，从初期的不多的几家企业、年产值只有几千万元发展到几十家企业、年产值达数亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育届、机场航班信息显示、铁路车次信息显示、车站时间表信息显示、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域。LED显示屏在平面媒体显示领域逐渐成为主流产品，这样的局面已经逐渐形成，LED显示屏产业也自然而然地成为新兴的高新技术产业。3.1994年末-至今，是led显示屏产业格局调整相继完善的时期上世纪九十年代中期年以来，LED显示屏产业迅速发展进而产生的内部竞争加剧，许多中小企业也如同雨后春笋般不断涌现，这样就使得相关产品价格有了大幅度的回落，应用的范围也不断的扩大，这也导致了LED相关产品在质量、标准化等方面的问题，不利于相关产品的统一及标准化。我们国家的相关部门通过及时调整，对LED显示屏的发展过程中出现的问题进行了适当的规范和引导。国家多个部门联合出台了相关的文件规范使得LED显示屏走向标准化、规范化。相关的标准规定等也在不断完善。 1.2.2 我国LED显示屏的发展现状1.产业规模不断扩大我国LED产业经历了十余年的成长历程，LED显示屏产业中，一些支柱型企业相继诞生。据行业协会给出的统计信息来看，自十九世纪九十年代末，我国LED显示屏行业持续快速发展，产业规模不断扩大，产业链不断扩大完善。就整个LED显示屏系统而言，我国的led显示屏技术已经达到了国际先进水平并处于领先地位，这也得力于国内产品在性价比方面所具有的得天独厚的优势，市场占有率在90%以上，国外的相关产品几乎不能够进入中国市场。2.市场保持持续增长2003年LED显示屏行业整体的发展速度相比之前要快很多 ，很多企业都已经具有相当的规模并还在逐渐增多，产业布局发展也在走向成熟。04年至07年之间，随着北京奥运会的临近，各地城区城市化的步伐也逐渐加快，全国LED显示屏市场依然活力不减保持着快速增长的趋势，年平均增长率仍然能够保持在百分之三十五左右。1.2.3 LED显示屏的发展趋势据CCID微电子研究所预计，在未来的5年时间内，我国LED显示屏将在电信、邮政、金融系统、商业系统、交通系统、体育场馆等领域不断开拓市场，寻求新的发展空间以及应用领域，与此同时LED显示屏在市场上的需求正以大约平均每年30%的速度递增，发展趋势如下：1.高亮度、全彩化在蓝色及纯绿色的led显示屏出现以后，LED显示屏的成本在随着时间的推移越来越低，已具备成熟的商业化条件。基础材料也逐渐向成熟的产业化发展。这种情况使得LED三基色全彩色显示屏幕成本有大幅下滑，应用速度加快。LED显示屏等产品的性能也不断提高，三基色全彩色显示屏的色彩、白平衡等已经能够实现很理想的效果了，能够全天候在室外环境下工作，很好的满足了用户的相关需求，因为三基色led全彩色显示屏幕性价比很高，预测在未来发展的相当长的一段时间内，三基色全彩LED显示屏在在室内外显示媒体领域逐渐代替了传统的灯箱、霓红灯等产品。2.标准化、规范化这个产业最近几年的发展， 该市场内存在的竞争主要是在价格方面的竞争， 在几次价格战之后相关产品价格几乎达到了均衡，因而市场竞争的焦点转移到了产品的质量以及整个系统的可靠性，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，一些大的企业相继实施ISO9000系列标准。行业规范和标准体系的形成，对LED产品以后的发展有着很好的基础，在这样热大潮中，那些相对落后的企业相继被淘汰，整个业界的质量水平会得到一个整体的提升，也有利于LED产品的标准化、规范化。预测在不长的几年时间内，小规模企业将被淘汰，该行业的发展也会井然有序。3.产品结构多元化发展在这个信息化的时代，信息传递在生活工作中占据着愈来愈重要的作用，信息也广泛存在于生活工作的各个方面，LED显示屏幕自然而然的有了很多用武之地。因此，相关的LED产品也会因为市场的需要而相继推出，小型的LED显示产品在LED显示屏市场将会占越来越多的份额。LED显示屏应用领域的突破体现了该类产品向着多样化发展的趋势。1.3 LED显示屏显示原理 LED点阵屏的内部结构可以分为共阴极和共阳极两种，本设计采用的是共阳型的LED点阵屏。为了节省单片机的IO口,利用了以种专门为点阵屏开发的串行输入并行输出的芯片SM16126,该芯片可以一个串行口输入,16位并行输出,极大程度的减少了单片机IO口的使用,为其他应用的加入提供了条件。