畢業(yè)論文LED點陣廣告的仿真設計

1、畢業(yè)設計題 目:LED點陣廣告的仿真設計 所屬系、部 : 電子信息與電氣工程系 年級、 專業(yè):電氣101班姓 名:李 小 容學 號:201001012037指 導 教 師: 冉 會 中 完 成 時 間: 2013 年5月 任務要求：1 畢業(yè)設計（論文）的主要內容及基本要求主要內容：設計LED點陣顯示字或圖形，按下不同的按鍵，顯示不同的字符。要求：熟悉單片機、熟悉矩陣鍵盤，熟悉仿真工具proteus和keil；2 指定查閱的主要參考文獻及說明1 王靜霞. 單片機應用技術. 北京:電子工業(yè)出版社,20092 劉煥平, 童一帆.單片機原理與接口技術. 北京:航空航天大學出版社, 20073 芮延年.

2、 傳感器與檢測技術. 江蘇:蘇州大學出版社, 20054 樓然苗.李光飛.單片機課程設計指導.北京:航空航天大學出版社, 20075 汪德彪. MCS-51單片機原理及接口技術（第二版）電子工業(yè)出版社，2009,66 其他3進度安排設計（論文）各階段內容起 止 日 期1查閱相關資料或調研市場上的廣播控制系統(tǒng)2013 年3月 13日-3月25號2設計方案分析，比較各種方案的優(yōu)缺點2013年3月26日4月10日3系統(tǒng)的框架和硬件選型及電路設計2013年4月11日4月18日4程序編寫和調試2013年4月19日5月10日5論文撰寫和修改2013年5月11日5月20號摘要LED點陣電子顯示屏是一種新型信

3、息顯示媒體，集微電子技術、光電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的大型顯示系統(tǒng)。以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作性能穩(wěn)定，制作簡單和安裝方便等特點，廣泛應用于廣告、證券、信息傳播、新聞發(fā)布等方面。 本文設計了一款以單片機AT89C51為控制器的LED點陣顯示屏系統(tǒng)設計的16*16LED點陣廣告牌。給出了系統(tǒng)框圖，硬件模塊設計圖、軟件流程圖和程序。硬件模塊設計方面，主控制系統(tǒng)采用單片機控制方式，實現(xiàn)點陣 LED顯示屏的驅動及信息的保存與顯示。LED顯示點陣主要由LED、字模及其電路構成。通過單片機的控制驅動電路，采用掃描方式進行顯示。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構

4、，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了。關鍵詞: 單片機；LED；點陣Abstract:LED dot-matrix display is a new information display medium, set of microelectronics technology, opto-electronics technology, computer technology, information processing in one large display systems.With its bright, wide dynamic range, high brightness, long l

5、ife and stable performance, producing simple and easy installation features, widely used in advertising, security, dissemination of information, news releases, and so on.Design section of this article to monolithic design of LED dot-matrix display system for controller AT89C51 16*16LED lattice Billb

6、oard.System block diagram is given, module design of hardware, software, flow charts and programs.Hardware module design of main control system controlled by single-chip approach, driven to achieve dot-matrix LED display and preservation and display of information.LED display the main LED dot matrix

7、, matrix and its circuits.By single-chip computer control driving circuit, scanning mode for display.For ease of expansion and change, the software design is modular in structure, make program logic more concise.Key Words:Single-Chip-Computer; LED; dot matrix目 錄前言11 系統(tǒng)需求分析及方案設計11.1 系統(tǒng)需求分析和功能設計11.2 系

8、統(tǒng)方案設計12系統(tǒng)硬件設計22.1 器件選擇及器件特點22.2 硬件電路33系統(tǒng)軟件實現(xiàn)43.1 主程序設計44 系統(tǒng)評價54.1 系統(tǒng)的優(yōu)點54.2 系統(tǒng)需要改進的地方55 結論6謝辭7參考文獻8附錄9前言當今社會在飛速發(fā)展無疑能源、健康、空間的利用，成了人們著重關注的對象。而在這個信息傳遞極速的社會，LED的出現(xiàn)給人們帶來了希望之光。LED的特色之處一是節(jié)能（直接功耗，間接耗能），二是基本無電離輻射，三提高空間利用率。而這些特色又恰好解決了上述的三種問題。然而LED點陣顯示屏的特點不僅僅于此LED點陣顯示屏用的是數碼管，而數碼管具有實用,便宜等優(yōu)點。做出來的LED點陣顯示很耐用。LED點陣

