點陣LED漢字顯示屏設(shè)計(新)

1、編號淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 學(xué)生姓名錢瑜婷 學(xué) 號15061411 系 部電子工程系 專 業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)/市場營銷 班 級150614 指導(dǎo)教師徐少明 副教授 高工 顧問教師 李會玲 高級工程師二一年六月摘要I摘 要隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，科技的日益完善，對在公共場合發(fā)布信息的需求日益增強(qiáng)。LED 顯示屏一種通過一定的控制方式，能夠顯示文字、文本、圖形、圖片， 動畫、行情等各種信息以及電視、錄像信號并由 LED 器件陣列組成的顯視屏幕應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)滿足了市場的迫切需求。LED 顯示屏作為一種新型的信息傳播手段，它的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為了一個城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。銀行、機(jī)場、車站、證券

2、中心、以及各種交易市場、醫(yī)院、體育場等需要進(jìn)行公告宣傳的場所。本課題設(shè)計一種基于單片機(jī)的實用漢字顯示屏，使用256個高量度發(fā)光管，組成了16行16列的發(fā)光點陣。僅作了一個字的輪流顯示，實際使用時可根據(jù)這個原理顯示更多的字?jǐn)?shù)。由于LED 點陣顯示器較為經(jīng)濟(jì)適用，由AT89S51為核心的點陣式漢字LED 顯示屏在各大公共場所得到了廣泛的應(yīng)用。它可以顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單的圖形，也可以根據(jù)需要使用不同字號、字型，顯示亮度高低。它之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞：LED ；單

3、片機(jī)；顯示屏目 錄II目 錄摘 要.I第一章 緒論. 11.1課題背景 . 11.1.1 選題背景. 11.1.2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 11.2 論文的主要內(nèi)容. 31.3 LED 顯示屏的特點. 31.4 LED 顯示屏產(chǎn)品的優(yōu)勢. 4第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計 . 62.1 16×16LED 顯示屏總體方案設(shè)計 . 62.1.1顯示屏系統(tǒng)硬件設(shè)計. 62.1.2 LED點陣顯示屏 . . 82.1.3 軟件系統(tǒng)方案. 82.2 系統(tǒng)的工作過程. 92.3 確定系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計. 10第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 . 113.1 AT89S51芯片的介紹 . 113.1.1

4、 AT89S51芯片的性能和特點. 113.1.2 AT89S51引腳功能介紹. 133.2 單片機(jī)設(shè)計. 143.3 硬件整體設(shè)計概述及功能分析. 15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 184.1 系統(tǒng)軟件流程. 184.2 系統(tǒng)軟件程序. 18第五章 系統(tǒng)調(diào)試 . 215.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試. 215.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試. 225.3 系統(tǒng)測試結(jié)果. 22第六章 總結(jié)與展望 . 236.1 總結(jié). 236.2 展望. 23致 謝. 26參考文獻(xiàn). 27附錄1電路原理圖 . 28附錄2 實物圖. 29附錄3 元器件清單 . 30淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計3 第一章 緒論1.1.1 選題背景LED

5、顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED 像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED 的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實用階段。LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點1。在短短的十來年中，LED 點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點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 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更

6、高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。LED 顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。（2）機(jī)場航班動態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。（4）體育場館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。1.1.2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）我國的LED 顯示屏發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED 產(chǎn)業(yè)已初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，1998年中國光學(xué)光電子待業(yè)協(xié)會光電器件分會LED 顯示屏專業(yè)委員會成立，此協(xié)會集中了

7、全國有代表性和影響的LED 顯示屏主要生產(chǎn)企業(yè)，成立之初有55家成員單位，目前已發(fā)展到67家，基本上包括了全國LED 顯示屏行業(yè)的主導(dǎo)企業(yè)。中國LED 產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了買器件、買芯片、買外延片之路后，目前已經(jīng)實現(xiàn)了自主生產(chǎn)外延片和芯片。現(xiàn)階段，從事該產(chǎn)業(yè)的人數(shù)達(dá)5萬多人，研究機(jī)構(gòu)20多家，企業(yè)4000多家，其中上游企業(yè)50余家，封裝企業(yè)1000余家，下游應(yīng)用企業(yè)3000余家。在“國家半導(dǎo)體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門和深圳等國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。2007年我國LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)主要集中在華東和華南地區(qū)

