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1、安徽机电职业技术学院毕 业 论 文LED广告灯箱设计 系 别 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 3072 姓 名 赵 春 辉 学 号 2009 2010 学年第 1 学期指导教师评语等级签名日期摘 要本设计是一个点阵LED电子显示屏的设计。整机以美国ATMEL 公司生产的40脚单片机AT89S51为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器 74HC154和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示多个汉字,采用多块88点阵LED显示模块来组成点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形
2、或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑,通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平,就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写(即直接点阵画图),也可从标准字库中提取。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布,公益宣传,环境参数实时,重大活动倒计时等等得到广泛的应用。经实践证明,该系统显示误差小,性能稳定,
3、结构合理,扩展能力强,本系统采用15个稳压电源模块,其中十四个用来给显示屏中的63块显示板供电,其中一个是用于接卡的供电。关键词:AT89S51单片机,LED点阵显示,动态显示,汇编语言,电源模块。目 录目录 4引言 5第一章 单片机直接驱动LED 61.1工作原理 61.2 电路原理图 61.3 硬件连接 61.4 LED显示原理 61.5 程序框图 71.6 汇编程序 71.7 C语言程序 8第二章 三极管驱动LED 82.1 工作原理 82.2 框图 9第三章 LED显示屏103.1 工作原理 10 3.1.1 LED点阵11 3.2 LED显示屏系统的组成13 3.2.1原理框图和硬件
4、电路结构 13 3.2.2 AT89S51芯片13 3.2.3系统硬件电路的介绍 13 3.3软件程序 15 3.3.1汇编程序 16 3.3.2 C程序17结束语 20参考文献 21引言单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注,所以应用很广,发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。正因为单片机有如此多的优点,因此其应用领域之广,几乎到了无孔不入的地步。在我国,单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面
5、。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能,正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如,本文所要论述的通过单片机来控制LED点阵显示。LED是发光二极管英文Light Emitting Diode 的简称,是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件,七十年代,随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和-结形成技术的研究进展,发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后,LED在发光波长范围和性能方
6、面大大提高,并开始形成平板显示产品即LED显示屏。 LED电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统,是目前国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。在我国改革开放之后,特别是进入90年代国民经济高速增长,对公众场合发布信息的需求日益强烈,LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势,因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高,生产也得到了迅速的发展,并逐步形成产业,成为光
7、电子行业的新兴产业领域。LED点阵显示器具有亮度高、发光均匀、可靠性好、接线简单、拼装方便等优点,能构成各种尺寸的显示屏,因此,它被广泛应用于大型LED智能显示屏、智能仪器仪表和机电一体化设备的显示屏中,取得了较好的效果。随着微电子技术、计算机技术及信息处理技术的发展,LED点阵显示屏正作为一种新的传媒工具,在越来越多的领域中发挥作用如广告、金融、交通、文艺、商业、体育、工业、教学、军事、政府等几乎涉及到生活中的各个方面大到几十平方的户外广告屏,小到电梯系统中用的显示屏或交通指示屏,许多企业及政府部门应用了电子黑板,证券、银行等部门也有信息数字混合屏,带来了广泛的社会效益及经济效益。相信以后L
8、ED电子显示屏会走的更好更远!LED可通过以下3种形式来驱动,即单片机直接驱动、三极管驱动和LED显示屏。第一章 单片机直接驱动LED1.1 工作原理 利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0P0.7连接到一个共阴数码管的ah的笔段上,数码管的公共端接地。在数码管上循环显示09数字,时间间隔0.2秒。1.2 电路原理图如图1-1所示图1-11.3 硬件连接把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个数码管的ah端口上;要求:P0.0/AD0与a相连,P0.1/AD1与b相连,P0.2/AD2与c相连,P0.7/AD7与h
