LED點(diǎn)陣顯示屏設(shè)計(jì)__單片機(jī)_課程設(shè)計(jì)

1、摘 要本文研究了基于P89C51單片機(jī)LED8×8點(diǎn)陣顯示屏的設(shè)計(jì)并運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行原理圖繪制，運(yùn)用Keil軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。主要介紹了LED8×8點(diǎn)顯示屏的硬件電路設(shè)計(jì)、匯編程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、Proteus軟件繪制原理圖和實(shí)物制作等方面的內(nèi)容，本顯示屏的設(shè)計(jì)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。能幫助廣大電子愛好者了解漢字的點(diǎn)陣顯示原理，認(rèn)識單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用方法，并提高單片機(jī)知識技術(shù)的運(yùn)用能力。利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能，也可以滿足計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性、迅速性，并且電路簡單、操作簡單、通用性強(qiáng)。目錄1 緒論11.1 前言1

2、1.2 選題背景11.3設(shè)計(jì)要求21.4 國內(nèi)外的研究概況21.5此次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容應(yīng)解決的問題22 總體設(shè)計(jì)方案32.1 硬件電路組成32.2 系統(tǒng)各單元電路設(shè)計(jì)42.2.1 P89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)42.2.2 按鍵控制電路42.2.3 三極管驅(qū)動電路42.2.4 8×8 LED點(diǎn)陣介紹52.3 字符的點(diǎn)陣顯示原理及字庫代碼獲取方法63 程序設(shè)計(jì)73.1程序流程圖73.2程序設(shè)計(jì)74 調(diào)試及性能分析84.1系統(tǒng)調(diào)試84.1.1軟件調(diào)試84.1.2硬件調(diào)試84.2設(shè)計(jì)分析8總結(jié)9致謝10參考文獻(xiàn)11附 錄12附錄1 原件清單12附錄2硬件原理圖13附錄3程序清單141 緒論1

3、.1 前言 LED點(diǎn)陣顯示屏是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時(shí)也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)。目前大多數(shù)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果(主要是顯示內(nèi)容的滾動)的實(shí)現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行。而實(shí)際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運(yùn)行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標(biāo)顯示等。這時(shí)一般的顯示系

4、統(tǒng)就很難達(dá)到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符往往難以顯示，同時(shí)顯示內(nèi)容也不能隨意更改。    因此就提出了一種利用PC機(jī)和單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)通信方法。該方法可以對顯示內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現(xiàn)諸如動態(tài)顯示效果。同時(shí)用戶也可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽，顯示內(nèi)容亦可以即時(shí)修改。同時(shí)它具有發(fā)光率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并廣泛的用于公交汽車、商店、體育場館、車站、學(xué)校、銀行、高速公路等公共場所的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED 顯示屏發(fā)展較快，本文講述了基于P89C51單片機(jī)8×8 LE

5、D漢字點(diǎn)陣滾動顯示的基本原理、硬件組成與設(shè)計(jì)、程序編寫與調(diào)試、Proteus軟件仿真等基本環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)。1.2 選題背景LED電子顯示屏是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高、使用成本低等特點(diǎn)，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED 點(diǎn)陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而成 為眾多顯示媒體以

6、及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時(shí)也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)。1.3設(shè)計(jì)要求利用一塊點(diǎn)陣數(shù)碼板，按編程者要求實(shí)現(xiàn)任意符號的顯示。1.4 國內(nèi)外的研究概況目前大多數(shù)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內(nèi)容的滾動）的實(shí)現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行。而實(shí)際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運(yùn)行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標(biāo)顯示等。這時(shí)一般的顯示系統(tǒng)就很難達(dá)到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時(shí)顯示內(nèi)容

7、也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機(jī)和單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內(nèi)容（包括漢字和特殊圖符）進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現(xiàn)諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該方法同時(shí)還可以調(diào)節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時(shí)用戶也可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽，顯示內(nèi)容亦可以即時(shí)修改。在我國改革開放之后，特別是進(jìn)入90年代國民經(jīng)濟(jì)高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢，因而在LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。1.5此次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容應(yīng)解決的問題此次設(shè)計(jì)研

8、究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)符號顯示牌：通過程序控制符號顯示牌，使符號顯示牌，在無按鍵按下時(shí)，顯示數(shù)字“0-9”，當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存I時(shí)，顯示字母“”，當(dāng)?shù)诙伟聪掳存I時(shí)顯示漢字“公”。應(yīng)解決的問題：單片機(jī)P1口的輸出電流不足以驅(qū)動二極管，需要加驅(qū)動，本次研究中以S8050作為驅(qū)動，同時(shí)在S8050NPN晶體管基極加4.7K的電阻。實(shí)驗(yàn)前要弄清晶體管三個(gè)引腳代表的極性，以免符號顯示牌不亮導(dǎo)致而設(shè)計(jì)失敗。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 硬件電路組成本產(chǎn)品采用以P89C51單片機(jī)為核心芯片的電路來實(shí)現(xiàn)，主要由P89C51芯片、晶振電路、三極管驅(qū)動電路、按鍵控制電路、8×8 LED點(diǎn)陣5部分組成，電路框圖如

