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1、单片机原理及接口技术课程设计报告设计题目：基于单片机的广告显示牌设计学 号：姓 名：指导教师：基于单片机的广告显示牌设计LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。LED显示屏用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。由于LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高、视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑
2、市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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。据报道，由于发光二极管（LED）用于广告牌具有亮度高、寿命长和节能的特点，虽然其初装价格较高，但日本一些灯具生产商和广告牌经营者正看好这一产品，并努力开发相关市场。LED节能环保的优点与当今越来越受重视的环保意识不谋而合，因此LED的应用前景良好。LED的设计使用也不断的得到改善，以更好的适应社会需求。1. 设计任务结合实际情况，基于AT89C52单片机的广告显示牌的设计。该设计应满足的功能要求为：(1) 广告牌可以正常显示字
3、体；(2) 广告牌上的字可以循环滚动；(3) 广告牌可以暂停和继续；主要硬件设备：AT89C52单片机、74HC154译码器芯片、4片8*8点阵显示器。2. 整体方案设计要显示中文字，需要4片88的点阵显示器组合成1616的点阵显示器才能完整的显示一个中文字。如图2-1为整个系统的电路框架图。图2-1 显示电路框架图从理论上讲，只要控制与组成这些图形或文字的各个所在位置相对应的器件发光，就可以得到想要的显示结果，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。把行列总线接在单片机的I/0口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将LED点阵的行列端口全部直接接
4、入89C52单片机，则需要使用32条I/0口，这样会造成I/0口资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由416线译码器74HCl54来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个I/O口，节约了很多I/O口资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。本设计中，汉字扫描显示的基本过程是这样的：单片机89C52按照设定的程序在P0和P2接口输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行选线(高电平驱动)，同时在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，即轮流给行信号输出低电平，
5、当高电平与低电平接通，则该发光二极管亮。在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态 ，其它行都处于熄灭状态。利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉字的滚动显示。3. 系统硬件电路设计3.1单片机最小系统一般来说，单片机的最小系统包括电源，晶振，复位电路。有了以上三块内容，单片机就能够工作了。另外要注意的一点是，EA脚也要接高电平，告诉单片机不使用片外存储器。3.1.1时钟晶振电路单片机XTAL1脚和XTAL脚是外部接晶振的两个引脚，通常在接一个晶振的同时要在晶振的两个脚接两个电容，这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它
6、会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，使晶振频率更加稳定。本设计中，单片机晶振采用12MHz的频率，以获得较高的刷新率，使显示更加稳定。如图3-1所示。图3-1单片机的时钟晶振电路原理图3.1.2复位电路 本设计采用上电复位的方式实现复位。上电复位电路由电容串联电阻构成，由图3-1所示，并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道：当系统一上电，RST脚将会出现高电平，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位。所以我们只要适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般文献推荐C 取10uF，R取8.2K。本设计中我们采用C取10u法拉，R
7、取10K欧姆。如图3-2所示为单片机的时钟晶振和复位电路原理图。图3-2单片机的时钟晶振和复位电路原理图3.2 列驱动 3.2.1 74HC154芯片的特性 74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输
8、入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。以下图3-3为74HC154的引脚图和实物图。图3-3 译码器74HC154引脚图 引脚说明：1-11 13-17 ：输出端。（outputs (active LOW)）18-19：使能输入端、低电平有效 (enable inputs (active LOW)20-23地址输入端 (address inputs)24：VCC电源正 (positive supply voltage)需要注意的是，只要控制端G1、G2任意一个为高电平，A、B、C、D任意电平输入都无效。G1、G2必须都为低电平才能操作芯片。 3.2.2 列驱动电路由于16x16点阵显示器有1
9、6行，为充分利用单片机的接口，本电路中加入了一个4-16线译码器74HC154，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号，把74HC154的G1口连接单片机89C52的P1.4引脚，来实现控制，G2引脚接地，然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态，分别为00001111，然后使每种状态只控制一路输出，即会有16路输出。如图3-4为驱动电路在proteus仿真软件中的电路原理图。图3-4 驱动电路原理图3.3 LED点阵显示屏工作原理 LED发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片。以下为8*