9、相连。1.4 LED显示原理七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成,根据各管的极管的接线形式,可分成共阴极型和共阳极型。 LED数码管的a-g七个发光二极管因加正电压而发亮,因加零电压而不以发亮,不同亮暗的组合就能形成不同的字形,这种组合称之为字形码,下面给出共阴极的字形码见表1-1表1-1“0” 3FH “8” 7FH“1” 06H “9” 6FH“2” 5BH “A” 77H“3” 4FH “B” 7CH“4” 66H “C” 39H“5” 6DH “D” 5EH“6” 7DH “E” 79H“7” 07H “F” 71H由于显示的数字09的字形码没有规律可循,
10、只能采用查表的方式来完成我们所需的要求了。这样我们按着数字09的顺序,把每个数字的笔段代码按顺序排好!建立的表格如下所示:TABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH1.5 程序框图如图1-2所示图1-21.6 汇编程序 ORG 0 START: MOV R1, #00H NEXT: MOV A, R1 MOV DPTR, #TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0, A LCALL DELAY INC R1 CJNE R1, #10, NEXT LJMP START DELAY: MOV R5, #20 D2: MOV R6, #2
11、0 D1: MOV R7, #248 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 DJNZ R5, D2 RET TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 1.7 C语言程序#include Unsigned char code table = 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f;Unsigned char discount;Void delay02s (void) Unsigned char i, j, k; For (i=20; i0; i-
12、) For (j=20; j0; j-) For (k=248; k0; k-);Void main (void) While (1) For (discount=0; dispcount10; dispcount+) P0=table discount; delay02s (); 第二章 三极管驱动LED2.1 工作原理D14的作用就是控制三极管要不要给LED提供电流,D14为0v,三极管导通,电流从发射集流向集电极,VC=VE。如果哪个LED的负极为低电平0V时,LED就导通发光。这里PNP三极管有电流放大能力,没有电压放大能力。LED的亮与否主要取决于流过LED的电流大小。所以说驱动LE
13、D,主要是给它大的电流。当三极管的基极(D14端)为低电平时,三极管CE极导通,这样所有的LED的阳极(+极)就接上了VCC电源,此时再分别控制P0口的8个引脚,如D00,当D00为高时,LED的+极和-极都为高,无电流,LED不亮,当D00为低时,LED的+为高,而-为低,LED导通,发光。而如果D14端为高,三极管不导通,LED的+极就没有电压,此时无论LED的-极为什么电平,LED都无法导通,因此D14可以看作是一个总开关,而D00-D07看作为分开关PNP的管子低电平导通,单片机I/O口吸收电流大,能达到几个mA,而输出电流很小,只有几十uA,所以用PNP的三极管做开关,当D14置1,
14、三极管关闭,LED没有电源,自然就不亮了三极管Q1的导通或截止控制8只LED的供电。而Q1的导通与否受控于P14端,当P14输出低电平时Q1导通,8只LED加电,但这时8只LED亮不亮还要受控于P0口,如P0口输出全“1”,8只LED不亮,当P0口输出全“0”时,8只LED全亮。如果P14输出高电平,Q1截止,这时不管P0口输出什么8只LED都不会亮。 工作原理图如图2-1所示图2-1 2.2 框图如图2-2所示图2-2 第三章 LED显示屏3.1 工作原理LED它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能
15、好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。而节能灯可以说是一种特殊的荧光灯,它是基于紫外线激发灯体上的荧光粉发光的。目前的节能灯大多是指用电子线路激发的
16、气体放电灯,而LED是发光二极管,可用额定电压直接点燃,从发展的角度来看它是一种新型节能灯. (一)系统组成本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。 计算机及专用设备:计算机及专用设备直接决定了系统的功能,可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。显示屏幕:显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号,驱动LED发光产生画面,并通过增加功放、音箱输出声音。视频输入端口:提供视频输入端口,信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等,支持NTSC、PAL等多种制式。系统软件:提供LED播放专用软件,(二)系统功能该系统具备如下功能:以计算机为处理控制中心,电子屏幕与电脑显示器(VGA
17、)窗口某一区域逐点对应,显示内容实时同步,屏幕映射位置可调,可方便随意地选择显示画面的大小。显示点阵采用超高亮度 LED发光管(红、绿双基色),256级灰度,颜色变化组合65536种,色彩丰富逼真,并支持VGA 24位真彩色显示模式。 配备图文信息及三维动画播放软件,可播放高质量的图文信息及三维动画。播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形。将标准的点阵信息字模数据的字库文件(本系统中采用汉字库文件HZK16、ASCII码库文件ASC16)装入外扩ROM存储器,采用与PC机相同的编码(机内码),先进行基于PC机的预处理,提取需显示内容的机内码,通过串口发给单片机,