8、，這兩個地區(qū)的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模占到全國的60%以上，這一趨勢近兩年更為明顯。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2007年市場銷售額在1000萬元以上的企業(yè)有108家，占到85%，反映出行業(yè)內(nèi)企業(yè)平均規(guī)模水平在提升；2007年市場銷售額在5000萬元以上的企業(yè)有38家，占430%，其銷售額合計為40.8億元，銷售額占到了全行業(yè)的67.9%，反映出LED 顯示應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的集約化發(fā)展趨勢；2007年銷售額在1億元以上的企業(yè)有17家，占13.4%，其銷售額合計28.08億元，銷售額占到了全行業(yè)的46.7%。LED 顯示屏是發(fā)光二極管主要應(yīng)用面之一，近年來發(fā)展迅速，目前LED 顯示屏制作技術(shù)先進(jìn)，售價低，國外公司很難在大陸競爭市

9、場，據(jù)不完全統(tǒng)計，1998年我國LED 顯示屏生產(chǎn)廠商有150多家，制造各類顯示屏約五萬平方米，實現(xiàn)產(chǎn)值14億元，主要生產(chǎn)廠家有北京蘭通、南京洛普、聯(lián)創(chuàng)健和、上海信茂、上海三思科、東北微電子、西安青松、天津數(shù)據(jù)、深圳同洲等，這些公司生產(chǎn)的戶外屏，全彩色室內(nèi)外屏都能為用戶接受，推動了信息顯示市場發(fā)展。（2）我國的LED 顯示屏發(fā)展趨勢1. 藍(lán)色及純綠色LED 產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。全彩色LED 顯示屏將是LED 顯示屏的重要發(fā)展方向。2. 材料、技術(shù)的成熟及市場價格的基本均衡之后，LED 顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為LED 顯示屏發(fā)展的一個新趨勢。3. 信息化

10、社會的形成，LED 顯示民間的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計大型或超大型LED 顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要示訴小型LED 顯示民間會有較大提高。LED 顯示頻正在向著高亮度、全彩化，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向快速發(fā)展。（3）選題意義通過這次的課題研究可以使我們更好的掌握點陣式漢字LED 的原理及制作，以及對LED 顯示屏在我們的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢也有了很好的了解。現(xiàn)代信息社會中，作為人-機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并將成為二十一世紀(jì)平

11、板顯示的代表性主流產(chǎn)品。這也意味著這次的課題研究帶給我們的是更大的發(fā)展前景，更好的發(fā)展前途。1.2 論文的主要內(nèi)容針對設(shè)計題目的特點，作者對論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排：（1）初步方案的論證和選擇搜集與題目的有關(guān)的資料，并擬定幾套設(shè)計方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以PC 機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動電路的設(shè)計方案。（2）方案實現(xiàn)5以設(shè)計方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對比選擇選定AT89S51單片機(jī)為核心控制器件，由74LS154作為字位電路器件，三極管2N5551和2N5401為驅(qū)動電路器件。論文列出了詳細(xì)

12、的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。（3）軟件編寫根據(jù)硬件特點和設(shè)計要求，軟件選用C 語言編寫。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個編寫和調(diào)試，最后將獨立的模塊整合起來。（4）驗證與測試調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來進(jìn)行。在硬件調(diào)試中出現(xiàn)有單片機(jī)端口驅(qū)動能力不足、驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定等問題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問題。通過分析，查找找出了問題原因并設(shè)法將其解決。（5）結(jié)論設(shè)計完成后對設(shè)計中所遇到的問題、經(jīng)驗教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。1.3 LED顯示屏的特點組合型led 點陣顯示器以發(fā)光二極體為圖素，它用高亮

