16×16点阵LED显示屏_毕业设计(论文)任务书.doc
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1、16X16 点阵 LED 显示屏 北华航天工业学院北华航天工业学院 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书( (理工类理工类) ) 学生姓名: 专 业:电子信息工程 班 级: 学 号: 指导教师: 褚越强 职 称: 助教 完成时间: 2013 年 6 月 20 日 毕业设计(论文)题目: 16X16 点阵 LED 显示屏 纵向课题( )理论研究( ) 教师科研 课 题 横向课题( )应用研究( ) 教师自拟课题()应用设计( ) 题目来源 学生自拟课题( ) 题目类型 其 他( ) 注:请直 接在所属 项目括号 内打“” 总体设计要求及技术要点: 基本设计要求:基本设计要求: 使用
2、Altium Designer 设计 PCB 板,并且能将 4 块 8X8 点阵拼接到一起,并且板子可以多块 拼接。 较高设计要求:较高设计要求: 使用单片机控制所设计的显示屏分别显示“北华航天工业学院”几个字。 工作环境及技术条件: PCB 设计软件使用 Altium Designer 单片机程序设计使用 Keil C51 编程语言使用 C 语言。 16X16 点阵 LED 显示屏 工作内容及最终成果: 用 Altium Designer 设计 PCB 板,能够由 4 块 8X8 点阵拼接成一块 16X16 点阵列, 并且每块 16X16 点阵列可以实现拼接,最后通过单片机编程来驱动显示屏显
3、示所需的 汉字,以此来验证设计的正确性。 时间进度安排: 第七学期第六周 根据学生选择情况,完成双向选择,下达毕业设计任务书; 第七学期六十五周 教师指导学生查阅文献,撰写开题报告,准备外文译文、文献综述; 第七学期第十六周 论证学生的开题报告,确定能否开始毕业设计; 第八学期一十五周 学生进行毕业设计,完成毕业设计所有文档。答辩委员会验收; 第八学期第十六周 毕业设计答辩,评定成绩,评选优秀毕业设计(论文),汇总上报; 第八学期第十七周 系、教研室进行毕业设计总结,汇总上报教务处; 第八学期第十八周 毕业设计资料整理归档。 指导教师签字: 年 月 日 教研室主任意见: 16X16 点阵 LE
4、D 显示屏 教研室主任签字: 年 月 日 北华航天工业学院 本科生毕业设计(论文)原创性及知识产权声明 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)16*16 点阵 LED 显示屏 是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计 (论文)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计 (论文)引起的法律结果完全由本人承担。 本毕业设计(论文)成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关 毕业设计(论文)的相关规定,提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本。
5、本人同意北华航 天工业学院有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;可 以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以营利为目的的前提下,可以公 布非涉密毕业设计(论文)的部分或全部内容。 特此声明 毕业设计(论文)作者: 指导教师:褚越强 16X16 点阵 LED 显示屏 年 月 日 年 月 日 北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 电子显示屏的应用范围越来越广泛,它作为一个重要的宣传平台,已经受到全社会 的普遍认可。本课题以单片机为控制核心,阐述了 16*16 点阵 LED 显示屏的设计原理与 思路,详细叙述了系统硬件的具体实现过程,通过 8*8 LED
6、电子显示屏及相关的外围电 路,设计制作了一个 16*16 点阵 LED 电子显示屏,要求单个 16*16 系统模块可以单独显 示一个汉字,两个 16*16 模块级联可以显示两个不同汉字。 经实践证明,该系统显示误差小,性能稳定,结构合理,扩展能力强。 关键词关键词 8*8 点阵 LED 显示屏 单片机 PCB 北华航天工业学院毕业论文 II Abstract Electronic display more extensive range of applications, it serves as an important advocacy platform, has been widely r
7、ecognized by the whole society. The topics to microcontroller core, elaborated 16 * 16 dot matrix LED display design principles and ideas, a detailed description of the system hardware specific implementation process, through the 8 * 8 LED electronic display and related peripheral circuits, design a
8、 16 * 16 dot matrix LED display, requiring a single 16 * 16 system modules can be displayed one character, two 16 * 16 module cascade can display two different characters. The practice proved that the system displays error is small, stable performance, reasonable structure, expansion capability. Key