9、顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與LED顯示屏本身所具有的優(yōu)點分不開的。LED點陣顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、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（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連

10、接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。多個 LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進行顯示，即形成LED點陣圖文顯示屏。其主要特征是只控制LED點陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制LED的發(fā)光強弱。LED點陣的漢字顯示方式是先根據所需要的漢字提取漢字點陣（如16×16 點陣），將點陣文件存入ROM，形成新的漢字編碼；而在使用時則需要先根據新的漢字編碼組成語句，再由MCU根據新編碼提取相應的點陣進行漢字顯示。由于LED的眾多優(yōu)勢，在市場中得到

11、了廣泛的應用，主要應用領域有：（1）、信號指示應用：信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域，約占LED應用市場的4%左右。（2）、顯示應用：指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等， LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%25%，顯示屏幕可分為單色和彩色。（3）、照明應用：便攜燈具，汽車用燈，特殊照明。由于LED尺寸小，便于動態(tài)的亮度和顏色控制，因此比較適合用于建筑裝飾照明。背光照明：普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等。以及投影儀用RGB光源。1 系統(tǒng)需求分析及方案設計1.1 系統(tǒng)需求分析和功能設計利用AT89C51單片機進行LED點陣

12、顯示屏的設計與制作是利用單片機控制技術，編寫程序，通過程序控制LED的顯示，顯示所要顯示的內容與形式。技術線路為通過程序控制AT89C51芯片輸出高低電平，高低電平控制分別控制LED的亮和滅，最終達到所要顯示的內容。我們將LED點陣的16條列線直接接在P0口和P2口，至于行選掃描信號則是由4-16線譯碼器74HC154來選擇控制，這樣一來列選控制只使用了單片機的4個I/O口，節(jié)約了很多I/O資源，為單片機系統(tǒng)擴充使用功能提供了條件?？紤]到P0口必需設置上拉電阻，我們采用1 k排電阻作為上拉電阻。1.2 系統(tǒng)方案設計設計方案一：以AT89C51單片機為控制中心LED點陣廣告。AT89C51單片機

13、具有結構簡單、控制能力強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應用。設計方案二：以8031單片機為控制中心的LED點陣廣告。8031有以下特點，（1）32個I/O接口，（2）基于MCS-51核的處理器結構，（3）2個定時/計數器，（4）5個中斷源。但是8031沒有程序存儲器。綜合這兩個方案，為了更好、更簡潔的完成任務，選擇方案一?？驁D如下：系統(tǒng)總體框圖2系統(tǒng)硬件設計2.1 器件選擇及器件特點整個電路由單片機AT89C51， 1個74HC154, 1個RESPACK-8，4個8*8的LED組成。該電路所設計的電子屏可顯示多個漢字，需要4個8*8 LED點陣模塊，可組成16&#

14、215;16的點陣。AT89C51芯片的介紹AT89C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機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。AT89C51引腳即外觀如圖3.1所示。圖2.1 AT89C51的管腳圖2.1.274HC154芯片的介紹74HC

15、154是一款高速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通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。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據輸入，74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態(tài)。74HC154引腳即外觀如圖2.2所示圖2.274HC154的引腳圖2.1.3點陣式漢字LED顯示屏設計(1)16*16點陣L

16、ED原理及應用設計LED點陣顯示屏時必須掌握點陣工作原理才能進行更深層設計。Proteus中只有5×7和8×8等LED點陣，并沒有16×16LED點陣，而在實際應用中，要良好地顯示一個漢字，則至少需要16×16點陣。16*16LED點陣實質上就是4塊8*8點陣LED級聯(lián)而成的，下面我們就首先介紹使用8×8點陣構建16×16點陣的方法，并構建一塊16×16LED點陣，用于本例的顯示任務。首先，從Proteus的元件庫中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件，并將四塊該元器件放入Proteus文檔區(qū)編輯窗口中。此時需要注意,

