基于单片机的LED点阵电子显示屏设计毕业设计.doc

学生毕业论文（设计）题目基于单片机的LED点阵电子显示屏设计 姓名 学号 2011540330110 系 部 电子信息工程系 专业电子信息工程技术 指导教师 职称 讲师 2013年11月17日长沙师范专科学校教务处制长沙师范学校毕业论文（设计)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的论文（设计）基于单片机的LED点阵电子显示屏设计是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名)： 2013年11月17日长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目基于单片机的LED点阵电子显示屏设计题目类型综 合题目来源自 选院（系）电子信息工程系专 业电子信息工程技术指导教师 职 称讲师姓 名 年 级大 三学 号2011540330110一、立题依据(国内外研究进展或选题背景、研究意义等)该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了51单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。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。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。 二、研究的主要内容及预期目标 设计一个室内用16×32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。 三、研究方案（思路）A 查找并阅读相关资料，了解基本的内容，利用需求分析文档，对整个系统有个初步的架构。B 搜寻实验用的文件文档集和研究过程中用到的各种工具软件。C 根据已有的资料并借助PROTEUS对系统各模块进行分析、设计、测试。四、论文进度安排（1）2013年9月-2013年10月 领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告。（2）2013年10月中旬 完成论文初稿，总体方案的拟定。（3）2013年10月末 完成论文的终稿，LED点阵电子显示屏的编程和设计（4）2013年11月初 后期调试和测试（5）2013年11月中旬 总结毕业设计的整个过程，完成毕业设计论文。五、主要参考文献1张华林。电子设计竞赛实训教程M北京：北京航空航天大学出版社，2007.32缪思恩.LED大屏幕显示电路设计J。电子技术应用，1996.83李桂平.LED屏幕显示器的设计J.零陵师范学院学报，2002.94 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20045 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20056 张毅刚 主编 ：单片机原理及应用北京：高等教育出版社，20067 李光飞 编著 ：单片机课程设计实例指导（第2版）北京：北京航空航版，20048 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，19979 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，1998六、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日七、系部审核意见 负责人签名（系部公章）： 年 月 日注：1. 题目类型：理论、实验、应用、综合；2. 题目来源：指导教师拟定、自选、其它；3. 此表可打印。 长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题目： 基于单片机的LED点阵电子显示屏设计学生姓名 黄慧敏学号2011540330110院系电子信息工程系指导教师彭高丰教师职称讲师专业电子信息工程技术计划完成时间： 2013年10月27日已完成的工作：领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告；完成论文初稿，总体方案的拟定；硬件的整体框图及电路原理图，并画写出了一些主要程序模块的程序流程图。未完成的工作：写出系统软件代码； 后期调试和测试；毕业答辩。 学生签名： 年 月 日指导教师评议（指出优点和不足）指导教师签名： 年 月 日系部意见负责人签字： 年 月 日长沙师范专科学校学生毕业论文（设计）评分表 系部电子信息工程系专业电子信息工程技术学号2011540330110姓名黄慧敏论文题目基于单片机的LED点阵电子显示屏设计评分人评价内容满分得分指导教师1. 对待毕业论文（设计）的态度152. 观察、收集、整理、查阅资料及运用水平253. 独立工作能力、动手能力和分析解决问题的能力304. 论文的创新性与写作质量30合 计100是否同意答辩： 指导教师签字： 年 月 日评分人评价内容满分得分评阅教师 1. 论文选题的价值与合理性15 2. 论文的难度、工作量大小和创新性30 3. 论证过程的合理性与结果的正确性25 4. 文字表达水平、文章的逻辑性与写作规范30合 计100是否同意答辩： 评阅教师签字： 年 月 日评分人评价内容满分得分答辩小组 1. 内容的科学性、创新性或应用性35 2. 论文写作水平及知识掌握程度25 3. 语言表达能力、逻辑思维能力、回答问题的正确性40合 计100答辩是否通过： 答辩小组组长签字： 年 月 日评定成绩指导教师评定成绩（40%）论文评阅成绩（30%）论文答辩成绩（30%）总成绩论文等级系部毕业论文领导小组负责人签字（系部公章）： 年 月 日注：论文等级与百分制的对应关系：优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69），不及格（60分以下）。学生毕业论文（设计）鉴定表题目 基于单片机的LED点阵电子显示屏设计 姓名 黄慧敏 学号 2011540330110 系 部 电子信息工程系 专业 电子信息工程技术 指导教师 彭高丰 职称 讲师 2013年11月17日长沙师范专科学校教务处制中文摘要： 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，通过8×8LED电子显示屏及相关的外围电路，设计制作了一个16×32点阵LED电子显示屏。本设计介绍了基于AT89C51单片机点阵显示屏的设计方案，阐述了16×32点阵LED显示屏的设计原理和电路，详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程。论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等的模块设计思路与制作方法。软件部分同样也采用模块化的设计思想，包括中断模块、显示模块，并采用简单流通性强汇编语言编程实现。系统能清晰的图文伴随跑马形式移入移出显示等功能。在实际设计调试过程中，通过肉眼观察该显示屏显示的图文是否稳定、清晰无串扰，查找造成图文不清晰的根源，确定调整方案，尽可能的使显示图文与要求相符合。关键词：AT89C51单片机；LED；点阵显示；动态显示；汇编语言。英文摘要：Abstract ：LED electronic display screens, which are applied more and more widely,have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform,In this work,a digital 16*32 dot matrix LED electronic display screens was designed and made from a 8x8LED electronic display screen and the related peripheral circuits ,with a microcontroller as the controlling core.The thesis introduces the design of a dot matrix display based on AT89C51 microcontroller.describing the design ideas of 16*32 dot matrix LED display,and expounding the realization process of system hardware and software design in detail.This thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving modules.Software design including interrupt module and display module is also the idea of modularization,and it comes true by the application of a simple and popular language programming.System can achieve the function of a clear graphic with Happy Valley with moving-out and moving-in display.During the actual design and debugging process,they observe the stability of the pictures on the scream through eyes,and find if they are clear without any interference,and work out the reasons why the pictures are not clear,then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as mach as possible. Key words: AT89C51 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language.