9、圖1所示。其中，P89C51是一種帶4kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS一51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，能夠進(jìn)行1 000次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌人式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。因此，在智能化電子設(shè)計(jì)與制作過程中經(jīng)常用到P89C51芯片。時(shí)鐘電路由P89C51的18，1

10、9腳的時(shí)鐘端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X 、電容C2、C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R ，R2，電容C ，開關(guān)K 組成，分別接至P89C51的RST復(fù)位輸人端。LED點(diǎn)陣顯示屏采用8x8共64個(gè)象素的點(diǎn)陣，可通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點(diǎn)陣的引腳分布。我們把行列總線接在單片機(jī)的I/O口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的字符了。我們在實(shí)際應(yīng)用中是將LED點(diǎn)陣的8條列線通過驅(qū)動電路接在P1口，8條行線通過限流電阻接在P0口。單片機(jī)89C51按照設(shè)定的程序在P1和P0接口輸出與內(nèi)部字符對應(yīng)的代碼電平送至L

11、ED點(diǎn)陣的行列線(高電平驅(qū)動)，從而選中相應(yīng)的象素LED發(fā)光，并利用人眼的視覺暫留特性合成整個(gè)字符的顯示。再改變?nèi)”淼刂穼?shí)現(xiàn)字符的滾動顯示。硬件電路組成框圖如圖5所示。圖2-1 硬件電路組成框圖2.2 系統(tǒng)各單元電路設(shè)計(jì)2.2.1 P89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖2-2為P89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)。圖2-2 P89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.2 按鍵控制電路單片機(jī)開始工作時(shí)，P2.0是高電平。當(dāng)按鍵按下時(shí)，檢測到一個(gè)低電平信號，改變P0口輸出信號，控制8×8 LED點(diǎn)陣顯示屏顯示不同字符。圖2-3 按鍵控制電路2.2.3 三極管驅(qū)動電路掃描

12、驅(qū)動電路的功能主要是有P1口輸出高電平使三極管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)輸出足夠大的電流使二極管導(dǎo)通。圖2-4 三極管驅(qū)動電路2.2.4 8×8 LED點(diǎn)陣介紹圖（4）為8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳圖，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點(diǎn)亮，則電子模塊中的0口為1，A口為0即可。應(yīng)用時(shí)限流電阻可以放在橫軸或列軸。 圖2-5 8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳(1)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0端口用8芯排芯連接到“點(diǎn)陣模塊”區(qū)域中的“AH”端口上；(2)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1端口用8芯排芯連接到“點(diǎn)陣模塊”區(qū)域中的“07”端口上；

13、為了方便于單片機(jī)連接，我們在焊接的過程中特意將07接口排列出來作為列，將AH接口作為行，這樣我們就可以直接將P89C51單片機(jī)的P0口與07接口一次連接，將P89C51單片機(jī)的P1口與AH接口一次連接。要使LED發(fā)亮即使給予數(shù)字端高電平，字母端給予低電平，就能使二極管發(fā)亮。2.3 字符的點(diǎn)陣顯示原理及字庫代碼獲取方法 我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個(gè)字由8行8列的點(diǎn)陣組成顯示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)象素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在64象素范圍內(nèi)的任何圖形。如查用8位的P89C51單片機(jī)控制，如圖所示圖2-6 8×8點(diǎn)

14、陣等效電路為了弄清楚漢字的點(diǎn)陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。首先將8行分成4位的上、下兩部分，把發(fā)光的象素位編為0不發(fā)光的象素位為1的十六進(jìn)制代碼。這樣就把要顯示的“公”字編為如下代碼：0x7f,0xbf,0xc1,0xdf,0xdf,0xdf,0xc1,0xdf由這個(gè)原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個(gè)方法來分析出他的掃描代碼從而顯示在屏幕上。上述方法雖然能夠讓我們弄清楚字符點(diǎn)陣代碼的獲取過程。字符點(diǎn)陣顯示一般有點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點(diǎn)掃描方法的掃描頻率必須大于16×641024 Hz，周期小于1 ms即可。行掃描和列掃描方法

15、的掃描頻率必須大于16×8128 Hz，周期小于78 ms即可。3 程序設(shè)計(jì)3.1程序流程圖 圖3-1 主程序流程圖3.2程序設(shè)計(jì)根據(jù)上述所說的程序流程圖，設(shè)計(jì)程序如附錄3。4 調(diào)試及性能分析4.1系統(tǒng)調(diào)試4.1.1軟件調(diào)試首先根據(jù)各單元電路模塊，利用Proteus軟件將總的硬件原理圖繪制好，設(shè)計(jì)好各模塊要使用的I/O口，如：8×8點(diǎn)陣LED顯示屏?xí)r候插反，先檢測下，無硬件錯誤后，再進(jìn)行程序編程。利用C語言的編程方式，將系統(tǒng)要求的基本功能，以及創(chuàng)新功能根據(jù)程序流程圖編寫出來，用Keil軟件調(diào)試無誤后，生成Hex文件。雙擊Proteus中的P89C51芯片，將Keil生成的H