红、绿、蓝三种颜色只需要三个IO口就可以轻松实现。完成显示时，只需要三种颜色的数据输入端和控制信号输入端协同工作就可以完成显示。当显示屏的行选信号被选通时，列选端四位数据给低电平的发光二极管就会被点亮。即先将编码信号输送至列信号端，再扫描相应的行。利用这个原理，要显示文字或图形信息时，只需要将要显示的信息进行相关的编码，再将编码数据根据相关算法按照一定的顺序发送到显示屏，逐行点亮就可以显示出想要显示的信息。编写程序时，编码信号利用字模提取软件进行编码提取，再将这些编码组成一个二维数组，每个字有16个元素，在显示相应的字时只需要按照相应的顺序调用改字数组中的各个元素即可。调用每个元素之后，再将该元素的8位编码数据一位一位的送入到SM16126的输入寄存器。数据输入信号以后再将扫描控制信号输入，这样按照预定的顺序进行数据输入和扫描即可显示稳定的画面。根据人眼的视觉暂留原理，将每一次数据更新扫描的时间控制在20ms左右就可以看到稳定的文字图像。1.4 课题研究的目的本设计让我对LED产业整个发展现状以及发展趋势有了更加深入的了解，了解到了不同型号LED显示屏的应用领域和使用范围。对led显示屏的工作原理过程有了更深入的认识。我想通过本次设计所取得成果是巨大的而深远的，对以后的工作会有很大的帮助，在完成整个设计的过程中， 遇到了很多问题，在遇到问题之后利用现有的各种资源通过不同的渠道去解决问题，在这个过程中学会了解决问题的方法。这个过程中最大的问题就是软件编程的实现，每一次编写完成之后进行下载运行，发现运行的显示结果总不能达到预期的效果，经过多次调试之后最终得以实现。本设计使我重新体会了发现问题，解决问题的这个过程，在电子设计方面得到了很大的提高。其次是通过自己的亲身制作很的提高了我的动手能力。本设计实现的是1664 像素的LED点阵屏，要求LED显示屏可以有足够的亮度，能够稳定的显示要求的文字图像等信息，并实现文字图像等的移动显示、多种颜色显示等。从而实现简单动画的显示。1.5课题的主要工作课题的工作主要可以分为两大部分，一个主要部分是硬件电路设计，另一个主要部分是软件程序设计。硬件电路主要包括供电电源电路的设计、单片机控制单元的设计、显示电路的设计等。软件部分主要是静态显示、动态显示、多种颜色显示、上移显示的程序编写等。本设计利用51单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的汉字和字符。其中显示字模数据由单片机对字模数组进行读取，之后发送到SM16126的输入寄存器中，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成。每一列的数码管数量较多所以列驱动的设计要满足大电流输出的要求，本设计应用场效应管4953来驱动列数码管，场效应管4953可以输出4.9安培的电流，足以满足本设计的需要。每个4953可以驱动两列数码管，16行显示需要8个芯片，这8个芯片的片选信号则个芯片的片选信号则由74HC138译码器实现。点阵采用多颜色显示，该显示器电路的特点是：点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度均匀。显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向点阵屏传送特定组合的显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由显示子程序实现，系统环境设置（初始化）由系统初始化程序完成，显示效果处理等工作，则由主程序通过调用子程序来实现。 显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等数据发送完毕后输出SM16126的锁存信号，将显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，并打开显示。第二章 系统总体设计2.1需求分析本系统名为基于51单片机的LED显示屏，即用STC90c516RD+单片机作为主控芯片实现LED显示屏信息的显示。此系统由开关电源供电，有足够的驱动能力，而且STC90C51单片机有很好的稳定性，能够很好地实现各种信息的显示。本系统依赖稳定的硬件电路可以实现多种文字、简单图案信息的静态显示、上下左右移动等显示。主要需求如下：1 静态显示功能，可以做小型广告牌，本设计可以应用在大小店铺显示各种商品信息，要求系统能够显示文字、简单图像信息。