18、单片机首先进行判断,若是ASCII码,则直接计算出起始地址,在ASC16文件中指定位置取出连续的16个字节即为其字模信息;若为汉字,单片机将机内码转换为区码和位码,再计算出起始地址,在HZK16文件中指定位置取出连续的32个字节即为其字模信息,然后送到显示器去显示。另外,PC机与单片机之间串口通信只是传输机内码,而不是传输字模信息,传输信息量小,不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担,而且可以根据要求随时改变显示内容,非常简单灵活。先是通过PC机经过9针串行口把汉字机内码通过串行通信口MAX232,再通过电平转换器把信号送入单片机串行口通过M27C020将32字节数据的字旋转90度变
19、换,再通过片外RAM62256和外部芯片8255并行输出这样就可以在LED显示屏上显示了。3.1.1 LED点阵八十年代以来出现了组合型IED点阵显示器,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。具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。点阵显示器有单色和双色两类,可显示红,黄,绿,橙等。LED点阵有44、48、57、58、88、1616、2424、4040等多种; 下面我们就以88点阵来说面一下。根据像素的数目分为等,双基色、三基色等,根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同,单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、
20、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3-1示出几种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3-1LED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5 x 7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,8 x 8点阵用于显示中文文字,也可用于图形显示。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微机或单片机控制驱动3.2 LED显示屏
21、系统的组成3.2.1原理框图和硬件电路结构显示屏控制系统由显示控制器和LED点阵显示屏组成。控制系统的结构框图如图3-2所示。主要由微处理器、通信电路、数据存储器、显示电路等组成。图3-2此图要修改不要有别人的痕迹3.2.2 AT89S51芯片本显示系统采用ATMEL公司新推出的AT89S51作为主控芯片,AT89S51拥有与INTEL公司的8051相同的内核和引脚排列。表1为AT89S51的内部功能表,AT89S51除了具有8051的全部功能外,还内置了一些比较实用的功能部件。如AT89S51内部的程序存储器是4KB可擦写的flatiron,下载程序代码整个过程仅用几秒钟,使用起来非常方便。
22、而8051内部的程序存储器是4KB的PROM,只能一次性写入程序代码,以后就无法修改。另外AT89S51提供了一个ISP下载接口。很适合用于单片机应用系统的设计或开发。3.2.3系统硬件电路的介绍显示屏控制器的硬件电路部分主要由三个部分组成:外部存储器的扩展、串行通信接口和LED点阵显示驱动及接口电路。一般来说要显示的内容比较多,所以必须要扩展外部数据存储器。静态数据存储器成本低、功耗小,读写速度快,我们使用二片静态RAM62256数据存储器(共64KB)。把要显示的内容代码全部存放到62256里面。62256与单片机的接口电路如图3-3所示,显示的内容代码通过串行接口下载到62256中。串行
23、通信接口电路如图3所示,通过MAX232E跟PC机的串行口连接。LED显示驱动及接口电路如图4所示,控制信号通过缓冲器74LS245后分两路,一路由CD4515译码后经TIP127驱动点阵的行;另一路由数据移位寄存器74HC595驱动点阵的列。当多个显示单元级联时只需相应地把下一级输入接到上一级的输出即可。图3 AT89S51与PC机的通信电路图3-33.3软件程序软件程序是整个控制系统的核心部分。整个软件设计主要分为两大部分:显示部分和通信部分。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
24、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,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(框图)如图3-4所示。图3-4通信部分的上位机软件采用Visual Basic(简称VB)编程,使用VB提供具有强大功能的通信控件MSCOMM,该控件可对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置,直接利用PC机的串口发送数据。为实现单片机与PC机的可靠通信,须保证双方具有
25、相同的数据格式和波特率。3.3.1汇编程序 ORG 00HLOOP: MOV A,#00H ;开机初始化,清除画面 MOV P0,A ;清除P0口 MOV P2,A ;清除P2口 MOV R2, #200 D100MS:MOV R3,#250 ;延时100毫秒 DJNZ R3, $ DJNZ R2, D100MS MOV 20H,#00H ;取码指针的初值l100: MOV R1,#100 ;每个字的停留时间L16: MOV R6,#16 ;每个字16个码 MOV R4,#00H ;扫描指针清零 MOV R0,20H ;取码指针存入R0L3: MOV A,R4 ;扫描指针存入A MOV P1,
