2282 1616點陣LED電子顯示屏,點陣,led,電子顯示屏 單片機課程設(shè)計 3雙漢字 16X16 LED點陣廣告屏余水寶數(shù)理與信息工程學院2006年 5月目 錄第 1 節(jié) 引 言………………………………………………………………………31.1 LED點陣顯示屏概述…………………………………………………………………31.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況……………………………………………………………41.2.1 串行傳輸與并行傳輸技術(shù)………………………………………………………41.2.2動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)……………………………………………41.2.3自動檢測及遠程控制技術(shù)……………………………………………………41.3設(shè)計任務(wù)……………………………………………………………………………… 4第 2 節(jié) 總體方案論證與設(shè)計……………………………………………………52.1 LED驅(qū)動模塊…………………………………………………………………………52.2數(shù)據(jù)存儲模塊…………………………………………………………………………52.3總體硬件組成框圖……………………………………………………………………6第 3 節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………………………63.1 LED驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計………………………………………………………………63.1.1 74 LS154芯片介紹……………………………………………………………63.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計………………………………………………………………73.2數(shù)據(jù)存儲電路的設(shè)計…………………………………………………………………83.3 PC機通信模塊的設(shè)計…………………………………………………………………9第 4 節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ………………………………………………………94.1下位機軟件流程……………………………………………………………………94.2上位機軟件…………………………………………………………………………10第 5 節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析………………………………………………12 5.1使用的儀器儀表……………………………………………………………………125.2系統(tǒng)調(diào)試……………………………………………………………………………125.2.1硬件調(diào)試…………………………………………………………… 125.2.2軟件調(diào)試…………………………………………………… 125.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)……………………………………………… 135.3測試結(jié)果…………………………………………………………………13附錄 ………………………………………………………………………………141. 實物圖……………………………………………………………………142. 電路總設(shè)計原理圖…………………………………………………………153. PCB圖……………………………………………………………………16雙漢字 16X16 LED點陣廣告屏任 務(wù) 書一、 任務(wù)設(shè)計一款基于 AT89C51單片機的雙漢字 16X16 LED點陣廣告屏。二、設(shè)計要求1. 基本要求⑴ 用 8塊 8X8 LED點陣組成雙漢字 16X16 LED點陣廣告屏。⑵ 通過對 AT89C51單片機的編程，實現(xiàn)多個漢字（如自我介紹、校訓、文明廣告用語等）的移動顯示。⑶ 寫出詳細的設(shè)計報告。⑷ 給出全部電路和源程序。2. 發(fā)揮部分⑴ 可通過 PC機，對系統(tǒng)編程，實現(xiàn)多個漢字的移動顯示，顯示內(nèi)容可通過 PC機隨時更改。⑵ 顯示的字數(shù)不少于 64字。⑶ 掉電后能保存顯示的信息。⑷ 采用模塊化設(shè)計，便于級聯(lián)組成多漢字屏。雙漢字 16×16 LED 點陣廣告屏第 1 節(jié) 引 言LED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。1.1 LED 點陣顯示屏概述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到 EPROM 芯片內(nèi)，能進行固定內(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。1.2 LED 顯示屏控制技術(shù)狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動檢測及遠程控制技術(shù)等。1.2.1 串行傳輸與并行傳輸技術(shù)LED 顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動 IC 種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實現(xiàn)也較為容易。1.2.2 動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)LED 顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為 1/4,1/16 掃描等。室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個發(fā)光一極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的 I/O 口，因此應(yīng)用較廣。1.2.3 自動檢測及遠程控制技術(shù)LED 顯示屏的構(gòu)成復雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直接影響顯示屏的正常運行。在 LED 顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進行自動檢測控制，也可根據(jù)需要，遠程實現(xiàn)對顯示屏的亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)以及工作方式的轉(zhuǎn)換等。1.3 本設(shè)計任務(wù)現(xiàn)在市場上各類基于 LED的顯示屏較多，但大部分產(chǎn)品為單一模式的 LED顯示屏，其在顯示內(nèi)容的更換及顯示屏的重組等方面都存在不便之處。但隨著信息化社會的迅速發(fā)展，LED 顯示屏正在向顯示內(nèi)容豐富、信息更改方便等方面發(fā)展。因此制作一款多功能的 LED廣告顯示屏是非常有意義地。本研究即以 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。第 2 節(jié) 總體方案論證與設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機 AT89C51 為 LED 顯示屏的控制核心，系統(tǒng)主要包括LED 驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC 機通信模塊等。