足以满足大小店铺的显示需求。并且稳定性高、用电量低、亮度大。2 多种颜色显示功能。传统广告牌色彩单一，此设计丰富了传统的显示方式，用三基色显示模块，可以显示丰富的色彩，很好的增加了广告牌的吸引力。增强了效果。3 各种动态显示，目前常见的显示屏多为静态显示，并无动画，此设计可实现动态显示。2.2系统组成及功能描述基于51单片机的LED显示屏设计主要是利用视觉暂留原理通过行扫描和列扫描的方式点亮点阵屏上的任意一点从而显示设定信息。系统主要分为供电模块、显示模块、控制模块等。系统的核心部分是51单片机控制模块，它负责外围所有器件的控制。系统的硬件组成主要包括控制模块、电源模块、显示部分。系统的软件组成包括控制程序、显示程序、移动显示程序等。系统的结构框图如图2-1所示：图2-1 系统原理框图2.3系统的功能描述本系统实现了文字、简单图像的静态及动态显示功能，通过单片机控制，从而实现显示的功能 。即基于51单片机的led显示系统。将工作电源即开关电源接通以后，整个系统首先进入上电复位状态。首先是三种基本颜色的行扫描显示以检测显示模块是否能够正常工作以及检测是否有坏点从而保证系统的正常工作。控制单元的单片机将控制信号及显示信息的编码数据通过串行的方式发送到点阵屏，再通过控制行扫描信号显示全部信息。本设计以STC90C516RD+作为核心控制单元，实现了16*64 LED点阵屏的图文显示，在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，显示色彩鲜艳，丰富。以三基色LED点阵屏为基础，以51单片机为控制单元，实现了多种颜色、多种方式的丰富显示效果。图形或文字显示可以静态显示、动态显示、移动显示等。LED显示屏由多个共阳极点阵模块组成，通过90c51单片机控制扫描显示。系统的复位部分为系统在开机时自动复位，也可以手动复位。2.4系统的工作过程将工作电源即开关电源接通以后，整个系统首先进入上电复位状态。首先是三种基本颜色的行扫描显示以检测显示模块是否能够正常工作以及检测是否有坏点从而保证系统的正常工作。控制单元的单片机将控制信号及显示信息的编码数据通过串行的方式发送到点阵屏，再通过控制行扫描信号显示全部信息。本设计采用的是共阳型的LED点阵屏。为了节省单片机的IO口,利用了以种专门为点阵屏开发的串行输入并行输出的芯片SM16126,该芯片可以一个串行口输入,16位并行输出,极大程度的减少了单片机IO口的使用,为其他应用的加入提供了条件。红、绿、蓝三种颜色只需要三个IO口就可以轻松实现。完成显示时，只需要三种颜色的数据输入端和控制信号输入端协同工作就可以完成显示。当显示屏的行选信号被选通时，列选端四位数据给低电平的发光二极管就会被点亮。即先将编码信号输送至列信号端，再扫描相应的行。利用这个原理，要显示文字或图形信息时，只需要将要显示的信息进行相关的编码，再将编码数据根据相关算法按照一定的顺序发送到显示屏，逐行点亮就可以显示出想要显示的信息。编写程序时，编码信号利用字模提取软件进行编码提取，再将这些编码组成一个二维数组，每个字有16个元素，在显示相应的字时只需要按照相应的顺序调用改字数组中的各个元素即可。调用每个元素之后，再将该元素的8位编码数据一位一位的送入到SM16126的输入寄存器。数据输入信号以后再将扫描控制信号输入，这样按照预定的顺序进行数据输入和扫描即可显示稳定的画面。根据人眼的视觉暂留原理，将每一次数据更新扫描的时间控制在20ms左右就可以看到稳定的文字图像。利用51单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的汉字和字符。其中显示字模数据由单片机对字模数组进行读取，之后发送到SM16126的输入寄存器中，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成。每一列的数码管数量较多所以列驱动的设计要满足大电流输出的要求，本设计应用场效应管4953来驱动列数码管，场效应管4953可以输出4.9安培的电流，足以满足本设计的需要。每个4953可以驱动两列数码管，16行显示需要8个芯片，这8个芯片的片选信号则个芯片的片选信号则由74HC138译码器实现。点阵采用多颜色显示，该显示器电路的特点是：点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度均匀。