13、度led 芯片進(jìn)行陣列組合后，再透過環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。點陣顯示器有單色和雙色兩類，可顯示紅，黃，綠，橙等。led 點陣有4×4、4×8、5×7、5×8、 8×8、16×16、24×24、40×40等多種；根據(jù)圖素的數(shù)目分為等，雙原色、三原色等，根據(jù)圖素顏色的不同所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同，單原色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙原色和三原色點陣顯示內(nèi)容的顏色由圖素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極體點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃

14、色，如果按照脈沖方式控制二極體的點亮?xí)r間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。幾種led 點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其他型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得，led 點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)位，也可顯示各種中西文字及符號，如5 x 7點陣顯示器用于顯示西文字母，5×8點陣顯示器用于顯示中西文，8 x 8點陣用于顯示中文文字，也可用于圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過微機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動。由led 點陣顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，器件宜采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式工作，由于led 管芯大多為高亮度型，因此某行或某列的單體 l

15、ed驅(qū)動電流可選用窄脈沖，但其平均電流應(yīng)限制在20ma 內(nèi)，多數(shù)點陣顯示器的單體led 的正向壓降約在2v 左右，但大亮點10的點陣顯示器單體 led的正向壓降約為6v 。6大屏幕顯示系統(tǒng)一般是將由多個led 點陣組成的小模組以搭積木的方式組合而成的，每一個小模組都有自己的獨立的控制系統(tǒng)，組合在一起后只要引入一個總控制器控制各模組的命令和資料即可，這種方法既簡單而且具有易展、易維修的特點。led 點陣顯示系統(tǒng)中各模組的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬體接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動，從上到下逐次不斷地

16、對顯示幕的各行進(jìn)行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字資訊的脈沖信號，反復(fù)以上操作，就可顯示各種圖形或文字資訊。1.4 LED顯示屏產(chǎn)品的優(yōu)勢LED 顯示屏產(chǎn)品的優(yōu)勢：1. 高的換幀頻率（不小于300hz ）極大的提高了圖像的穩(wěn)定性。2. 高的灰度級，使常規(guī)真彩數(shù)據(jù)RGB 各8位（256級數(shù)據(jù)）分別擴(kuò)展為14位，并通過局部控制掃描的方式，將14位數(shù)據(jù)量完全轉(zhuǎn)換為214=16384個亮度檔次，從而實現(xiàn)16384級灰度。3. 通過人眼的視覺特性，根據(jù)白天及晚間環(huán)境光的變化，進(jìn)行最高亮度及最低亮度值的改變（根據(jù)查色表）不倫差值如何改變，在該亮度范圍內(nèi)可實現(xiàn)16384級的灰度，從而極大的提高了圖像顯示

17、的清晰度，紅綠蘭可獨立進(jìn)行任意校正，對顯示屏進(jìn)行手動或自動亮度調(diào)節(jié)100級軟件調(diào)節(jié)、硬件16級亮度調(diào)節(jié)。4. 合理的結(jié)構(gòu)、簡單的組合，使顯示屏體重量達(dá)到最低。5. 合理的工作電流，既不降低亮度，又提高了工作效率，使顯示屏可在不用空調(diào)降溫的條件下正常工作。6. 采用數(shù)據(jù)分塊處理，各塊同步并行通訊的方式，極大的提高通訊速度。7. 遠(yuǎn)程通訊使用千兆網(wǎng)高速數(shù)據(jù)通訊芯片，采用光電隔離技術(shù)，從而極大的提高了防靜電防雷擊的性能。8. 顯示屏可通計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。9. 具有先進(jìn)的顯示屏內(nèi)溫、濕度、煙霧監(jiān)控，適時調(diào)節(jié)溫濕度并有報警功能。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 7第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計2.1 16

18、5;16LED 顯示屏總體方案設(shè)計由于LED 顯示屏的特性及作用，大多數(shù)的LED 顯示屏都是放在戶外的，所以對硬件的質(zhì)量要求非常的高。也為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。硬件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。圖2-1 系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2-1所示，根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機(jī)四部分組成。上位機(jī)通過通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，控制部分執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。1. 顯示屏主控制器控制部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機(jī)通信接收上位機(jī)發(fā)