17、如果該元器件保持初始的位置（沒有轉動方向），我們要首先將其左轉90°，使其水平放置，那么此時它的左面8個引腳是其行線，右邊8個引腳是其列線（當然，如果你是將右轉，則右邊8個引腳是行線）。然后我們將四個元器件對應的行線和列線分別進行連接，使每一條行線引腳接一行16個LED，列線也相同。并注意要將行線和列線引出一定長度的引腳，以便下面我們使用。連接好的16×16點陣如圖3.4所示。圖3-2為8*8點陣LED引腳圖，其等效電路如圖3-3所示，只要其對應的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。圖

18、3-28*8點陣LED引腳圖圖3-3 8*8點陣LED等效電路圖圖3.4 點陣模塊組合(2)LED點陣的顯示文字圖形原理LED驅動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅動器。以16×16點陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陰極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陽極連在一起（共陰的接法），先送出對應第1列發(fā)光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第1列使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2列的數據并鎖存，然后選通第2列使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第16列之后，又重新燃亮第1列，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上）

19、，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上的漢字的每一筆都是同時出現(xiàn)的。該方法能驅動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。顯示數據可通過單片機的P0，P2口傳輸到點陣列引腳。LED點陣顯示模塊進行的方法有兩種：（1）水平方向（X方向）掃描，即逐列掃描的方式（簡稱列掃描方式）：此時用一個P口輸出列碼決定哪一列能亮（相當于位碼），用另一個P口輸出行碼（列數據），決定該列上哪個LED亮（相當于段碼）。能亮的列從左到右掃描完16列（相當于位碼循環(huán)移動16次）即顯示出一個完整的圖像。（2）豎直方向（Y方向）掃描，即逐行掃描方式（簡稱行掃描方式）：此時用一個P口輸出決定哪一行能亮（相當于位碼

20、），另一個P口輸出列碼（行數據，行數據為將列數據的點陣旋轉90度的數據）決定該行上哪些LED燈亮（相當于段碼）。能亮的行從上向下掃描完16行（相當于位碼循環(huán)移位16次）即顯示一幀完整的圖像。本設計應用的是第一種的掃描方法，即水平方向（X方向）掃描。每一個字由16行16列的點陣形成顯示，即每個字均由256個點陣來表示，我們可以把每一個點理解為一個像素。一般我們使用的16*16的點陣宋體字庫是每一個漢字在縱橫各16點的區(qū)域內顯示的。漢字庫從該位置起的32字節(jié)信息記錄了該字的字模信息。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內的任何圖形。表2.1 材料清單元件清單名稱型號數量8*

21、8LED點陣MATRIX-8*8-RED4單片機芯片AT89C511排阻RESPACK-814-16譯碼器74HC15412.2 硬件電路1.行驅動電路：如圖，用74HC154控制行掃描電路。2. 列控制電路可直接接上單片機P0,P2口。如圖3系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.1 主程序設計3.1.1流程圖（1）主程序的工作流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化表中讀取數據到顯示存儲區(qū)器讀取顯示控制命令選擇顯示方式調用相應顯示子程序開 始圖4-1 主程序流程圖3.1.2 主程序main()int i,j,scan;while(1)for(i=0;i<4;i+)for(j=0;j<repeat;j+)for(

22、scan=0;scan<16;scan+)SA=scan;LI1=di0scan;LI2=di1scan;delayms(1);4 系統(tǒng)評價4.1 系統(tǒng)的優(yōu)點本系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：1. 硬件少，結構簡單，應用廣泛。2. LED數碼管動態(tài)掃描顯示，工作效率高，價格低廉。3. 容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠等。4.2 系統(tǒng)需要改進的地方 本次設計只能循環(huán)顯示，不能同時顯示4個漢字，如果能外加鎖存器，那么就可以同時顯示4個漢字，在LED顯示方面，要維持一個數據的顯示，往往要持續(xù)的快速的刷新。在人類能夠接受的刷新頻率之內，大概每三十毫秒就要刷新一次。這就大大占用了處理器的處理時間，消耗了處理器的處理能力，