显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向点阵屏传送特定组合的显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由显示子程序实现，系统环境设置（初始化）由系统初始化程序完成，显示效果处理等工作，则由主程序通过调用子程序来实现。 显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等数据发送完毕后输出SM16126的锁存信号，将显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，并打开显示。进入主程序之后对点阵屏进行初始化，然后调用屏幕检测程序对屏幕进行逐行扫描检测，降低扫描以便于观察是否有坏点，之后分别调用当红色显示程序、单绿色显示程序、单蓝色显示程序、混合颜色显示程序、移动显示程序。各个程序顺序之行完毕之后主程序结束。在上移程序中，首先对点阵屏进行初始化，防止历史数据的干扰。之后装载两行数据，在一个循环中将数据发送完毕再进行行扫描，这一步完成之后将字模取模变量加1即可向上移动一步。所有字移动显示完毕后结束。第三章 基于51单片机的LED显示屏系统设计3.1硬件系统总体设计 系统的硬件组成主要包括控制模块、电源模块、显示部分。其方框图图3-1所示：图3-1 系统框图3.1.1 STC90C51的硬件结构STC90C51单片机内部包括一个8位CPU；一个时钟电路，4KB程序存储空间；128BRAM；两个16位定时/计数器；64KB扩展总线控制电路；四个8-bit并行I/O端口；一个可编程串口；5个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断等模块。STC90C51单片机芯片内部结构如图3-2所示：图3-2 STC90C51单片机芯片内部结构3.1.2 STC90C51主要性能参数STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超*/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。1.增强型6 时钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU2.工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的 080MHz.4.用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节5.片上集成 1280字节/512/256字节 RAM6.通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051传统I/O 口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：0-75/-40-+8515.封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44。3.1.4 STC90C51单片机适用领域STC90C51单片机超强抗干扰能力，新一代加密技术，防止代码被破解。超大容量SRAM，最高4.2k。降低对外电磁辐射，超低功耗，正常工作模式，功耗4mA-7mA。经济实用性强，在相对领域定会有广泛的应用市场。以下是此款单片机的应用领域：1.用图象传感器测量线才系统。2.卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据传送。 3.直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合。4.利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对象。5.通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统。6.通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统7.通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控交换系统）。8.可应用在电机的变频技术上的控制领域中。9.各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及。