16×16点阵LED电子显示屏的设计 毕业论文.doc
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1、 I 毕业设计论文毕业设计论文 1616 点阵点阵 LED 电子显示屏的设计电子显示屏的设计 The 1616 lattice LED electron display monitor design 学生姓名:学生姓名: 学学 号:号: 指导教师;指导教师; 所在院系:所在院系:电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 所学专业:所学专业:电气工程及其自动化电气工程及其自动化 黄石理工学院 中国黄石 II 毕业设计论文任务书毕业设计论文任务书 姓 名 学 号 院(系) 电气与电子信息工程学院 同组姓名 指导教师 一一、课课题题名名称称 1616 点阵 LED 电子显示屏的设计 二二、课课题
2、题内内容容 设计一个室内用的 1616 点阵 LED 图文显示屏。 三三、课课题题任任务务要要求求 在目测条件下 1616 点阵 LED 显示屏各点亮度均匀、充足,可显示图形和 文字,显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出 等显示方式。 III 四四、同同组组设设计计者者 五、主要参考文献五、主要参考文献 1 李全利 编著 :单片机原理及接口技术 (第2 版) 北京:高等教育出版社, 2004 2 张志良 主编 :单片机原理及控制技术 (第2 版) 北京:机械工业出版社, 2005 3 张毅刚 主编 :单片机原理及应用 北京:高等教育出版社, 2006 4 李光飞 编
3、著 :单片机课程设计实例指导 (第2 版) 北京:北京航空航天出版社, 2004 5 李 华 主编 :MCS-51 单片机实用接口技术 北京:北京航空航天出版社, 1997 6 徐仁贵 主编 :微型计算机接口技术及应用 北京:机械工业出版社, 1998 7 诸昌钤 编著 :LED 显示屏系统原理及工程技术 成都:电子科技大学出版社, 2000 8 梅开乡 主编 :数字逻辑电路 (第2 版) 北京:电子工业出版社, 2005 9 杨素行 主编 :模拟电子技术基础简明教程 (第2 版) 北京:高等教育出版社, 2004 10 吉 雷 主编 :Protel99 从入门到精通 西安:西安电子科技大学出
4、版社, 2004 指指导导教教师师签签字字 教研室主任签字教研室主任签字 年年 月月 日日 重庆信息技术职业学院 1 摘要摘要 本设计是一 1616 点阵 LED 电子显示屏的设计。 整机以美国 ATMEL 公司生产的 40 脚单片机 AT89C51 为核心,介绍了以它为控制 系统的 LED 点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器 74HC154 和两个列驱动器 74HC595 来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文 字或单色图像,全屏能显示 1 个汉字,采用 4 块 88 点阵 LED 显示模块来组成 1616 点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形或文字能够
5、实现静止、移入移出等多种显 示方式。文中详细介绍了 LED 点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及 原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。 单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑,通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电平,就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据 可以自行编写(即直接点阵画图) ,也可从标准字库中提取。 LED 显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等 特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布,公益宣 传,环境参数实时,重大活动倒计时等等得到广泛的应用。 经实践证明,该系统显示
6、误差小,性能稳定,结构合理,扩展能力强。 关键词:关键词:AT89C51 单片机;单片机; LED; 点阵显示;点阵显示; 动态显示;动态显示; 汇编语言。汇编语言。 重庆信息技术职业学院 1 Abstract This design is a 16 16 lattice LED electron display monitor design. The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core,
7、 introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or mono
8、chrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 88 dot-matrix LED display modules to form the 1616 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the L
9、ED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overca
10、st extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. LED display with fabric means flexibility, stability, low power consumption,
11、long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transportation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used. As th
12、e practice proves, the system possesses advantages in low shows errors, stable, rational structure and strong extensible abilities. Key words: AT89C51 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language. 重庆信息技术职业学院 1 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACTII 第一章第一章 前言前言 1 第二章第二章 系统整体设计方案系统整
13、体设计方案 2 21 需要实现的功能2 22 LED 显示特点.2 23 设计方案论证3 231 显示模式方案3 232 数据传输方案4 第三章第三章 系统硬件部分设计系统硬件部分设计 5 31 电源设计5 32 单片机系统及外围电路6 321 单片机的选择6 322 AT89C51 芯片介绍.6 323 单片机系统外围电路9 33 列驱动电路10 34 行驱动电路12 341 行驱动芯片 74HC154 介绍.12 342 行驱动电路13 35 LED 显示屏电路.15 第四章第四章 系统软件部分设计系统软件部分设计 17 41 系统主程序17 重庆信息技术职业学院 1 42 显示驱动程序1
14、8 第五章第五章 调试及性能分析调试及性能分析 20 51 软件调试20 52 硬件调试20 53 性能分析21 结束语结束语 22 致谢致谢 23 附录一附录一 系统综合电路原理图系统综合电路原理图 24 附录二附录二 系统程序清单系统程序清单 25 主要参考文献主要参考文献 32 重庆信息技术职业学院 1 第一章第一章 前言前言 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来,以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注, 所以应用很广,发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强, 对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。正因为单片机有如 此多的优点,因此其应