26、A ;扫描输出 INC R4 ;扫描指针加1,扫描下一个 MOV A,R0 ;取码指针存入A MOV DPTR,#TABLE ;取数据表的上半部分的代码 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ;输出到P0 INC R0 ;取码指针加1,取下一个码。 MOV A, R0 MOV DPTR,#TABLE ;取数据表下半部份的代码 MOVC A,A+DPTR MOV P2,A ;输出到P2口 INC R0 MOV R3,#02 ;扫描1毫秒DELAY2: MOV R5, #180 ; DJNZ R5, $ DJNZ R3, DELAY2 MOV A,#00H ;清除屏幕 MOV P0, A
27、MOV P2, A DJNZ R6,L3 ;一个字16个码是否完成? DJNZ R1,L16 ;每个字的停留时间是否到了? MOV 20H,R0 ;取码指针存入20H CJNE R0,#0FFH,L100 ;8个字256个码是否完成? MOV R3,#4 ;扫描延时DELAY3: MOV R5, #180 ; DJNZ R5, $ DJNZ R3, DELAY3 JMP LOOP ;反复循环3.3.2 C程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar yid,h; /YID为移动计数器,H为行段计数器。u
28、int zimuo; /字模计数器uchar code hanzi; /汉字字模uchar BUFF18; /缓存void in_data(void);/调整数据void rxd_data(void);/发送数据void sbuf_out(); /16段扫描unsigned char code sw16=0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8, 0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe; /*16行段码*/*/void main(void) Uchar i,d=5; Yid=0; Zimuo=0; While (1)
29、 while(yid16) /数据移位。for(i=0;i=3386)/总数减7个字。 Zimuo=0; /*/Void sbuf_out () for(h=0;h=0;s-)/h为向后先择字节计数器,zimuoo为向后先字计数器 BUFF2*s+1=hanzizimuo+32*s+2*h; /把第一个字模的第一个字节放入BUFF0中,第二个字模和第一个字节放入BUFF2中 BUFF2*s=hanzizimuo+1+32*s+2*h; / 把第一个字模的第二个字节放入BUFF1中,第二个字模的第二个字节放入BUFF3中/*/void rxd_data(void) /串行发送数据 Char s;
30、 Uchar Inc, tempyid, temp; If (yid8) Inc=0; Else Inc=1; for(s=0+inc;s16+inc;s+) /发送8字节数据 If (yidtempyid)|(BUFFs+1(8-tempyid);/h1左移tempyid位后和h2右移8-tempyid相或,取出移位后的数据。 Temp=255-temp; SBUF=temp;/把BUFF中的字节从大到小移位相或后发送输出。 While (!TI);TI=0; /等待发送中断结束语本文设计的点阵LED显示屏控制系统以AT89S51单片机为基础,采用静态RAM作为数据存储器,利用串行接口实现与
31、PC机的数据传输。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。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。在本次毕业设计中,我得到了指导老师的热心指导。自始至终关心督促毕业设计进程和进度。帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。还不断向我们传授分析问题和解决问题的办法,并指出了正确的努力方向,使我在毕设设计过程中少走很多弯路。感谢一些老师借阅的书籍,让我受益匪浅。同时,身边的同学给了我许多的帮助。在此,我向身边关心我的同学致以诚挚的谢意!在此,向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!衷心地感谢在百忙
32、之中评阅论文的导师!参考文献(太多了) 1. 成同福 王锦川,LED点阵式城市客车电子显示路牌的功能与使用,城市车辆,2003年第005期2. 夏志清,LED显示专利器件,现代显示.2004.000(002).3. 贾东耀 曾智刚 等,电梯系统LED点阵显示模块的设计,电子产品世界.2002.000(10B)4. 贾东耀 汪仁煌,LED显示屏动态显示和远程监控的实现,国外电子元器件.2002.000(009).5. 贾东耀 曾智刚 等,智能仪表LDE点阵显示模块的设计,电测与仪表.2002.039(007).6. 何井彪 任景龙,LED点阵式实时参数显示屏设计,热电技术.2001.000(00
33、4).7. 王艳秋 姜莹 等,一种新型智能式LED电子显示屏,自动化与仪表.2001.016(006).8. 徐治义 尹玉富,用单片机控制实现日历时间的LED点阵小屏幕显示,电子世界.2001.000(009).10. 汪清明,LED点阵显示牌的设计与动态显示控制,微计算机信息.2001.000(008).11. 齐国亮 刘亚军,一种LED混合显示屏的研制,山东电子.1999.000(004).12. 王宏民,LED点阵显示屏驱动方案,黑龙江电子技术.1999.000(005).13. 姚林发,LED显示屏微型计算机接口电路,贵州大学学报:自然科学版.1998.015(004).14. 张建明,丰富多采的LED点阵显示器,电子产品维修与制作.1998.000(005).15. 王继荣,多机控制的大屏幕显示系统,山西大学学报:自然科学版.1996.019(001).评语 内容已经接近课题了,文中的图片要自己画,不能拿别人的东西不做修改就用! 格式请对照毕业设计的要求修改!有进步,但还要继续努力!
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