下面對各模塊的設(shè)計逐一進行論證比較。2.1 LED 驅(qū)動模塊方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個 LED發(fā)光管的一端接至單片機的一個 I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動 LED，原理簡單，驅(qū)動能力強，LED 的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的 I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的 LED發(fā)光管的一端(共陰或共 2端)，LED 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計中采用方案二。2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊方案一：采用靜態(tài) RAM存儲顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器具有存儲容量大，傳輸速度快等優(yōu)點。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。方案二：采用 ROM芯片存儲 LED顯示屏要顯示的信息，采用 ROM芯片可以長時間的存儲信息，而且掉電數(shù)據(jù)不丟失，此種方式適合于存儲不變的數(shù)據(jù)。方案三：采用串行 EEPROM（如 24C256等）存儲 LED顯示屏要顯示的信息。串行 EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲技術(shù)，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應(yīng)用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。它克服了常用的 2816、2817、2864 等并行 EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。比較以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點，因此選者方案三。2.3 總體硬件組成框圖 AT89C51串串EEPROM串串串串LED串串串串MAX232串串串串PC串串串圖 2-1 總體硬件組成框圖系統(tǒng)框圖如圖 2-1 所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即 LED 驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC 機通信模塊。第 3 節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計為使該模塊化 LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括 LED 驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC 機通信模塊等三大模塊。3.1 LED 驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計LED驅(qū)動模塊是 LED顯示屏設(shè)計的關(guān)鍵部分，驅(qū)動電路設(shè)計的好壞直接關(guān)系到 LED顯示屏的亮度、穩(wěn)定度等重要指標。本次設(shè)計中 LED的驅(qū)動是采用三極管和 74LS154實現(xiàn)的。3.1.1 74 LS154 芯片介紹74LS154 是一個 4—16 譯碼器，其真值表如圖 3-1-1 所示。圖 3-1-1 74LS154 的真值表3.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計此系統(tǒng)中驅(qū)動電路是由 74LS154 和三極管組成的，原理圖如圖 3-1-2 所示。圖 3-1-2 LED 驅(qū)動電路原理圖如圖 3-1-2 LED 的行掃描端接到單片機 89C51 的 P0 口，列掃描端接置三極管的發(fā)射極。列掃描端（B1—B8）用于 LED 的數(shù)據(jù)掃描，通過 74LS154 的譯碼和三極管的驅(qū)動，使 LED 發(fā)光。 （A1—A8）通過 P0 口為 LED 的顯示給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.2 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計數(shù)據(jù)存儲電路由串行EEPROM 24C256組成。24C256是美國CATALYST 公司出品的一個1-256K位的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS E2PROM，可用電擦除，可編程自定時寫周期（包括自動擦除時間不超過10ms 典型時間為5ms ）的串行 E2PROM。 該芯片有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式，還有另一種頁寫入方式。允許在一個寫周期內(nèi)同時對1個字節(jié)到一頁的若干字節(jié)的編程寫入。24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖3-2-1和表3-2-1圖 3-2-1 24C256 的引腳排列圖表3-2-1引腳功能描述數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計原理圖如圖 3-2-2 所示：A01 A12A23 VSS4 SDA 5SCL 6WP7VCC 8J?24CXXVCC10k 10kp1.7p1.6VCC圖 3-2-2 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計原理圖該存儲電路僅由芯片24C256組成，SCL為串行時鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址，這是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。當LED顯示屏控制系統(tǒng)工作時，單片機89C51通過讀SDA和 SCL腳讀取 24C256中的內(nèi)容，并將其顯示于LED顯示屏上。也可以通過上位機（PC機）將編輯好的數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到24C256芯片內(nèi)。3.3 PC 機通信模塊的設(shè)計該部分電路由芯片 MAX232 組成。其電路原理圖如圖 3-3-1 所示：C1+ 1C1-3C2+ 4C2- 5T1IN 11T2IN 10R1OUT 12R2OUT 9VS+2VS-6T1OUT14T2OUT7R1IN13R2IN8VCC16GND15J20MAX232162738495J17DB9+C161u +C13 1u+C15 1u+C141uC12CAPVCCRXDTXD圖 3-3-1 通信原理圖如圖 3-3-1 所示，單片機的串口通過 MAX232 將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 EAI 適合的電平，實現(xiàn)了單片機和 PC 機之間的通信。