LED大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要LED點陣顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它具有發(fā)光效率高、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)能力強等優(yōu)點。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公共場合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程，自20世紀(jì)八十年代開始，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。LED點陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號，通常用來顯示時間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。文章給出了一種基于MCS-51單片機的4個8*8點陣LED顯示屏的設(shè)計方案。包括系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案,軟件流程圖和部

2、分匯編語言程序等方面。在負(fù)載范圍內(nèi), 只需通過簡單的級聯(lián)就可以對顯示屏進(jìn)行擴(kuò)展,是一種成本低廉的圖文顯示方案。本設(shè)計主要以AT89C51單片機為核心，采用串行傳輸、動態(tài)掃描技術(shù)，制作一款擁有PC機通信功能的，模塊化LED多功能顯示屏。關(guān)鍵詞：LED；發(fā)光二級管；單片機；顯示屏目 錄摘 要1目 錄2緒 論3第一章 概述41.1 選題的背景和意義41.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望41.3 研究思路61.4 需要實現(xiàn)的功能7第二章 LED大屏幕顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8第三章 基本元器件介紹103.1 AT89C51簡介103.2 LED點陣簡介153.3 74HC595簡介17第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計184.1

3、 主控模塊184.2 硬件掃描194.3 顯示部分設(shè)計19第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計225.1 PROTEUS仿真軟件概述225.2 Protues的結(jié)構(gòu)體系圖表225.3 Protues的主要功能225.4 程序流程設(shè)計23總 結(jié)26參考文獻(xiàn)27附 錄A28附 錄B29緒 論LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。在實際應(yīng)用中的顯示屏由于成本和可靠性的因素常采用一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。LED點陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化

4、到EPROM芯片內(nèi)，能進(jìn)行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進(jìn)行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏可編程序型LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點。隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息

5、更換速度快等特點。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點。本設(shè)計是基于單片機(AT89C51)講述了1616 LED漢字點陣顯示的基本原理、硬件組成與設(shè)計、程序編譯與下載等基本環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)。第一章 概述1.1選題的背景和意義LED電子顯示屏是運用光電顯示技術(shù)、視頻技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)，針對室內(nèi)外各種使用環(huán)境而設(shè)計，顯示各種信息元素的屏幕，使用專用的控制技術(shù)，用于顯示文字、文本、圖形、圖像、動畫、股票行情及各種多媒體信息以及電視、錄像信號。它由LED器件陣

6、列排列組成的顯示屏幕，具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點。由于采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體的大小可按用戶要求靈活拼制。LED顯示系統(tǒng)主要有：戶內(nèi)單色信息屏,雙基色視頻屏,全彩色,真彩色視頻屏;戶外單色信息屏，雙基色、全彩色、真彩色視頻屏；各種規(guī)格證券行情顯示屏；條型顯示屏；以及根據(jù)客戶需要運用于各個行業(yè)的各種LED顯示系統(tǒng)。LED顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于政府 、軍隊、金融、廠礦企業(yè)、商業(yè)、智能交通、院校、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)和體育場館等。 LED屏幕，作為新的媒體，運動的發(fā)光圖文，更容易吸引人的注意力，信息量大，隨時更新，有著非常好的廣告和告示效果。LED屏比霓虹燈更加簡單，容易安裝

7、和使用，效果變化更多，可以隨時更新內(nèi)容，是很好的戶內(nèi)外發(fā)視覺媒體。LED屏幕屬于高科技電子產(chǎn)品，價格比較高，以前集中在政府和單位中使用。技術(shù)不斷進(jìn)步，價格不斷降低，組裝和維護(hù)更加簡單。小型的LED條屏，因為價格便宜，安裝和使用簡單，慢慢被大眾接受，逐步走進(jìn)大小店鋪，應(yīng)用更加大眾化，普及化。1.2課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀LED顯示屏是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于其亮度高、畫面清晰、色彩鮮艷，使它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨秀，因此市場空間巨大。國產(chǎn)LED顯示屏技術(shù)差距在哪，隨 著LED顯示屏市場的不斷擴(kuò)大，目前國內(nèi)全彩色市場逐步被劃分為三個檔次。第一檔為巴可、松下