19、送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內(nèi)容。其常用的電子設(shè)計方法有單片機(jī)、DSP 、及EDA 技術(shù)。幾種設(shè)計方法比較各有其特點：（1）單片機(jī)單片機(jī)是集成了CPU ，ROM ，RAM 和I/ O口的微型計算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制, 因此又叫微控制器(MCU。單片機(jī)品種齊全, 型號多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術(shù)，片上I/O非常豐富，有的單片機(jī)集成有A/ D ，“ 看門狗”，PWM ，顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NM

20、OS 工藝單片機(jī)被CMOS 代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V ，2V 甚至到1V ，工作電流由mA 降至A ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。（2）DSP 芯片淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計8 DSP 又叫數(shù)字信號處理器。顧名思義，DSP 主要用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復(fù)運算及大數(shù)據(jù)容量的信號處理?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，DSP 具有修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。將程序與數(shù)據(jù)存儲器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。DSP 區(qū)別于

21、一般微處理器的另一重要標(biāo)志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實現(xiàn)乘法, 逐條執(zhí)行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS ，MACD 指令等。（3）EDAEDA(即Electronic Design Automation 即電子設(shè)計自動化，它是以計算機(jī)為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助ED

22、A 工具就可得到設(shè)計結(jié)果, 將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實現(xiàn)。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機(jī)。而且MCU 和DSP 都是通過串行執(zhí)行指令來實現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實現(xiàn)硬件上的并行工作，在實時測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。 三種設(shè)計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制

23、功能，但單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用。現(xiàn)在市場上常用的單片機(jī)主要有MCS-51、A VR 、ARM 、PIC 等。其中應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)首推Intel 的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的教材。且51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機(jī)作為控制部分的核心器件。2.1.2 LED點陣顯示屏LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管

24、點陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED 顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。構(gòu)成LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來，二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED 點陣子模塊構(gòu)成大的LED 點陣模塊。這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點在于當(dāng)單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計9本較低，缺點在于連接線路復(fù)雜；而點陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個LED 出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有LED 都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個LED 點陣顯示屏。

25、 一個16×16的LED 顯示屏行和列各有16支引腳，不能單靠51單片機(jī)的端口驅(qū)動所以必須要對單片機(jī)的端口個數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。經(jīng)常采用的端口擴(kuò)展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行譯碼。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有74LS154（4線-16線譯碼器）、74LS164（8位串并轉(zhuǎn)換器）、74HC595等。51系列單片機(jī)端口低電平時，吸入電流可達(dá)20mA ，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十甚至更小（電流實際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動LED 顯示屏顯示。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動電路。2.1.3 軟件系統(tǒng)方案軟件的編寫需要借助軟件

26、編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。51單片機(jī)的編程語言可以是匯編語言，也可以是高級語言，如由C 語言演變而成的C51語言等。匯編語言產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短，占用的存儲空間小, 執(zhí)行速度快，能充分發(fā)揮單片機(jī)的硬件功能，但對于復(fù)雜的應(yīng)用來講使用匯編語言編程復(fù)雜，程序的可讀性和可移植性不強(qiáng)。高級語言產(chǎn)生的目標(biāo)代碼長，占用的存儲空間大，執(zhí)行速度慢。但這是相對于匯編語言來講的，其實C 語言在大多數(shù)情況下的機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可

27、移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，編程效率也大大高于匯編語言。由于本系統(tǒng)相對比較簡潔，因此使用匯編作為該顯示系統(tǒng)的編程語言。2.2 系統(tǒng)的工作過程漢字顯示屏廣泛應(yīng)用與汽車報站器，廣告屏等。本文介紹一種實用的漢字顯示屏的制作，考慮到電路元件的易購性，沒有使用8*8的點陣發(fā)光管模塊， 而是直接使用了256個高量度發(fā)光管，組成了16行16列的發(fā)光點陣。同時為了降低制作難度， 僅作了一個字的輪流顯示，實際使用時可根據(jù)這個原理自行擴(kuò)充顯示的字?jǐn)?shù)。1、漢字顯示的原理：我們以UCDOS 中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一淮