23、還浪費了處理器的功耗。 鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。當處理器把數據傳輸到鎖存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會一直保持數據狀態(tài)直到下一次鎖存新的數據為止。這樣在數碼管的顯示內容不變之前，處理器的處理時間和IO引腳便可以釋放。可以看出，處理器處理的時間僅限于顯示內容發(fā)生變化的時候，這在整個顯示時間上只是非常少的一個部分。而處理器在處理完后可以有更多的時間來執(zhí)行其他的任務。5 結論本文設計了一款以單片機AT89C51為控制器的LED點陣顯示屏系統(tǒng)設計的16*16LED點陣廣告牌。本系統(tǒng)具有硬件少，結構簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。 總結本文的設計工作，主要做了下

24、面幾點工作： 一、通過查閱大量的相關資料，詳細了解了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。并且通過對單片機資料的查閱和應用，更進一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。并證實了自己的思路：“查資料思考總結運用找出差錯，再查資料和向別人詢問再次運用”的正確性。二在這次設計的過程中更加鞏固了PROTEUS軟件的基本知識，覺得PROTEUS對電子專業(yè)的同學來說是一個很有用的軟件。在運用PROTEUS時可以運用一些快捷的標號，總線的方法畫圖，這樣既能使電路圖清晰，簡單，更能大大提高畫圖速度三通過這次設計，重新復習

25、并進一步增強了動手的能力，學以致用，把知識運用到實際生活中才是根本目的。四存在問題：沒有考慮仿真軟件是一個理想的仿真環(huán)境，而實際連接的電路板會由于譬如連接不當，相鄰器件間的干擾等等的問題導致在仿真軟件中能良好運行的程序，出現(xiàn)顯示問題，經過排查和合理的器件擺放焊接，問題解決?？傮w來說這次的設計很成功，達到了預想的目的：學到了知識，提高了能力，完成了任務。有點缺憾是時間有限，不能進一步深入和擴散學習和研究。希望有時間可以對程序和電路圖作更進一步的改進?？傊ㄟ^本次(16×16位點陣LED)的設計，理論知識學習和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識解決實際工程問題的能力，同時

26、也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富。為后繼的學習和工作奠定的基礎。 謝 辭到此為止，在為期一個多月的時間里，通過不懈的努力，今天終于可以完成畢業(yè)設計論文最后的部分，畢業(yè)設計的即將完成，乃至學業(yè)的即將完成，在這個漫長而又短暫的過程中,有多少可敬的師長、同學和朋友給了我莫大的支持與幫助。在這里請接受我誠摯的謝意!首先，感謝這三年來一直培育、教導我的各科教師，他們用自己的青春為祖國的下一代譜寫著知識的海洋，是他們一步一步、一點一點的為我打下學習的基礎，引導我以后的工作

27、、生活、學習走向正確的道路。其次，感謝我的畢業(yè)指導老師冉會中老師，是她一個文件，一個軟件從郵箱、QQ.以不同的方式，不同的方法給我一最新的信息，是她耐心的指導，細心的講解，才使我有了自己的一條清晰的思路，才能更快更好的完成畢業(yè)設計。最后，再一次感謝所授于我知識的老師們，是你們一點一滴教會我社會知識，也是你們賦予我科學知識，感謝冉會中老師，畢業(yè)設計期間給您添了不少麻煩，電話，短信，乃至到辦公室找您，您總是那么熱情，那么貼心，您辛苦了.老師，您們辛苦了. 參考文獻1 王靜霞. 單片機應用技術. 北京:電子工業(yè)出版社,20092劉煥平, 童一帆.單片機原理與接口技術. 北京:航空航天大學出版社, 20073 芮延年. 傳感器與檢測技術. 江蘇:蘇州大學出版社, 20054 樓然苗.李光飛.單片機課程設計指導.北京:航空航天大學出版社, 20075 汪德彪. MCS-51單片機原理及接口技術（第二版）電子工業(yè)出版社，2009,6附錄附錄1整體電路原理圖附錄2完整程序#include<reg51.h>#defineLI1P0#d