9、 words 8 * 8 dot matrix LED display SCM PCB 北华航天工业学院毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景及国内外研究概况 1 1.2 研究目的和意义 2 1.3 论文研究内容与结构安排 2 第 2 章 系统方案论证与选择3 2.1 单片机最小系统 3 2.1.1 AT89C51 芯片简介.3 2.1.2 单片机系统外围电路.6 2.2 硬件系统 7 第 3 章 系统硬件电路设计与实现8 3.1 点阵模块 8 3.1.1 点阵的介绍 8 3.1.2 LED 汉字显示方式.9 3.2 驱动模块 10 3.1.1 串并转换器 74HC59
10、5 芯片简介 .10 3.1.3 列驱动电路 .14 3.3 PCB 板.14 3.3.1 原理图库 .15 3.3.3 封装库 .16 3.4 PCB 板成品 .17 第 4 章 系统软件设计.18 第 5 章 系统调试及结果分析.19 5.1 系统硬件调试 .19 5.2 结论 .21 第 6 章 结束语.22 致 谢.23 参考文献.24 附 录.25 北华航天工业学院毕业论文 IV 附录 1 .25 附录 2 .26 附录 3 .27 北华航天工业学院毕业论文 1 16*16 点阵 LED 显示屏 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及国内外研究概况 随着显示器件与技术的进一步发展,屏幕
11、显示系统在国民经济中得到了广泛的应用, LED 显示屏是信息显示的重要传媒之一。LED 显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单 元组成的显示屏幕。伴随着计算机技术的发展,使得 LED 数码管能够在减少驱动器的情 况下能够直接被驱动。而且它具有可靠性高、使用寿命长、性能价格比高、使用成本低、 环境适应能力强等特点,所以一直在平板显示领域扮演着重要的角色,并且在今后相当 长的一段时期内还有相当大的发展空间。所以被广泛应用于金融市场、医院、体育场馆、 机场、码头、车站、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。LED 显示屏是八十年 代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体,显示屏由几万到几十万个半
12、导体发光 二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素点。目前应 用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LED 的开发已经达到了实用阶段。LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形和图像,不仅可以用于室内环境还可以用于室 外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。 近几年来我国 LED 显示的相关技术也取得了较快和较大的发展,早期时曾因 LED 材料器件的限制,LED 显示屏的应用领域没有广泛展开,另一方面,显示屏控制技术基 本上是通信控制方式,客观上影响了显示效果。所以导致早期的 LED 显示屏在国内很少, 产品以红、绿双基色为主,控制方式为通
13、信控制,灰度等级为单点四级调灰,产品的成 本比较高。后来 LED 显示屏迅速发展,进入九十年代,全球信息产业高速增长,信息技 术各个领域不断突破,LED 显示屏在 LED 材料和控制技术方面也不断出现新的成果。 蓝色 LED 镜片研制成功,全彩色 LED 显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术 发展,在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术,显示屏的动态显示效果大大提高。 这个阶段,LED 显示屏在我国发展迅速,LED 显示屏产业成为新兴的高科技产业。今天, LED 显示屏应用领域更为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、 更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。在短短
14、的十来年中,LED 点阵显示屏就 以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长 为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。LED 的发展前景极为广阔, 目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、 全色化方向发展。LED 显示屏的应用涉及社会经济的许多领域,主要包括:(1)证券 北华航天工业学院毕业论文 2 交易、金融信息显示。 (2)机场航班动态信息显示。 (3)港口、车站旅客引导信息显示。 (4)体育场馆信息显示。 (5)道路交通信息显示。 (6)调度指挥中心信息显示。 (7)邮 政、电信、商场购物中心等服务领域的
15、业务宣传及信息显示。 (8)广告媒体新产品等。 1.2 研究目的和意义 本课题深刻阐述了 LED 显示屏的基本显示原理和设计方法,通过研究能够提升对我 国 LED 显示屏这个行业的了解和认识。目前我国的信息行业发展迅速,作为主要平面显 示媒介的 LED 显示屏的作用也越练越广泛,相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应 该清楚的认识到我国的 LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此, 此课题对我国 LED 显示技术的发展都有非常现实与积极的意义1,2。 1.3 论文研究内容与结构安排 本课题研究的内容如下: 单片机控制模块:采用 89C51 或其他系列单片机作为控制核心,其它
16、相关的外围 电路构成本系统的模块; 显示模块:显示稳定的文字信息,可以级联显示; 驱动模块:采用 74HC595 作为点阵 LED 显示屏的行列驱动器,对点阵行列进行 驱动; 根据上述的研究内容,论文的结构安排如下: 第二章主要阐述系统方案的选择与论证,根据系统要实现的主要功能,把整个系统 分为单片机最小系统、硬件系统、软件系统,同时分别对各个模块进行功能阐述与验证; 第三章主要阐述系统硬件电路设计与实现,主要阐述了硬件电路的设计,并对各单 元电路中主要元件的结构概念,引脚功能等以及其特点进行介绍和说明。 第四章主要阐述的是系统软件设计,主要是对主程序的结构图和时间的流程图说明。 第五章阐述的