指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日论文等级：系部负责人（签章）： 年 月 日 系部审核意见：系部公章： 年 月 日填写说明1. 用蓝色或黑色墨水的钢笔（或签字笔）填写，书写要清晰、工整、规范，不得打印。2. 此表一式两份。一份装入学生档案；一份按此表、开题报告、中期检查表、成绩评定表、论文正文的顺序装订成册，留院（系）存档。 长沙师范专科学校毕业论文（设计）工作总结表答辩学生总人数未能如期答辩学生人数成绩分布等级优 秀良 好中 等及 格不及格人数比例在毕业论文（设计）工作过程中执行学校规定和要求的情况：结合系部特点制定的具体措施及执行效果：存在的问题及今后的措施：系主任签字（公章）： 年 月 日 目 录摘要·······················································································IABSTRACT·················································································II第一章 系统整体设计方案·····························································111 需要实现的功能·······························································112 设计方案论证··································································1第二章 系统硬件部分设计·····························································3 2. 1 电源设计·······································································3 22 单片机系统及外围电路·······················································4 2. 2. 1 单片机的选择··························································4 2. 2. 1 AT89C55芯片介绍·····················································4 2. 2. 1 单片机系统外围电路··················································7 2. 3 列驱动电路····································································8 2. 4 行驱动电路····································································8 2. 4 .1 列驱动电路····························································8 2. 4 .1 行驱动电路···························································10 2. 5 LED显示屏电路······························································11第三章 系统软件部分设计·····························································14 3. 1 系统主程序··································································14 3. 2 显示驱动程序································································15第四章 调试及性能分析································································17 4. 1 系统调试·····································································17 4. 2 性能分析·····································································17结束语···················································································18致谢······················································································19参考文献·················································································20附录······················································································21基于单片机的LED点阵电子显示屏设计 电子信息工程技术 指导老师 彭高丰 学生姓名 黄慧敏摘要：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，通过8×8LED电子显示屏及相关的外围电路，设计制作了一个16×32点阵LED电子显示屏。该设计介绍了基于AT89C55单片机点阵显示屏的设计方案，阐述了16×32点阵LED显示屏的设计原理和电路，详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程。论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等的模块设计思路与制作方法。软件部分同样也采用模块化的设计思想，包括中断模块、显示模块，并采用汇编语言编程实现。系统能清晰的图文伴随跑马形式移入移出显示等功能。在实际设计调试过程中，通过肉眼观察该显示屏显示的图文是否稳定、清晰无串扰，查找造成图文不清晰的根源，确定调整方案，尽可能的使显示图文与要求相符合。关键词：AT89C55单片机；LED；点阵显示；动态显示；汇编语言。