8、等國際知名企業(yè)生產(chǎn)的高檔產(chǎn)品；第二檔為國內(nèi)大型企業(yè)研制的 采用日亞高品質(zhì)LED生產(chǎn)的產(chǎn)品；第三檔為采用我國生產(chǎn)的LED制作的顯示屏。這三種檔次的LED顯示屏在價格和功能上也存在著較大區(qū)別。在技術(shù)上，LED顯示屏的發(fā)展要緊跟世界一流企業(yè)的品質(zhì)特點，目前國產(chǎn)的高品質(zhì)LED顯示屏與國外頂尖產(chǎn)品在圖像處理技術(shù)、前端視頻處理技術(shù)等方面差別不大，主要差距在于以下兩個方面：1單點顏色確認(rèn)“單點顏色確認(rèn)”技術(shù)能夠確保逼真的色彩顯示，可持續(xù)長達(dá)數(shù)年之久不變。目 前國內(nèi)的產(chǎn)品只能做到單元模塊和單元箱體的調(diào)節(jié)，不能做到真正的單點調(diào)節(jié)，因此在色彩和亮度一致性上有差別，特別是在經(jīng)過維修更換了顯示單元后，由于 LED的參

9、數(shù)可能發(fā)生了變化，顯示效果很難跟原屏保持一致，而這項工作在國外是由專用的大型設(shè)備完成的，而國內(nèi)沒有這類因產(chǎn)品特性而開發(fā)的設(shè)備，也希望社 會相關(guān)行業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)能夠給予關(guān)注。2結(jié)構(gòu)工藝目前國內(nèi)產(chǎn)品的箱體外殼基本上都是采用單件鈑金加工，加工工藝差，精度不高，外觀不美觀，防水性也不十分好，特別是在室外惡劣環(huán)境下，易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。1.2.2 展望LED的發(fā)展首先，全彩色顯示屏將成為LED顯示屏行業(yè)新的增長點，蘊含著極大的市場。隨著LED器件材料性能的不斷提高，全彩色顯示屏的成本下降，應(yīng)用增加。到2003年底，全國范圍內(nèi)的全彩色LED顯示屏達(dá)到600多塊。就全彩色顯示屏的綜合水平來說，國內(nèi)的全彩色L

10、ED顯示屏除了價格和本地化服務(wù)的優(yōu)勢外，在技術(shù)深度、生產(chǎn)工藝等方面與國外產(chǎn)品的差距正在逐步縮小。其次，半導(dǎo)體照明的發(fā)展，也將為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)的總體提升形成新的發(fā)展機遇。在LED顯示屏大范圍應(yīng)用的同時，LED作為新型照明光源材料的發(fā)展近年也取得了突破性發(fā)展。1.3 研究思路LED顯示屏系統(tǒng)采用發(fā)光二極管LED陣列作發(fā)光體，顯示屏陣列的基本元件是LED 點陣模塊，根實際需要拼裝互連就組成了整個顯示屏。對于大幕顯示屏采用靜態(tài)顯示占用端口多、譯碼電路復(fù)、硬件成本高、功耗大。因此，當(dāng)顯示位數(shù)較多，采用動態(tài)顯示可以解決這些問題。所謂動態(tài)顯示，就是利用視覺暫留效應(yīng)，使顯屏顯示的內(nèi)容在一定周期內(nèi)刷新一次，實

11、際中只使顯示屏每個發(fā)光管在1 秒時間內(nèi)亮24 次，其余間熄滅，視覺上不會感覺到顯示屏的閃爍而且顯屏的功耗會大幅度下降，壽命也會延長。通過調(diào)導(dǎo)通的時間與電流，可實現(xiàn)高亮度穩(wěn)定的顯示。1. LED單元電路及整個顯示屏的設(shè)計方案與擴(kuò)展LED 外圍電路。通過單片機串行口TXD 端輸出的移位脈沖將RXD 端輸出的數(shù)據(jù)逐位移入移位寄存器，在整個數(shù)據(jù)移完后，控制電路產(chǎn)生一個鎖存信號將此數(shù)據(jù)鎖存供顯示。此時相應(yīng)的掃描控制信號輪流通過對應(yīng)的驅(qū)動管使相應(yīng)行的LED管被點亮。標(biāo)準(zhǔn)LED 單個模塊是由8 8 與陣列構(gòu)成的電路。行線為邏輯0，列線為邏輯1時，對應(yīng)的行列坐標(biāo)下的LED 管被點亮。為了能夠清晰顯示圖像或漢字