17、是系统调试及结果分析,主要是对硬件和软件测试中遇到的问题和解 决方法详细阐述,并对设计过程中的主要注意事项进行说明。 第六章是结束语。主要阐述在设计过程中的一些心得体会。 北华航天工业学院毕业论文 3 第 2 章 系统方案论证与选择 2.1 单片机最小系统 2.1.1 AT89C51 芯片简介 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的 8 位 Flash ROM 单片机。其最突出的优点是片 内 ROM 为 Flash ROM,可擦写 1000 次以上,应用并不复杂的通用 ROM 写入器就能方 便的擦写,读取也很方便,价格低廉,具有在片程序 ROM 二级保密系统。因此可灵活 应用于各种控制
18、领域。AT89C51 包含以下一些功能部件: (1)一个 8 位 CPU ; (2)一个片内振荡器和时钟电路; (3)4KB Flash ROM ; (4)128B 内 RAM; (5)可寻址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制电路; (6)两个 16 位定时/计数器; (7)21 个特殊功能寄存器 ; (8)4 个 8 位并行 I/O 口; (9)一个可编程全双工串行口 ; (10)5 个中断源,可设置成 2 个优先级。 AT89C51 单片机一般采用双列直插 DIP 封装,共 40 个引脚,图 3-3 为其引脚排列 图。40 个引脚大致可分为 4 类:电源、时钟、控制各 I/O 引
19、脚。 一 电源 Vcc芯片电源,接+5V;GND接地端。 二 时钟 XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端 北华航天工业学院毕业论文 4 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST /VPD 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4
20、 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE /PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89C51 图 2-1 AT89C51 引脚图 三 控制线 控制线共有 4 根,其中 3 根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能,正常使用时 是一种功能,在某种条件下是另一种功能。 1ALE/地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲。 PROG (1)ALE 功能:用来锁存 P0 口送出的低八位地址。 AT89C51 在并行扩展
21、外存储器时,P0 口用于分时传送低 8 位地址和数据信号,且 均为二进制数。当 ALE 信号有效时,P0 口传送的是低 8 位地址信号;ALE 信号无效时, P0 口传送的是低 8 位地址信号。在 ALE 信号的下降沿,锁定 P0 口传送的内容,即低 8 位地址信号。 需要指出的是,当 CPU 不执行访问外 RAM 指令,ALE 以时钟振荡频率 1/6 的固定 频率输出,因此 ALE 信号也可作为外部芯片 CLK 时钟或其他需要。但是,当 CPU 执行 MOVX 指令时,ALE 将跳过一个 ALE 脉冲。 (2)功能:片内 EPROM 的芯片,在 EPROM 编程期间,此引脚输入编程脉 PRO
22、G 冲。 2 外 ROM 读选通信号。 PSEN 89C51 读外 ROM 时,每个机器周期内两次有效输出。可作为外 ROM PSENPSEN 芯片输出允许的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时,无效。 OEPSEN 3RST/VPD复位/备用电源。 (1)正常工作时,RST 端为复位信号输入端,只要在该引脚上连续保持两个机器 周期以上高电平,AT89C51 芯片即实现复位操作,复位后一切从头开始,CPU 从 0000H 北华航天工业学院毕业论文 5 开始执行指令。 (2)VPD 功能:在 VCC 掉电情况下,该引脚可接上备用电源,由 VPD 向片内 RAM 供电,以保持片内 RAM
23、中的数据不丢失。 4/VPP内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 EA (1)功能:正常工作时,为内外 ROM 选择端。AT89C51 单片机 ROM 寻址 EAEA 范围为 64KB,其中 4KB 在片内,60KB 在片外。当保持高电平时,先访问内 EA ROM,但当 PC 值超过 4KB 时,将自动转向执行外 ROM 中的程序。当保持低电平 EA 时,则只访问外 ROM,不管芯片内有否内 ROM。 (2)VPP 功能:片内有 EPROM 的芯片,在 EPROM 编程期间,此引脚用于施加编 程电源。 四 I/O 引脚 AT89C51 有 P0、P1、P2、P3 4 个 8 位并行
24、 I/O 端口,共 32 个引脚。 P0 口是一组 8 位漏级开路型双向 I/O 口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用 时,每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口写 1 时,又可作高阻抗 输入端用。在访问外部程序和数据存储器时,它是分时多路转换的地址(低 8 位)/数据 总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻。在 Flash 编程时,P0 端口接收指令字节;而 在验证程序时,则输出指令字节。验证时,要求外接上拉电阻。 P1 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口,向 P1 口写入 1 时 P1 口被内部上拉为高电平, 可用作输入口。当作为输入脚时被外部信号拉低的 P1
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