10.大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针。11.电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制上料、搅拌等12.用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度制，全自动洗衣机等。13.电子称重计14.教学用仪器、医疗仪器。15.由单片机构成的霓虹灯控制器。16.在刚的热处理中采用热磁仪测量。17.各种金属探伤仪器。18.矿山生产智能监测仪。19.煤矿的产煤计数器20.汽车安全系统21.智能玩具22.用超声波测量江河水位23.交流电监测仪24.消防系统报警监测仪25.各类水表、电表3.2 单片机STC90C51电路及外围电路系统控制模块为单片机及其外围电路，主要实现点阵屏扫描显示和信息的更新，其芯片引脚图如图3-3所示：图3-3 STC90C51引脚图1、基础时钟电路时钟模块是ST90C51单片机不可缺少的模块，时钟模块可以使单片机实现低功耗。STC90C51的时钟方式有两种，一种是片内时钟震荡方式，需要在XTAL1（19脚）和XTAL2(18脚)外接一个石英晶体振荡器和振荡电容。电路如图3-4所示:图3-4 晶振电路2、单片机模块及其外围电路单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是控制LED显示屏的信息显示控制和数据信息的更新，将数据传至显示屏，单片机的供电电源采用5V，1A的开关电源，保证单片机的正常工作。单片机与LED显示屏之间通过一个16pin的接口相接。单片机的最小系统如图3-5所示：图3-5 单片机最小系统3.单片机复位电路单片机的复位引脚RST（9脚），当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位和初始化操作，复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码，通俗的来说，就是单片机在运行程序的时候重新开始。在此系统中，为了保证系统在上电时进行初始化，需要设计复位电路。按键按下时，复位电路对单片机进行复位，RST高电平有效。电路图如图3-6所示：图3-6 单片机复位电路3.3 LED显示屏扫描电路设计3.3.1 LED点阵屏内部结构及显示原理 LED点阵屏的内部结构可以分为共阴极和共阳极两种，本设计采用的是共阳型的LED点阵屏。当显示屏的行选信号被选通时，列选端四位数据给低电平的发光二极管就会被点亮。利用这个原理，要显示文字或图形信息时，只需要将要显示的信息进行相关的编码，再将编码数据根据相关算法按照一定的顺序发送到显示屏，逐行点亮就可以显示出想要显示的信息。 根据人眼的视觉暂留原理，将每一次数据更新扫描的时间控制在20ms左右就可以看到稳定的文字图像。其硬件电路如（图3-7）所示图3-7 8*8共阳极LED点阵例如，若要图中所示64个LED显示一个“0”字的方框，则首先在列18上写入列编码的信号，接着应将对应的行上加选通信号，即在行、列的信号端分别加上如（图3-8）所示数据，这样，假设显示数字为“0”时：1 2 3 4 5 6 7 800 00 3E 41 41 41 3E 00图3-8 在点阵上所加的行信号以及列选择信号因此，形成的列代码为00H，00H，3EH，41H，41H，41H，3EH，00H；只要把这些编码送至列数据输出，就可以实现零的数字显示。 送显示代码过程如下所示： 送第一组的八列数据到相应的输出口。然后将第一行扫描为低电平延时2毫秒左右； 送第二组的八列数据到相应的输出口。然后将第二行扫描为低电平延时2毫秒左右； 以此类推，扫描完所有行，又从头开始送。如此循环下去，当刷新频率足够高时（大于24Hz），由于人眼的视觉暂留特性，便可得到一个稳定的“0”字。3.3.2 列扫描电路设计每个汉字需要4个8*8的LED点阵，要想实现16行扫描驱动，上下2行只使用了1个SM16126接到LED点阵模块上，而每个汉字是按照16*16取模，所以需要1个SM16126来驱动一个汉字，我的电路设计的是4个汉字，所以每种颜色的汉字显示需要1*4=4个SM16126来实现16行扫描显示。列驱动是用SM16126芯片搭建构成的。SM16126的引脚SDI是串行数据的输入端。芯片的输出端为OUT0OUT15,SDO串行数据输出端，可接至下一个芯片的SDI端口,很方便的实现多片SM16126的级联.