12、，在組成顯示屏?xí)r，采用4個模塊為一個單元，組成8 4 顯示單元。每個模塊由LED 顯示模塊、數(shù)據(jù)移位寄存器、掃描驅(qū)動電路組成。2 硬件電路基于這種設(shè)計思想設(shè)計具有32個16x16點陣漢字顯示功能的單片機硬件系統(tǒng)包括電腦主控電路、行驅(qū)動電路、列驅(qū)動電路。3 軟件系統(tǒng)在本設(shè)計中，軟件的設(shè)計包括了單片機部分和PC控制臺部分。單片機部分主要包括有接收和顯示兩個部分。編寫程序的語言為單片機匯編。PC控制臺部分主要包括有字模的編碼計算、界面設(shè)計和信息發(fā)送。1.4 需要實現(xiàn)的功能顯示預(yù)先想要顯示的內(nèi)容，在本設(shè)計中要求顯示“電氣與電子工程系歡迎您”“自信自立，善學(xué)善用”15個文字，顯示方式：逐屏顯示。本系統(tǒng)設(shè)

13、計思路是：利用單片機對整個系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，進(jìn)行顯示所要顯示的字符。顯示方式：逐屏顯示。其中顯示字模數(shù)據(jù)由單片機輸入顯存，點陣的點亮過程有程序控制，由驅(qū)動電路完成，點陣采用單色顯示，該顯示器電路的特點是：點陣的動態(tài)顯示過程占用時間比較短，亮度比較高。而且還有啟動，停止，復(fù)位鍵，有電源指示燈。本系統(tǒng)的設(shè)計的總體思想，是由主機發(fā)出控制信號。送往驅(qū)動電路，形成行信號，列信號，從而點亮整個大屏幕。根據(jù)以上特性決定采用ATMEL公司的高密度存儲器技術(shù)。片內(nèi)的FLASH存儲器允許在線改寫程序或用常規(guī)的存儲器、編程器AT89C51來編寫。圖2.1 系統(tǒng)電路框圖第二章 LED大屏幕顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1 所示

14、，本產(chǎn)品擬采用以AT89C51單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由AT89C51芯片、電源、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器、8*8 LED點陣5部分組成。從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。8*8的點陣共有64個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計算，8*8的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是8*8的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的

15、數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如8行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就8*8點陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第8行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖

16、形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。第三?基本元器件介紹3.1 AT89C51簡介AT89C5l是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和12

17、8 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89CSl單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.1.1 AT89C51 的主要性能AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(EEPROM)的8位單片機,它具有如下主要特性，如圖3.1所示：（1）和MCS-51產(chǎn)品的兼容 （2）2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 （3）耐久性：1,000寫擦除周期 （4）2.7V6V的操作范圍 （5）全靜態(tài)圖

18、3.1 AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖 操作：0Hz24MHz 兩級加密程序存儲器 1288位內(nèi)部RAM 15根可編程I/O引線 兩個16位定時器/計數(shù)器 六個中斷源 可編程串行UART通道 直接LED驅(qū)動輸出 片內(nèi)模擬比較器 低功耗空載和掉電方式和MCS-51產(chǎn)品的兼容 2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 耐久性：1,000寫擦除周期 2.7V6V的操作范圍 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz 兩級加密程序存儲器 1288位內(nèi)部RAM 15根可編程I/O引線 兩個16位定時器/計數(shù)器 六個中斷源 可編程串行UART通道 直接LED驅(qū)動輸出 片內(nèi)模擬比較器 低功耗空載和掉電方式和MCS-51產(chǎn)品的兼容 2K字