Abstract ：LED electronic display screens, which are applied more and more widely,have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform,In this work,a digital 16*32 dot matrix LED electronic display screens was designed and made from a 8x8LED electronic display screen and the related peripheral circuits ,with a microcontroller as the controlling core.The thesis introduces the design of a dot matrix display based on AT89C55 microcontroller.describing the design ideas of 16*32 dot matrix LED display,and expounding the realization process of system hardware and software design in detail.This thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving modules.Software design including interrupt module and display module is also the idea of modularization,and it comes true by the application of a simple and popular language programming.System can achieve the function of a clear graphic with Happy Valley with moving-out and moving-in display.During the actual design and debugging process,they observe the stability of the pictures on the scream through eyes,and find if they are clear without any interference,and work out the reasons why the pictures are not clear,then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as mach as possible. Key words: AT89C55 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language.第一章 系统整体设计方案1.1 需要实现的功能 设计一个室内用16×32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。 1.2 方案论证从理论上说，不论显示图形还是文字，只要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，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16×32的点阵共有512个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16×32的点阵需要512/8=64个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是16×32的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法1。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如32行）的同名列共用一套列驱动器。具体就16×32的点阵来说，我们把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭； 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。 采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。图1-1为显示屏电路实现的结构框图。 单片机列驱动器行驱动器LED显示点阵电源图1-1 显示屏电路框图第二章 系统硬件部分设计 由于图文屏的控制电路采用单片机方案，控制功能的实现应在硬件和软件两方面进行折中。单片机及相应软件，主要负责存储（或生成）显示数据、安排控制信号的定时与顺序等。但是单片机的接口数量少，驱动能力不强，必须扩展一定的硬件电路，才能满足显示屏的需要。系统硬件部分电路大致上可以分成稳压电源、单片机系统及外围电路、列驱动器电路、行驱动器电路和LED显示屏电路五部分。21 电源设计稳压电源的功能是把来自电网的220V交流电压转变为所需的、稳定的直流电压。它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2-1所示： + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程 图2-1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图2-2所示。图中变压器T将来自电网的220V交流电压变换为整流电路所需要的7.5V交流电压，再经整流电桥（4个二极管）D1将交流电压变换成脉动的直流电压，随后电解电容器C1将脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较为平滑的直流电压。为了得到改善的纹波电压，再将直流电压通过电容C2，然后经集成稳压器IC1稳压，在输出端得到稳定的5V直流电压。这时，在输出端接上电容C3，用以滤除输出端的高频信号，改善负载的瞬态响应，最后即可得到所需的、稳定的直流电压。电路最后接入的发光二极管用做电源指示灯。图2-2 电源电路22 单片机系统及外围电路221 单片机的选择单片机采用89C55或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、以及给屏体电路部分发送命令。这里我们选择了内含20K字节Flash的AT89C55，因为我们只需要显示特定的图形，文字和时间，温度，需庞大的字库，因此20K Flash已经可以满足字库储存的需求，不需要扩展外存储器。在便携式产品中大有用武之地2。222 AT89C55芯片介绍 采用AT89C55，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含20kbytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256*8bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C55单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 虽然AT89S52的ISP下载功能非常优秀，但它只有8KROM，由于本设计的程序代码比较多，所以选用AT89C55（具有20KROM）。主要性能参数：·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容·20K字节可重擦写Flash闪速存储器·1000次擦写周期·全静态擦写周期：0Hz33Hz·三级加密程序存储器·256*8字节内部RAM·32个可编程I/O口线·三个16位定时/计数器·8个中断源·低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：这个AT89C55的是一种低功耗，高性能8位CMOS单片机，具有20K字节可重擦写Flash闪速存储器，该设备是采用Atmel的高密度非易失性内存技术，并与业界标准80C51指令集和引脚兼容，片上闪存程序存储器可重新编程的系统或由传统的非易失性内存编程通过将通用的8位CPU与Flash在monolithicchip芯片， AT89C55是一个强大的微型计算机提供了一个高度灵活和成本有效地解决许多嵌入式控制应用。AT89C55单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图2-3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。图2-3 AT89C55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。（1）ALE功能：用来锁存P0口送出的低八位地址。 AT89C55在并行扩展外存储器时，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，此引脚输入编程脉冲。2 外ROM读选通信号。 89C51读外ROM时，每个机器周期内两次有效输出。可作为外ROM芯片输出允许的选通信号。在读内ROM或读外RAM时，无效。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，AT89C55芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H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中的数据不丢失。4/VPP内外ROM选择/片内EPROM编程电源。（1）功能：正常工作时，为内外ROM选择端。AT89C55单片机ROM寻址范围为64KB，其中20KB在片内，60KB在片外。当保持高电平时，先访问内ROM，但当PC值超过20KB时，将自动转向执行外ROM中的程序。当保持低电平时，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 AT89C55有P0、P1、P2、P3 4个8位并行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，