16、ex加載到芯片內(nèi)，進(jìn)行仿真，經(jīng)調(diào)試后所編寫的程序能夠完美實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的各種功能。4.1.2硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如下：(1) 檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，對未連接的進(jìn)行修復(fù)。(2) 參照原理圖，檢查各個(gè)器件之間的連接是否連接正確，是否存在虛焊，經(jīng)測試，各連接不存在問題。(3) 以上兩項(xiàng)檢查并修復(fù)完后，給該硬件電路上電，電源指示燈點(diǎn)亮。(4) 將燒錄好程序的最小單片機(jī)系統(tǒng)接入各模塊后，各模塊能過正常工作，如：數(shù)碼管正常發(fā)光。4.2設(shè)計(jì)分析將燒錄好程序的最小單片機(jī)系統(tǒng)與各模塊連接好后，8

17、5;8點(diǎn)陣LED顯示屏顯示初始值。按鍵一次之后，顯示屏顯示滾動字符，再按鍵一次，顯示屏顯示漢字“公”。經(jīng)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試后，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)完美實(shí)現(xiàn)了所需的控制要求和創(chuàng)新要求?？偨Y(jié)本文設(shè)計(jì)一個(gè)8×8點(diǎn)陣LED圖文顯示屏。經(jīng)過測試，LED各點(diǎn)亮度均勻，可顯示圖形和文字，且穩(wěn)定清晰無串?dāng)_。本系統(tǒng)具有硬件少、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。通過查閱資料，了解了LED發(fā)光原理和LED顯示技術(shù)的原理和現(xiàn)狀。在 LED點(diǎn)陣顯示屏的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)到了很多東西，復(fù)習(xí)了Protel、Proteus、Keil等軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用?；玖私饬苏麄€(gè)嵌入式開發(fā)的流程。例如，在進(jìn)行整個(gè)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該先根據(jù)需求

18、分析，對單片機(jī)進(jìn)行選型，然后對各個(gè)硬件模塊進(jìn)行搭試。在畫PCB電路板的時(shí)候，要注意基本的布板原則。在焊接電路板的時(shí)候，應(yīng)該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個(gè)進(jìn)行焊接測試。在對各個(gè)硬件模塊進(jìn)行測試時(shí)，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時(shí)，不知道到底是哪一方出錯了?？傊@次設(shè)計(jì)開發(fā)，本人受益非淺，在以后的開發(fā)過程中一定總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，為以后的學(xué)習(xí)工作打好基礎(chǔ)。致謝本論文是在李老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始至終得到李老師的精心指導(dǎo)和幫助。老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)創(chuàng)新的工作作風(fēng)、對事業(yè)和科學(xué)的執(zhí)著追求，以及對我們小組諄諄教誨給我

19、留下了深刻的印象，使我受益終身。在課題的研究設(shè)計(jì)過程中，我不僅從李老師那里學(xué)到許多專業(yè)知識，更重要的是學(xué)會了學(xué)習(xí)新知識并將其鞏固的方法，這無疑是一把開啟未來生活的鑰匙，特此向李老師表示衷心的感謝！在此，還要感謝我們的同學(xué)，感謝你們的無私奉獻(xiàn)和熱情的幫助，使我們克服了很多困難，最終完成了論文。在大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友們表示由衷的謝意!衷心的感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師！參考文獻(xiàn)1 潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用（第二版）M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007  2 張志良.單片機(jī)原理

20、及控制技術(shù)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 3 李華.MCS-51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M北京：北京航空航天出版社，19974 諸昌鈐.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù)M成都：電子科技大學(xué)出版社，2000附 錄附錄1 原件清單器件名稱數(shù)量NPN（8050）88*8點(diǎn)陣數(shù)碼管 3mm紅色1電阻470歐8電阻4.7K8電阻10K1按鈕1萬能板140PIN2.54mm單排針20排插16連線（杜邦線）若干附錄2硬件原理圖附錄3程序清單#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar i

21、,j,k,scan,num,count;sbit key=P20;uchar code table1=0x7f,0xbf,0xc1,0xdf,0xdf,0xdf,0xc1,0xdf; /uchar code table2=0xf7,0xdb,0xad,0xb7,0xbe,0xdd,0xbb,0xf7; /公uchar code table8=0xff,0xff,0xc3,0xbd,0xbd,0xc3,0xff,0xff, /00xff,0xbf,0xbb,0x81,0x80,0xbf,0xbf,0xff, /10xff,0xff,0xbb,0x9d,0xad,0xb3,0xff,0xff, /20xff,0xff,0xdd,0xbe,0xb6,0xc9,0xff,0xff, /30xff,0xef,0xe7,0xeb,0x81,0xef,0xef,0xff, /40xff,0xff,0xd1,0xb5,0xb5,0xcd,0xff,0xff, /50xff,0xff,0xc1,0xb6,0xb6,0xcd,0xff,0xff, /60xff,0xff,0xfd,0xfd,0x8d,0xf5,0xf9,0xff, /70xff,0xff,0xc9,0xb6,0xb6