19、節(jié)可重編程閃速存儲器 耐久性：1,000寫擦除周期 2.7V6V的操作范圍 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz 兩級加密程序存儲器 1288位內(nèi)部RAM 15根可編程I/O引線 兩個16位定時器/計數(shù)器 六個中斷源 可編程串行UART通道 直接LED驅(qū)動輸出 片內(nèi)模擬比較器 低功耗空載和掉電方式。3.1.2 AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲體(EEPROM)的低電壓,高性能8位CMOS微型計算機。如圖3.2所示。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲器,AT

20、MEL AT89C2051是一強勁的微型計算機,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。圖3.2 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖此外,從AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外）,引腳RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機相應(yīng)引腳一致,但P1口、P3口有其獨特之處。3.1.3 AT89C2051的引腳說明AT89C2051是一個有20個引腳的芯片,與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比可發(fā)現(xiàn),AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地減少了對外引腳,因而芯片尺寸有所減少。如表3.1

21、所示：AT89C2051芯片的主要引腳功能為：1. Vcc：電源電壓。2. GND：地。 3. P1口：P1口是一8位雙向I/O口?？谝_P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時,其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上

22、拉電阻的七個雙向I/0引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口引腳寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時,被外部拉低的P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL)。P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表10-1所示。P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。5. RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運行時,持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。6. XTAL1：

23、作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。表3.1P3口的功能端口引腳功能P3.0RXD(串行輸入端口)P3.1TXD(串行輸出端口)P3.2INT0(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時器0外部輸入)P3.5T1(定時器1外部輸入)從上述引腳說明可看出，AT89C2051沒有提供外部擴(kuò)展存儲器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號,因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴(kuò)展存儲器或I/O設(shè)備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)。3.1.4 復(fù)位電路圖3.3復(fù)位電路圖時鐘

24、電路工作后，在REST管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進(jìn)行初始復(fù)位，如圖3.3所示：3.1.5 振蕩電路圖3.4振蕩電路圖本設(shè)計晶振選擇頻率為12MHz，電容選擇30pF如圖3.4所示。經(jīng)計算得單片機工作胡機器周期為：12（112M）=1us。3.2 LED點陣簡介顯示屏是由發(fā)光二極管行列組成的LED點陣模塊組成顯示屏體。 LED簡介LED是發(fā)光二極管英文Light Emitting Diode的縮寫格式，LED器件種類繁多，早期的LED產(chǎn)品是單個發(fā)光管，隨著數(shù)字化設(shè)備的出現(xiàn)，LED數(shù)碼管和字符管得到了廣泛的應(yīng)用，LED點陣等顯示器件的出現(xiàn)，適應(yīng)了信息化社會發(fā)展的需要，成為了大眾傳媒

25、的重要工具。LED發(fā)光燈按類型可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等；按發(fā)光強度可分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等；LED發(fā)光燈結(jié)構(gòu)如圖3.5所示，它由芯片3、陽極引腳1、陰極引腳2和環(huán)氧樹脂封裝外殼四部分組成。它核心部分是具有復(fù)合發(fā)光功能的PN結(jié)，即芯片3。環(huán)氧樹脂封裝外殼具有保護(hù)芯片的作用，還有透光聚光的能力，以增強顯示效果。圖3.51.1.2 LED點陣 隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，要求生產(chǎn)更為直接和方便的LED顯示器件。因而出現(xiàn)了數(shù)碼管、字符管、電平管、LED點陣等多種LED顯示器。不管顯示器的結(jié)構(gòu)怎么變，它的核心部件仍然是發(fā)光

26、半導(dǎo)體芯片。例如一個8*8的點陣是由64個發(fā)光二極管按一個規(guī)律組成的圖 3.6如圖3.6所示的發(fā)光二極管，行接低電平，列接高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。 顯示原理人眼的亮度感覺不會因光源的消失而立即消失，要有一個延遲時間，這就是視覺的惰性。視覺惰性可以理解為光線對人眼視覺的作用、傳輸、處理等過程都需要時間，因而使視覺具有一定的低通性。實驗表明，當(dāng)外界光源突然消失時，人眼的亮度感覺是按指數(shù)規(guī)律逐漸減小的。這樣當(dāng)一個光源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時，視覺就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了。不致于引起閃爍感覺的最低反復(fù)通斷頻率稱為臨界閃爍頻率。通過實驗證明臨界閃爍頻