28、安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 10個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字， 也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。圖2-2顯示漢字“大”的點陣圖形我們以顯示漢字“大”為例，來說明其掃描原理：在UCDOS 中文宋體字庫中，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。如果用8位的AT89C51單片機(jī)控制， 由于單片機(jī)的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般我們把它拆分為上部和下部，上部由8*16點陣組成， 下部也由8*16點陣組成。在本例中單片機(jī)首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00-P07口。方向為P00到P07 ,顯示漢字“大”時，P05點

29、亮, 由上往下排列，為P0.0 滅，P0.1 滅, P0.2 滅P0.3 滅, P0.4 滅, P0.5 亮,P0.6 滅,P0.7 滅。即二進(jìn)制00000100，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為 04H.。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，即從P27向P20方向掃描，從上圖可以看到，這一列全部為不亮， 即為00000000，16進(jìn)制則為00H 。 然后單片機(jī)轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為P05點亮，為00000100，即16進(jìn)制04H. 這一列完成后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描，P21點亮，為二進(jìn)制00000010，即16進(jìn)制02H. 依照這個方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，

30、一共掃描32個8位， 可以得出漢字“大”的掃描代碼為：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H由這個原理可以看出， 無論顯示何種字體或圖像， 都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件， 我們就不必自己去畫表格算代碼了。軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。第二章

31、 系統(tǒng)方案設(shè)計11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， 就可以得到顯示的漢字了。 在這個例子里，由于一共用到16行，16列， 如果將其全部接入89c51單片機(jī)， 一共使用32條I/O口，這樣造成了I/O資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)充的余地。 實際應(yīng)用中我們使用4-16線譯碼器74ls154來完成列方向的顯示。 而行方向16條線則接在P0口和P2口。電路中行方向由P0口和P2口完成掃描，由于P0口沒有上拉電阻，因此接一個4.7k*8的排阻上拉。 如沒有排阻，也可用8個普通的4.7k 1/8w電阻。為提高負(fù)載能力，接16個2n5551的NPN 三極管驅(qū)動。列方向則由

32、416譯碼器74LS154完成掃描，它由89C51的P1.0-P1.3控制。同樣，驅(qū)動部分則是16個2N5401的三極管完成的。電路的供電為一片LM7805三端穩(wěn)壓器，耗電電流為100ma 左右。2.3 確定系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計本單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以單片機(jī)為核心外部擴(kuò)展相關(guān)電路的形式。確定了系統(tǒng)中的單片機(jī)、存儲器分配及輸入/輸出方式就可大體確定出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 的基本組成?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計12第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計13 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計是本課題設(shè)計的重點，硬件電路主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)的設(shè)計、顯示電路的設(shè)計、鍵盤電路的設(shè)計、溫度測量電路的設(shè)計

33、、溫度控制電路的設(shè)計、電源電路的設(shè)計。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計是本課題設(shè)計的重點，硬件電路主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)的設(shè)計、顯示電路的設(shè)計、鍵盤電路的設(shè)計、溫度測量電路的設(shè)計、溫度控制電路的設(shè)計、電源電路的設(shè)計。3.1 AT89S51芯片的介紹3.1.1 AT89S51芯片的性能和特點在眾多的51系列單片機(jī)中，要算A TMEL 公司的AT89C51， A T89S51更實用，因它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K 程序存儲器是FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為ATMEL AT89XX 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的

34、要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。而且，AT89C51、AT89S51目前的售價比8031還低，市場供應(yīng)也很充足。AT89S51目前已經(jīng)成為了實際應(yīng)用市場上新的寵兒，與AT89C51比較，A T89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，采用0.3511m 新工藝，成本降低，而且將功能提升，增加了競爭力。AT89SXX 可以向下兼容89CXX 等51系列芯片。比較AT89C51和AT89S51二者有如下不同：程序存儲器寫入方式：二者的寫入程序的方式不同，AT89C51只支持并行寫入，同時需要VPP 編程高壓。AT89S51則支持ISP 在線可編程寫