第 4 節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件是該 LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 下位機軟件流程本系統(tǒng)中下位機（單片機 89C51）的主要功能就是實現(xiàn) LED 顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖 4-2-1 所示。開機 機系統(tǒng)初始化否是判斷是否處于通信狀態(tài)？移位顯示讀取顯示內(nèi)容圖 4-2-1 主程序流程圖讀取 24C256 的標志位等待判斷是否有中斷標志？是 否4.2 上位機軟件 本系統(tǒng)的上位機軟件主要是編輯 LED 顯示屏顯示的內(nèi)容，在設(shè)計中采用Visual Basic 語言編寫了 LED 顯示屏控制系統(tǒng)的內(nèi)容下載軟件。軟件界面如圖4-2-1 所示。該 VB 軟件的主要難點在于將上位機的數(shù)據(jù)寫入下位機，其子函數(shù)如下：Private Sub ComWrite_Click()If READ = False ThenIf TEXTSEND.Text <> "" ThenCall TEXTSEND_ChangeComWrite.Enabled = FalseTime = 0Timer2.Enabled = TrueREAD = FalsewWrite = TrueBig = 0MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.InBufferCount = 0MSComm1.RThreshold = 1HEXtxt = TEXTSEND.TextMSComm1.Settings = "9600,o,8,1"cc(0) = 144 + ChipIndex '芯片選擇，在單片機中已確定該位，當發(fā)送該位與單片機中的確定為相同時MSComm1.Output = cc '在發(fā)完發(fā)送標志位 170后，單片機將向 PC機 6發(fā)送應(yīng)答位 AAcc(0) = 170 '發(fā)送標志位 170MSComm1.Output = ccWirteN = 1LenTxt = Len(HEXtxt) / 2LabState.Caption = "狀態(tài)： 正在寫數(shù)據(jù)……"ElseLabState.Caption = "狀態(tài)： 沒有數(shù)據(jù)可寫！"End IfEnd IfEnd Sub第 5 節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表　　　　　　　　DT9203單片機仿真器　　　　　　　WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源　　　　　DH1718E-55.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED 驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC 機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.2.1 硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機仿真器 WAVE6000L及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.2.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3 測試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，LED 顯示屏能很好的顯示信息。LED 顯示屏由八塊8*8的 LED小模塊組成，整個顯示屏可以顯示兩個 16*16的漢字，漢字從右到左移動顯示，顯示亮度也正好。附 1 實物圖實物正面 OUT0 1OUT1 2OUT2 3OUT3 4OUT4 5OUT5 6OUT6 7OUT7 8OUT8 9OUT9 10OUT10 11OUT11 13OUT12 14OUT13 15OUT14 16OUT15 17G118 G219D20 C21B22 A23GND12VCC2474LS154D274LS154P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P3.7(/RD) 17P3.6(/WR) 16/PSEN 29ALE 30P3.1(TXD) 11P3.0(RXD) 10P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.2(/INT0)12 P3.3(/INT1)13P3.4(T0)14 P3.5(T1)15XTAL218XTAL119RESET9GND20 VCC40P2.7 28/EA3189C51J989C51R174.7KR184.7KR194.7KR204.7KR214.7KR224.7KR234.7KR244.7KR254.7KR264.7KR274.7KR284.7KR294.7KR304.7KR314.7KR324.7KOUT0 1OUT1 2OUT2 3OUT3 4OUT4 5OUT5 6OUT6 7OUT7 8OUT8 9OUT9 10OUT10 11OUT11 13OUT12 14OUT13 15OUT14 16OUT15 17G118 G219D20 C21B22 A23GND12VCC2474LS154D174LS154R14.7KR24.7KR34.7KR44.7KR54.7KR74.7KR84.7KR94.7KR104.7KR114.7KR124.7KR134.7KR144.7KR154.7KR164.7KR64.7KQ1PNP Q2PNP Q3PNP Q4PNP Q5PNP Q6PNP Q7PNP Q8PNPQ9PNP Q11PNP Q13PNP Q15PNP Q17PNP Q19PNP Q21PNP Q23PNPQ10PNP Q12PNP Q14PNP Q16PNP Q18PNP Q20PNP Q22PNP Q24PNPQ25PNP Q26PNP Q27PNP Q28PNP Q29PNP Q30PNP Q31PNP Q32PNPA0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15VCC VCC VCC VCC VCCVCC VCCVCCVCC VCC VCC VCC VCCVCC VCCVCCVCC VCC VCC VCC VCCVCC VCCVCCVCC VCC VCC VCC VCCVCC VCCVCC12345678910111213141516J1LED112345678910111213141516J2LED212345678910111213141516J3LED312345678910111213141516J4LED412345678910111213141516J5LED512345678910111213141516J6LED612345678910111213141516J7LED712345678910111213141516J8LED8LED12_9ALED12_9ALED21_9ALED12_14ALED12_14ALED12_14ALED12_8ALED12_8ALED12_8A LED12_12ALED12_12ALED12_12ALED12_1ALED12_1ALED12_1ALED12_7ALED12_7ALED12_7ALED12_2ALED12_2ALED12_2A LED12_5ALED12_5ALED34_9ALED34_9ALED34_9ALED34_14ALED34_14ALED34_14ALED34_8ALED34_8ALED34_8A LED34_12ALED34_12ALED34_12ALED34_1ALED34_1ALED34_1A 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