27、率大約為24Hz。因此采用每秒24幅畫面的電影，在人看起來就是連續(xù)活動的圖象了。同樣的原理，日光燈每秒通斷50次，而人看起來卻是一直亮的。由于視覺具有惰性，人們在觀察高于臨界閃爍頻率的反復(fù)通斷的光線時，所得到的主觀亮度感受實際上是客觀亮度的平均值。視覺惰性可以說是LED顯示屏得以廣泛應(yīng)用的生理基礎(chǔ)。首先，在LED顯示屏中可以利用視覺惰性，改善驅(qū)動電路的設(shè)計，形成了目前廣為采用的掃描驅(qū)動方式。掃描驅(qū)動方式的優(yōu)點在于LED顯示屏不必對每個發(fā)光燈提供單獨的驅(qū)動電路，而是若干個發(fā)光燈為一組共用一個驅(qū)動電路，通過掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點燃，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來各組燈都在發(fā)光。由

28、于LED顯示屏所使用的發(fā)光燈數(shù)量很大，一般在幾千只到幾十萬只的范圍，所以節(jié)約驅(qū)動電路的效益是十分可觀的。3.3 74HC595簡介74HC595是一個串入并出的芯片，通過一個for(i=0;i8;i+)來存儲數(shù)據(jù)。具體來說就是第一個時鐘信號來到時低位的數(shù)據(jù)向高位挪動一位，在這個程序中是SH_CK 信號，當(dāng)SH_CLK 是一個上跳沿時，傳入的形參dat與0x80相與，得到的數(shù)為1,則通過SDATA置1,否通過置為0。并存儲在SDATA的相應(yīng)位置（最低位）上，DS內(nèi)部也自動左移一位數(shù)據(jù)，然后dat向左移一位，使次高位變?yōu)樽罡呶慌c0x80相與，并存儲。通過8次后，就可以得到數(shù)據(jù)，并存儲在SDTTA中

29、了，這時ST_CK一個上跳沿，數(shù)據(jù)即送出去了。如圖3.7所示：/串行數(shù)據(jù)輸入void Ser_IN(unsigned char Data)unsigned char i;for(i = 0; i 8; i+)SH_CK = 0; /先置為低SD = Data & 0x80; /取數(shù)據(jù)的最高位Data = 1;/將數(shù)據(jù)的次高位移到最高位，為下一次取數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備SH_CK = 1;/再置為高，產(chǎn)生移位時鐘上升沿，上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位/并行數(shù)據(jù)輸出void Par_OUT(void)ST_CK = 0; /先置為低ST_CK = 1;/再置為高，產(chǎn)生移位時鐘上升沿，上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入

30、數(shù)據(jù)存儲寄存器，更新顯示數(shù)據(jù)。圖3.7第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 主控模塊本設(shè)計主控單元是以AT89C51單片機為核心芯片，控制所要顯示的內(nèi)容存儲數(shù)據(jù)，外加單片機最小系統(tǒng)單元。AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。如圖4.1所示：圖4.1系統(tǒng)主控單元

31、4.2 硬件掃描為了使點陣的顯示流暢，顯示清晰的漢字，需在外圍電路部分加掃描電路，以實現(xiàn)所要的效果，掃描電路用74HC154芯片，如圖4.2所示： 圖4.2 74HC154是一種高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。 74HC154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選道，以消除輸出端上的通道譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當(dāng)一個1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能

32、輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。4.3 顯示部分設(shè)計本設(shè)計的顯示部分是有四塊8*8的LED點著構(gòu)成的，通過單片機的控制，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動，軟件和硬件的結(jié)合，從而實現(xiàn)漢字的滾動顯示，達(dá)到設(shè)計目的每個8*8點陣模塊是由64個發(fā)光二級管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在各行各列的交叉點上。當(dāng)對應(yīng)的某一列置低電平，而另一列置高電平，則在該行和該列交叉點的二極管就會亮，LED點陣屏就是由若干個點陣模塊組成的，它通過一定的控制方式，就可以顯示文本、文字、圖形、圖像、動畫等各種信息，以及電視、錄像等各種信號。LED點陣顯示屏的技術(shù)已相當(dāng)成熟。本系統(tǒng)中的LED點陣顯示屏幕是有4塊8*8的單色點陣模塊級聯(lián)成