35、入技術(shù)。串行寫入、速度更快、穩(wěn)定性更好，編程電壓也僅僅需要45V即可。市場價格：由于AT89C51己經(jīng)全面停產(chǎn)，所以在市場價格方面，庫存的89C51的批發(fā)價格要比AT89S51貴將近一倍。兼容型：A T89S51向下兼容AT89C51，就是說用AT89S51可以替代AT89C51使用，同樣的程序，運行結(jié)果相同。加密功能：AT89S51系列全新的加密算法，這使得對于A T89S51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 抗干擾性：內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像AT89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。電源范圍：AT89S51電源范圍寬達(dá)45.5V，而A

36、T89C51系列在低于4.8V 和高于5.3V 的時候則無法正常工作。工作頻率：目前AT89S51的性能遠(yuǎn)高于AT89C51，A T89S51系列支持最高高達(dá)33MHz 的工作頻率，而AT89C51工作頻率范圍最高只支持到24MHz 。 編程壽命更長：AT89S51標(biāo)稱的1000次，實際最少是1000次10000次，這淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 14樣更有利初學(xué)者反復(fù)燒寫，減低學(xué)習(xí)成本。綜合上面的一些區(qū)別，決定采用AT89S51作為顯示屏主控制器。AT89S51是一種帶4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(E2PROM-Flash Programmable and Erasable Re

37、ad Only Memory的低電壓、高性能CMOS 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，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-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芯片中，ATMEL 的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部資源一個8位的CPU一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路4KB 的Flash ROM128B 的內(nèi)部RAM可擴(kuò)展的64KB 外部RAM 和ROM 的控制電路2個16位定時器/計數(shù)器26個特殊功能寄存器（雙數(shù)據(jù)指針）4個8位并行I/0口 1個全雙工串行

38、口5個中斷源，兩個優(yōu)先級內(nèi)部硬件看門狗電路一個SPI 串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程3.1.2 AT89S51引腳功能介紹圖3-1 A T89S51引腳圖AT89S51的引腳圖如圖3-1所示：VCC ：供電電壓。GND ：接地。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計15P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個TTL 門電流。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL 門電流。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL 門電流。P3口：P3口管腳是8個內(nèi)部帶上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TT

39、L 門電流。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，即第二功能引腳功能說明如下： P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（定時/計數(shù)器0外部輸入）P3.5 T1（定時/計數(shù)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號RST ：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。PSEN ：

40、外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。EA /VPP：當(dāng)EA 保持低電平時，在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH ），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA 將內(nèi)部鎖定為RESET ；當(dāng)EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP ）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 單片機(jī)設(shè)計單片機(jī)的最小硬件系統(tǒng)是指單片機(jī)工作必須具備的硬件的內(nèi)部條件，硬件才可能最少。如圖3-2以AT89S51單片機(jī)為核心的最小硬件

41、系統(tǒng)。最小硬件系統(tǒng)包括以下四部分。1、最小硬件系統(tǒng)的組成淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 16所謂最小硬件系統(tǒng)是指單片機(jī)能工作所必須具備的硬件條件，它包括四個部分，如圖3-2所示：電源電路：芯片接上5V 電源，即40腳接5V 電源的正，20腳接地。 時鐘電路：18、19腳接晶體振蕩器和電容構(gòu)成時鐘電路，如圖所示。 程序存儲器選擇EA ：AT89S51片內(nèi)有EEPROM ，EA 接“+5V”電壓。復(fù)位電路：為保證單片機(jī)正常工作，必須有復(fù)位電路，電路復(fù)位后程序 從頭開始運行。要使電路復(fù)位，只要在復(fù)位引腳上加兩個機(jī)器周期以上的高 電平。圖3-2 單片機(jī)最小硬件系統(tǒng)2、最小硬件系統(tǒng)檢查40引腳有無+5

42、V電源31引腳是否為+5V電壓9引腳正常工作應(yīng)為低電平時鐘引腳電壓19引腳電壓只有零點幾伏3.3 硬件整體設(shè)計概述及功能分析顯示系統(tǒng)具體設(shè)計主要由上位機(jī)，通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動電路和16×16的點陣屏六部分組成。具體工作流程為：上位PC 機(jī)通過通信系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機(jī)接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過I/O口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸?shù)谌?系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 17出，最后由顯示驅(qū)動電路進(jìn)行電壓和電流的處理以達(dá)到LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進(jìn)而使顯示屏顯示內(nèi)容11。根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求