15、用领域之广,几乎到了无孔不入的地步。在我国,单片机已被广 泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和 和国防军事、尖端武器等各个方面。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效 益。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬 件电路实现的大部分控制功能,正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬 件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如,本文所要论述的通 过单片机来控制 LED 点阵显示。 LED 是发光二极管英文 Light Emitting Diode 的简称,是六十年代末发展起来的一 种半导体显示器
16、件,七十年代,随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和-结形成 技术的研究进展,发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实 用化。进入八十年代后,LED 在发光波长范围和性能方面大大提高,并开始形成平板显 示产品即 LED 显示屏。 LED 电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它 是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统,是目前 国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰 富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼 者。在我国改革开放之后,特别是进入 9
17、0 年代国民经济高速增长,对公众场合发布信 息的需求日益强烈,LED 显示屏的出现正好适应了这一市场形势,因而在 LED 显示屏 的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高,生产也得到了迅速的发展,并逐步 形成产业,成为光电子行业的新兴产业领域。LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示 屏,到图像显示屏的发展过程。 随着信息产业的高速发展,LED 显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息 化社会的一个闪亮标志。近年 LED 显示屏已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和 服务宗旨宣传的公众场所如银行、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布, 政府机关政策、政令,各类市场行情信息的发
18、部和宣传等。目前,对于那些需要显示的 信息量不是很大,分辨率不是很高,又需要制造成本相对比较低的场合,使用大、小屏 幕 LED 点阵显示器是比较经济适用的,它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉 字和简单图形,可以根据需要使用不同字号、字型。 汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵(如 1616 点阵) ,将点阵文件 存入 ROM,形成新的汉字编码。而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语言,再 由 MCU 根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。具体显示技术和原理将会在正文中 得到详细论述。 杜春雷 2007 年 4 月 重庆信息技术职业学院 1 第二章第二章 系统整体设计方案系统整体
19、设计方案 21 需要实现的功能需要实现的功能 设计一个室内用 1616 点阵 LED 图文显示屏,要求在目测条件下 LED 显示屏各点 亮度均匀、充足,可显示图形和文字,显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文 字显示有静止、移入移出等显示方式。 22 LED 显示特点显示特点 LED 发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光 灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发 光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯,如电源指示、电路状态 指示灯,进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个 LED 发光灯 组
20、成固定的字符或图形进行显示,如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。和很多应 用术语一样,LED 图文显示屏并没有一个公认的严格的定义,一般把显示图形和/或文 字的 LED 显示屏称为图文屏。这里所说的图形,是指由单一亮度线条组成的任意图形, 以便于不同亮度(灰度)点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特征是只控制 LED 点阵中各发光器件的通断(发光或熄灭) ,而不控制 LED 的发光强弱。LED 图文显示屏 的外观可以做成条形,叫做条形图文显示屏(简称条屏) ,也可以按一定高度比例做成 矩形的平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏,在显示与 控制的原理上并无区别。 从理
21、论上说,不论显示图形还是文字,都是控制与组成这些图形或文字的各个点所 在位置相对应的 LED 器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形,再 按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说, 每个 LED 发光器件占据数据中的 1 位(1bit) ,在需要该 LED 器件发光的数据中相应的 位填 1,否则填 0。当然,根据控制电路的安排,相反的定义同样是可行的。这样依照 所需显示的图形文字,按显示屏的各行各列逐点填写显示数据,就可以构成一个显示数 据文件。显示图形的数据文件,其格式相对自由,只要能够满足显示控制的要求即可。 文字的点阵格式比较规范,可以采用
22、现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵, 其大小也可以有 1616、2424、3232、4848 等不同规格。汉字的点阵结构相应的显 示数据是用 16 进制格式以字节为单位表示的。 用点阵方式构成图形或文字,是非常灵活的,可以根据需要任意组合和变化,只要 设计好合适的数据文件,就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示 经常需要变化的信息,是非常有效的。 点阵显示方式适应信息变化的优点,是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为 代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上都布置了 LED 器件,而像数码管一 类的显示器件只在需要发光的七段位置上布置 LED 器件,其它位置是空白
23、的。因此, 点阵显示器在相同面积情况下,价格要贵些。但是,数码管可显示的信息有限,只有 09 或单个的英文字符,由于组合形成的字符不多,所以其显示数据和控制电路都比较 重庆信息技术职业学院 1 简单。点阵显示器则不然,它要对点阵上全部 LED 进行控制,并能生成所有可能显示 的图形文字,其显示数据和控制电路自然要复杂得多。因此,根据不同的场合,不同的 显示特点和格式可以分别采用数码管器件或点阵显示方式,有的情况可以采用两者搭配 的混合屏显示方式。 图文显示屏的颜色,有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏 多使用红色、橘红色或橙色 LED 点阵单元。双色图文屏和多色图文屏,在 L
24、ED 点阵的 每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED 发光器件。换句话说,对应于每种颜色 都有自己的显示矩阵。显示的时候,各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种 颜色的显示数据,显示时分别送到各自的显示点阵,即可实现预期效果。每一种颜色的 控制方法和单色的完全相同,因此掌握了单色图文显示屏的原理,双色屏和多色屏就不 难理解了。 23 设计方案论证设计方案论证 231 显示模式方案显示模式方案 为了吸引观众增强显示效果,可以有多种显示模式,最简单的显示模式是静态显示。 这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应,就有各种动 态显示模式,它们所显示的图文都是
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