33、為16*16的點陣顯示模塊。4.4.1 顯示屏的原理圖及結(jié)構(gòu) 圖4.3行掃描部分圖4.4 列掃描部分根據(jù)顯示屏的原理圖結(jié)構(gòu)，分析LED點陣控制器的控制原理：如顯示10個漢字，先將這10個漢字的點陣從字庫中讀出，放到顯示緩存,如果要實現(xiàn)左移或者其它的顯示效果則將顯示緩存中的每個位進(jìn)行移位或者其它處理,然后再調(diào)用掃描顯示函數(shù)就可以實現(xiàn)所規(guī)定的效果。掃描顯示函數(shù)是顯示緩存的內(nèi)容，如果要實現(xiàn)不同的內(nèi)容，比如說圖片、漢字、英文等內(nèi)容，只需要將這些內(nèi)容按掃描顯示函數(shù)對顯示緩存的協(xié)議要求就可以顯示出來。由于顯示屏中采用74HC595移位緩存器，所以需要做74HC595的驅(qū)動，這個相對簡單，只要將數(shù)據(jù)按位傳輸

34、，一位送一個時鐘，送完一行所有的數(shù)據(jù)送一個鎖存時鐘，再通過74HC138選通該行，這樣一直循環(huán)，人眼就會看到一幅完整的內(nèi)容。 對于顯示屏來說，顯示使能端是比較重要的，主要是因為送完一行后需要一個消隱的動作，所謂的消隱就是讓顯示屏黑屏一段時間，如果不做該動作，則在顯示的過程中會有拖影的現(xiàn)象。LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式：（1）點掃描； （2）行掃描；（3）列掃描。1664=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于168=128Hz，周期小于7.8ms即可符合視覺暫留要求。此外一次驅(qū)動一列或一行時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則LED亮度會不夠。硬件電

35、路圖見附錄A第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 PROTEUS仿真軟件概述Protues是英國Labcenter公司研發(fā)的一個軟件，作為一個從設(shè)計到完成的完整電子設(shè)計與仿真平臺，由于其能實現(xiàn)電路仿真與處理器仿真的有機結(jié)合，為電子學(xué)的教學(xué)與實驗提供了革命性的手段?，F(xiàn)在已經(jīng)被越來越多大學(xué)采用為電路，單片機與嵌入式系統(tǒng)實驗室平臺及創(chuàng)新平臺。Protues是電類課程教學(xué)的先進(jìn)手段Protues是電類課程實驗的虛擬平臺Protues是電類課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計和實習(xí)，實訓(xùn)的創(chuàng)作原地Protues是電類課程-產(chǎn)品研發(fā)的快速，靈活，經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方法Protues從1989年問世至今，經(jīng)過了近20年的使用，發(fā)展和完善，性能

36、越來越好。已在全球廣泛使用。在國外有包括斯坦福，劍橋等在內(nèi)的幾千家高校將 Protues作為電子工程學(xué)位的教學(xué)和實驗平臺；在國內(nèi)也有眾多大學(xué)正在使用 Protues。5.2 Protues的結(jié)構(gòu)體系圖表表5.15.3 Protues的主要功能5.3.1 Protues vsm Protues vsm能實現(xiàn)數(shù)字電路，模擬電路及數(shù)?；旌想娐返脑O(shè)計與仿真，特別是能實現(xiàn)微控制器與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的仿真，后者是Protues最具特色的革命性功能5.3.2 Protues pcb designProtues pcb設(shè)計系統(tǒng)是基于高性能網(wǎng)表的設(shè)計系統(tǒng)組合了ISIS原理圖捕捉呵ARSE PCB