10、8点阵LED显示屏的原理图。图3-5 点阵LED原理图 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。4. 系统程序设计4.1 系统显示原理 每一个字由16行16列的点阵组成显示，即国标汉字库中的每一
11、个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。用8位的AT89C52单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。本电路把它拆分为左部和右部，左部由16（行）*8（列）点阵组成， 右部也由16（行）*8（列）点阵组成。以显示汉字“自”为例，来说明其扫描原理：图4-1点阵屏 单片机首先由P2口输出显示数据信号给左部分的第一行如图4-1所示，即第一行的P20-P27口。方向为P20到P27 ,显示汉字“自”时，P27点亮,由左到右排，为P20灭，P21灭, P2
12、2灭，P23灭, P24灭, P25灭, P26灭, P27亮。即二进制00000001，转换为16进制为 0x01。左部分的第一行完成后，继续扫描右半部的第一行，为了接线的方便，我们仍设计成由左往右扫描，即从P00向P07方向扫描，从上图可以看到，这一行全灭， 即为00000000，16进制则为0x00。然后单片机再次转向左半部第二行，此为P26亮，为00000010，即16进制0x02。这一行完成后继续进行右半部分的第二行扫描，全灭，为二进制00000000，即16进制0x00。 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“自”的扫描代码为：0x80,0x00,0x
13、40,0x00,0x20,0x00,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像， 都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。4.2 程序框图4.3字模提取软件的运用一个国标汉字是由16X16即256个点（像素）来构成的，显示一个汉字该亮哪些点这些复杂的工作都交给取模软件来完成，同时，取模软件也负责把要显示的汉字转化成程序中要
14、用到的显示代码，代码以一定的规律表征了该亮的点（用“1”表示）与不该亮的点（用“0”表示），一共256位。单片机负责将这些代码一段一段有规律地送到LED屏。汉字的点阵字模是从点阵字库文件中提取出来的，就可以显示汉字了。4.4循环程序的设计 为了是文字能够在LED显示屏上循环显示，设计了程序如下： int py=0; /定义偏移量 int count=0; /定义次数 if (count64) /指针终点 py=0; /偏移量归零，重新开始循环 count用来控制每次移位LED灯闪的次数。这里设置为50，即每移位一次，LED灯闪50次，然后再进行下次移位。4.5延时程序的设计画面的稳定有两个条件
15、：显示延长的时间应控制在合理的范围之内，时间小了会看不清画面，时间大了画面不连续。延时函数如下：void delay(void) / 延时程序 int j;for(j=0;j20;j+);/ 每次闪烁持续的时间，可以控制滚动速度 4.6指针程序的设计为了让图像实现滚动，设计了指针p加偏移量py。当偏移量发生变化，*（p+py）也跟着变化，这样指针就会指向下一个数组单元，实现滚动显示。py的增量必须为2的倍数，如果为奇数，会出现左右屏交替显示的现象。本设计将py每次的偏移量设置为2，因为如果设置太大，滚动会有加大的跳跃性，使画面失去流畅性。void delay(void);void main(
16、) char *p; /定义指针 int i; int count=0; p=&word_mu00; / p指向数组起始点 while(1) for(i=0;i16;i+) /滚动显示程序 P1=i; P2=*(p+py+2*i); /左边屏幕 P0=*(p+py+2*i+1); /右边屏幕 delay(); /亮延时 if (count64) py=0; 从i=0到i=15，显示完16行，并且重复50次后，指针偏移量+2，实现整体移位一行。依此执行，直到执行完数组全部单元，然后py赋值0，即重头开始执行。这样就实现了滚动循环显示。5. 系统调试5.1 Proteus软件仿真调试5.1.1 拖
17、尾现象在滚动显示的过程中，发现在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，通过多次调试都无法解决该问题，于是决定在切换行前先关闭列驱动器。并且延时，以此来消除切换行过程中，在人眼中产生的残影。从而实现消隐。设计程序如下： for(i=0;i16;i+) P1=i;P0=*(p+py+2*i+1); /右边P2=*(p+py+2*i); /左边 delay();P1_4=1; delay(); 在切换行是，给P1.4赋值1，使P1.4引脚输出高电平，关闭74HC154芯片，从而关闭了屏幕的显示。5.1.2 指针终点设置错误造成乱码 在程序设计的过程中，因为减少了显示字数，忘记了更改指针偏移量的终点值，导
18、致显示完成预定文字之后，尾随着显示乱码。 if (count225) py=0; py的终点值应该等于数组总长度-2i-1，即 数组长度-31。5.2 硬件调试图5-1在Proteus下的原理图基于Proteus环境下仿真结果如下。 “”字样在Proteus系统下的仿真图 6. 程序清单#includesbit P1_4=P14;sbit key=P15; unsigned char code word_mu2 = ;void delay(void);void main( )char *p; /定义指针int py=0; /定义偏移量int count=0; /灯闪的次数int i;p=&wo
19、rd_mu00; /p指向数组起始点while(1)for(i=0;i16;i+) /滚动显示程序P1=i;P2=*(p+py+2*i); /左边屏幕P0=*(p+py+2*i+1); /右边屏幕delay(); /亮延时P1_4=1; /P1.4引脚赋1，即关闭译码器delay(); /灭延时if (count225)/循环显示的终点py=0; /循环初始化 void delay(void) / 延时程序 int j;for(j=0;j20;j+);/ 每次闪烁持续的时间，可以控制滚动速度 7.小结本设计学到的内容： 一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有哪些优点。 二、通过本次设计，我掌握了有关单片机控制的设计思想和设计方法，对74HC154等芯片有了更近进一步的了解，并对其进行测试和加以应用学习，从而获得了新的知识。三、 本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀充足，而且显示时稳定、清晰无串扰。显示效果有静止、移入移出等。四、 学会了Proteus、Keil C等软件的使用，并最终完成设计。