43、能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng)之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖3-3所示。圖3-3 硬件原理圖該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點：（1）LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標(biāo)準(zhǔn)。并且顯示要清晰。（2）驅(qū)動電路要能提供LED 顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。（3）譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機(jī)以及驅(qū)動電路的要求?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計18 （4）單片機(jī)要能接收上位機(jī)的指令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制LED 顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動能力要足以驅(qū)動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求。（5）單片機(jī)由ISP 下載線下載

44、程序和供電，可不設(shè)立專用供電電源。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 19第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件采用匯編語言編程，用南京偉福編程環(huán)境進(jìn)行編譯，軟件設(shè)計包括主程序和外中斷服務(wù)程序兩部分。主程序完成系統(tǒng)初始化、溫度采集、數(shù)據(jù)處理、溫度顯示及超限報警燈功能，中斷服務(wù)程序完成按鍵操作與處理。DS18B20 采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式, 實現(xiàn)溫度采集的編程關(guān)鍵是嚴(yán)格執(zhí)行單總線協(xié)議。根據(jù)DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：（1） 每一次讀寫之前都要對DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，即由單片機(jī)按照時序要求發(fā)送一復(fù)位脈沖，DS18B20 送出存在脈沖。（2） 復(fù)位成功后發(fā)送一條寫R

45、OM 指令， （3） 發(fā)送存儲器操作指令，這樣才能對DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。4.1 系統(tǒng)軟件流程系統(tǒng)軟件流程圖4.2 系統(tǒng)軟件程序程序清單：ORG 00HLOOP: MOV A,#0FFH ；開機(jī)初始化，清除畫面MOV P0,A ；清除P0口ANL P2,#00 ；清除P2口MOV R2,#200D100MS: MOV R3,#250 ；延時100毫秒淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計20DJNZ R3,$DJNZ R2,D100MSMOV 20H,#00H ；取碼指針的初值L100: MOV R1,#100 ；每個字的停留時間L16: MOV R6,#16 ；每個字16個碼MOV R4

46、,#00H ；掃描指針清零MOV R0,20H ；取碼指針存入R0L3: MOV A,R4 ；掃描指針存入AMOV P1,A ；掃描輸出INC R4 ；掃描指針加1，掃描下一個MOV A,R0 ； 取碼指針存入AMOV DPTR,#TABLE ；取數(shù)據(jù)表的上半部分的代碼MOVC A,A+DPTRMOV P0,A ； 輸出到P0INC R0 ；取碼指針加1，取下一個碼。MOV A,R0MOV DPTR,#TABLE ；取數(shù)據(jù)表下半部份的代碼MOVC A,A+DPTRMOV P2,A ；輸出到P2口INC R0MOV R3,#02 ；掃描1毫秒DELAY2: MOV R5,#248 ；DJNZ R

47、5,$DJNZ R3,DELAY2MOV A,#00H ；清除屏幕MOV P0,AANL P2,#00HDJNZ R6,L3 ；一個字16個碼是否完成？DJNZ R1,L16 ；每個字的停留時間是否到了？MOV 20H,R0 ；取碼指針存入20HCJNE R0,#0FFH,L100 ；8個字256個碼是否完成？JMP LOOP ；反復(fù)循環(huán)TABLE :；漢字“倚”的代碼db 01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFHdb 0E2H,00H,22H,00H,22H,0FCH,26H,88H第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計21db 2AH,88H,0F2H,88H,2AH,0FAH,26H,01Hdb 63H,0FEH,26H,00H,02H,00H,00H,00Hend ；以下分別輸入天，一，出， 寶，刀，屠，龍，的代碼?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計22第五章 系統(tǒng)調(diào)試23 第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試（1）采用一塊12*20cm的萬能電路板，應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量好些的發(fā)