由SM16126在5V供电的情况下（25），可以达到25MHz以上的时钟频率，而我采用的90C51的时钟频率只有24MHz，串口方式0的时钟频率只有fosc/12=2MHz，所以SM16126完全可以胜任；由于SM16126输出高电平时每个管脚的驱动电流在345mA，而每个LED发光管的驱动电流大约是20mA，有足够的驱动能力去驱动二极管达到要求的亮度.SM16126芯片管脚说明GND接地端SDI串行数据输入端OUT0OUT15恒流源输出端SDO数据输出以便级联下一个芯片REXT通过接电阻来调节各个输出口的电流大小VDD芯片电源SM16126封装示意图如图SM16126芯片特性：1.16个恒流源输出通道2.电流输出大小稳定，几乎是恒流输出3.恒流电流范围值，345mAVDD=5V；330mAVDD=3.3V4.非常准备的恒流输出，误差3，芯片间最大误差：10) speed=0; move+; if(move=108) move=0; for(k=0;k8;k+) /左16*16 ColumnScan(zimuo0k*2+move*2,0x00,zimuo0k*2+move*2); /上半屏左8位数据 ColumnScan(zimuo1k*2+move*2,0x00,zimuo1k*2+move*2); /下半屏左8位数据 ColumnScan(zimuo0k*2+1+move*2,0x00,zimuo0k*2+1+move*2);/上半屏右8位数据 ColumnScan(zimuo1k*2+1+move*2,0x00,zimuo1k*2+1+move*2);/下半屏右8位数据 /右16*16 ColumnScan(0x00,0x00,0x00); ColumnScan(0x00,0x00,0x00); ColumnScan(0x00,0x00,0x00); ColumnScan(0x00,0x00,0x00); ColumEnable(Enable); RowScan(k);/行扫描 RowEnable(Enable); Delay(1); RowEnable(Disable); 4.4扫描程序设计扫描程序主要是利用switch语句进行逐行扫描，部分程序如下。void RowScan(uchar num) switch(num) case 0:A0=0;A1=0;A2=0;break;case 1:A0=1;A1=0;A2=0;break;case 2:A0=0;A1=1;A2=0;break;case 3:A0=1;A1=1;A2=0;break;case 4:A0=0;A1=0;A2=1;break;case 5:A0=1;A1=0;A2=1;break;case 6:A0=0;A1=1;A2=1;break;case 7:A0=1;A1=1;A2=1;break;default:break; 第五章 系统调试与实验本设计采用STC90C516RD+单片机作为控制模块，STC90C516RD+单片机的调试环境为ARM公司的keil vision4集成开发调试环境，5.1实验平台实验平台是STC90C516RD+单片机主控模块和点阵模块。单片机主控模块通过16pin的接口与点阵显示模块相连接进行数据传输。硬件平台的如图5-1所示。图5-1 主控系统主控系统将数据通过串行的方式利用排线将数据传输给点阵屏，软件算法通过列数据输出和行扫描实现文字、图形等信息的显示。利用数据移位的原理实现左移以及右移显示，此处以左移为代表，还有上下移动显示，此处以上移为代表进行显示。5.2软件平台 STC90C516RD单片机采用的是ARM公司的开发调试环境，keil vision4集成开发环境，它采用创建工程文件的方式来进行软件的开发调试和管理。在编辑完成代码之后，用户可以对程序进行编译连接。编译连接成功之后，可以运行程序，并且可以对程序进行调试。工作环境如图5-3所示。图5-2 keil开发环境5.2.1 字模提取 字模的设计是用的字模提取软件，该软件中显示的字体都是通过专门的汉字提取软件来实现的。该软件名为字模提取PCtoLCD2002完美版。其提取方法为在选项中设置点阵格式、扫描方式、点阵模块点数、输出语言设置、输出数制等，之后在汉字输入区输入你所需要的汉字后（可输入多个汉字），设置想要的汉字的格式之后点击生成字模，这时点阵生成区则会出现相应字体的汉字代码。