37、輸出程序，構(gòu)成一個強大的易于使用的PCB的工具包，能完成高效、高質(zhì)量的PCB設(shè)計。所有的Protues pcb設(shè)計都包括一個基本的SPICE仿真功能，還可以加入ASF來擴(kuò)展該功能。5.3.3 Protues 的特點個性化的編輯環(huán)境:可自定義線寬、填充類型、著色、字體等，用戶界面友好、時尚快捷選取放置元器件：可在眾多的元器件庫中進(jìn)行模糊搜索元器件。放置、編輯方便快速自動捕捉、自動布線：鼠標(biāo)驅(qū)動繪圖過程，以器件為導(dǎo)向自動布線，自動放置連線、點等，使連線輕松快捷豐富的元器件庫：ISIS的庫中有TTLCMOS元件,為控制器,存儲器和模擬集成電路,二極管,雙極性晶體管,場效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件,庫中還包括P

38、CB封裝可視化PCB封裝工具:可對元器件進(jìn)行PCB封裝定義及PCB圖預(yù)覽層次化設(shè)計:具有電路器件和屬性值參數(shù)化的層次化設(shè)計總線支持:完全支持模塊電路端口,器件引腳的頁內(nèi)終端總線化的設(shè)計屬性管理:支持自定義器件文本屬性,全局編輯的外數(shù)據(jù)庫引入5.4 程序流程設(shè)計 軟件程序主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。其中主程序和子程序的流程圖如圖和圖5.1所示Y開 始初始化調(diào)用顯示程序調(diào)整數(shù)據(jù)指針是否顯示完N圖5.1主程序流程圖圖5.2 子程序流程圖開 始設(shè)1幀顯示時間設(shè)片選及數(shù)據(jù)指針查漢字上部數(shù)據(jù)及顯示是否顯示完漢字查漢字下部數(shù)據(jù)及顯示延時1ms關(guān)顯示并調(diào)整指針是否顯示完漢字組結(jié)束YYNN編譯、裝載、

39、連續(xù)運行程序，點陣顯示模塊應(yīng)循環(huán)顯示“電氣與電子工程系”“自信自立，善學(xué)善用”字樣。8*8點陣顯示程序見附錄B 總 結(jié)雖然本設(shè)計使用了4塊8*8 LED點陣，電路簡單，包涵了LED顯示屏的電路基本原理和基本程序，在設(shè)計的過程中應(yīng)該使顯示圖形和文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。在此次設(shè)計中通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了LED顯示屏與其它顯示屏相比較有那些優(yōu)點，明確了研究目標(biāo)。通過這次課程設(shè)計，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MCS-51；

40、熟練掌握了WORD軟件的使用。進(jìn)一步提高了自己在實際設(shè)計過程中研究問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。但是從中也存在不足之處：對知識的積累還不夠，有些問題自己不能夠獨立解決，對實驗操作還要進(jìn)一步熟練，只有這樣才能讓自己在不斷的學(xué)習(xí)中提高自己。參考文獻(xiàn)（1）胡漢才單片機原理與接口技術(shù)M清華大學(xué)出版社.1995.6（2）樓然苗等51系列單片機設(shè)計實例M北京航空航天出版社.2003.3 （3）何立民. 單片機高級教程M北京航空航天大學(xué)出版社.2001（4）趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用M.天津大學(xué)出版社.2001.3（5）夏繼強. 單片機實驗與實踐教程M.北京航空航天大學(xué)出版社.2001 （6）

41、馬忠梅. 單片機外圍電路設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社2005（7）李群芳.單片機原理、接口及應(yīng)用 .清華大學(xué)出版社（8）周堅.單片機C語言輕松入門.北京航空航天大學(xué)出版社附 錄A系統(tǒng)硬件電路圖： 附錄B顯示程序：/ 點陣單字顯示，縱向取模 下邊為高位 與硬件電路配合#include#define uchar unsigned charuchar scan=0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x01,0x00,0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,0x09,0x08;uchar code tab=0x02,0xF2,0x12,0x12,0x12,0xFE,0x12,0x12,0x12,0xFE,0x12,0x12,0x12,0xF2,0x02,0x00,0x00,0x7F,0x28,0x24,0x22,0x21,0x20,0x20,0x20,0x21,0x22,0x22,0x22,0x7F,0x00,0x00,;/16*16字模uchar code tab1=0x00,0x02,0x22,0xC2,0x02,0x02,0xFE,0x02,0x