该软件的操作界面如图5-4： 图5-3 取码软件主界面图5-4 取模软件设置界面5.3实验方案此次试验有两部分的任务：控制部分和显示部分，系统调试的控制部分首先测试单片机上电是否正常，晶振是否起振，然后对于全局变量进行定义，对时钟和管脚进行初始化，将单片机放置在开发板上观察链接各个引脚的led等是否都有闪烁从而粗略的估计单片机的工作状态。之后对点阵屏进行测试。5.3.1主控部分测试单片机主控部分的测试主要是供电部分和各个引脚输出部分以及晶振部分。供电部分的测试主要是通过观察与正极相连的发光二级管工作是否正常。单片机的各个引脚的检测是将单片机放置到开发板上，通过观察与其相连接的发光二级管的工作状态大概估计单片机各个引脚是否输出正常。如果单片机能够正常工作说明单片机晶振工作正常，可以正常起振。5.3.2 LED显示部分测试为了测试LED点阵屏是否能够进行正常的显示，在单片机上电之后，运行监测程序，分别逐行的扫描各种颜色，如果没有坏点且各行的亮度正常说明LED显示屏可以正常显示。测试效果如下图所示。图5-5 蓝色显示图5-6 绿色显示图5-7 红色显示第六章 结束语本设计课题为基于单片机的LED显示屏设计，改系统充分发挥单片机的控制、运算以及数据处理等功能，大大提高了信息显示的稳定性。本系统实现了文字、简单图像的静态及动态显示功能，通过单片机控制，从而实现显示的功能 。即基于51单片机的led显示系统。以STC90C516RD+作为核心控制单元，实现了16*64 LED点阵屏的图文显示，在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，各个点阵显示模块均应用共阳极LED模块，通过单片机控制扫描显示。系统的复位部分为系统在开机时自动复位，也可以手动复位本设计在应用上还是有一定的局限性的，在今后的研究中可以大限度的降低其制作成本，显示模块的多彩化处理可以用更廉价的材料以及更高的分辨率，另外，在数据传送方面也可以再进行改进，比如可以用无线的方式进行数据传输和数据更新，通过WiFi进行改字等等。参考文献1关积珍，陆家和. LED显示屏的技术及其市场和产业发展J.激光与红外. 2005,(6):156-1612Beijing STONE Intelligent Transportation System Integration Co JGUAN Ji-Zhen. 1996,(8):187-1893Heat transfer analysis of a high-brightness LED array on PCB under different placement configurations. 2000,(4)301-3034胡海蕾.LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究D 福建师范大学.2005 5诸昌钤.LED显示屏系统原理与工程技术M.成都：电子科技大学出版社，2000,(4):245-2506LED驱动电源综述C.北京：电子工业出版社，2012,(3):112-1147楼然苗.李光飞,51系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天大学出版2003：3303328李东生.PROTEL 99SE电路设计技术入门与应用M.北京：电子工业出版社2002：3873909张有顺编著.MCS-51/96系列单片机简明教程M.北京：中国脊梁出版社，1998：12412510谢宋和.单片机在 LED 显示屏中的应用J.98年第4期11 Keil software Company.Cx51 Compiler Users GuideM.2001 12陈森发等.模糊线控制的探讨.运筹与管理M,1998,7(1):35-4113查振业.叶信阳.智能交通灯控制系统J.华中理工大报,1997,25(2):63-65 附 录附录一：基于单片机的LED显示屏系统设计电路原理图附录二：系统实物图图a 控制系统电路图b 显示系统附录三：基于单片机的LED显示屏系统设计源程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Enable 1#define Disable 0sbit CLK = P20;/SM16126时钟sbit STB = P21; /SM16126移位寄存器使能sbit R_IN = P22; /红色数据sbit B_IN = P23; /蓝色数据sbit G_IN = P17; /绿色数据sbit EN =