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1、基于单片机大屏幕显示设计摘要：基于单片机( AT89C51) 介绍了一种 简单 的 16 16 LED汉字显示屏的设计与制作过程，内容包括LED汉字显示屏的硬件电路、PCB设计、汇编语言程序设计与调试等方面，涉及到单片机电子产品设计与制造过程中的各个环节，能帮助广大电子爱好者解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。关键词：单片机；LED；点阵；汉字显示LED Chinese Character Display Screen Design and Making Based on Single Chip Abstract：This artic
2、le based on sigle chip( AT89C51)introduces a kind of simple 16*16 LED Chinese character dislay screen design and making process，it includes the hardware circuit of LED Chinese character display screen，design of print circult board,assemble language programmer design and debugging and SO on，it comes
3、down to each tache of the process of design and manufacture of sigle chip electronical manufacture It can help the general electronic loving knowing and understanding the principle of Chinese lattice displaying,also can help everybody to know the basic structure,the principle of work and the applica
4、tion method of MCU,and enhance the utilization ability of MCU knowledge and technology. Keywords：single chip；LED；lattice；Chinese character display 第1章 前言1.1 本课题的研究意义LED电子显示屏是运用光电显示技术、视频技术、多媒体技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术，针对室内外各种使用环境而设计，显示各种信息元素的屏幕，使用专用的控制技术，用于显示文字、文本、图形、图像、动画、股票行情及各种多媒体信息以及电视、录像信号。它由LED器件阵列排
5、列组成的显示屏幕，具有高清晰度、色彩鲜艳、视角大、工作稳定、寿命长、功耗低等优点。由于采用单元模块化结构，屏体的大小可按用户要求灵活拼制。LED显示系统主要有：户内单色信息屏,双基色视频屏,全彩色,真彩色视频屏;户外单色信息屏，双基色、全彩色、真彩色视频屏；各种规格证券行情显示屏；条型显示屏；以及根据客户需要运用于各个行业的各种LED显示系统。LED显示系统广泛应用于政府 、军队、金融、厂矿企业、商业、智能交通、院校、医疗、服务业和体育场馆等，主要适用范围包括：查询类：医院、邮电通信业、工商局、税务局、出境局、保险业、法院、政府机构导购类：宾馆、商场、美容院、商业街、大型超级市场、展销会 票务
6、、数据查询类：航空公司售票处、国际游轮售票处、银行、证券交易所、期货市场、图书馆 导游类：公园、游乐场、旅行社、博物馆、纪念馆 导向类：机场、码头、火车站、写字楼、大型比赛 出版类：报刊、图书出版社、房地产介绍类光盘 LED显示屏的典型应用系统： 城市公众信息咨询系统 政府、企事业单位接待服务系统 工商、税务、海关、银行等行业业务查询系统 邮电、水电煤气等公用事业业务查询系统 大型商场商品信息查询系统 宾馆旅游指南系统 商务中心、智能化楼宇分布查询系统 人才市场、劳动力市场供求信息咨询服务系统 展览、交易会信息查询系统 医院导医系统查询 将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑
7、网络在国民生活中的渗透，信息查询都已触摸屏-显示内容可触摸的形式出现。LED屏幕，作为新的媒体，运动的发光图文，更容易吸引人的注意力，信息量大，随时更新，有着非常好的广告和告示效果。LED屏比霓虹灯更加简单，容易安装和使用，效果变化更多，可以随时更新内容，是很好的户内外发视觉媒体。LED屏幕属于高科技电子产品，价格比较高，以前集中在政府和单位中使用。技术不断进步，价格不断降低，组装和维护更加简单。小型的LED条屏，因为价格便宜，安装和使用简单，慢慢被大众接受，逐步走进大小店铺，应用更加大众化，普及化。二、课题发展现状和前景展望1.发展现状LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由
8、于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。LED显示屏市场随技术发展而攀升LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌
9、入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。随 着LED原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不 同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身” 计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸
10、方式，奥运期间 可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。就市场而言，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的新契机。国内LED显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近95%。国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。目前，LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地，我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30家左右。国产LED显示屏技术差距在哪，随 着LED显示屏市
11、场的不断扩大，目前国内全彩色市场逐步被划分为三个档次。第一档为巴可、松下等国际知名企业生产的高档产品；第二档为国内大型企业研制的 采用日亚高品质LED生产的产品；第三档为采用我国生产的LED制作的显示屏。这三种档次的LED显示屏在价格和功能上也存在着较大区别。在技术上，LED显示屏的发展要紧跟世界一流企业的品质特点，目前国产的高品质LED显示屏与国外顶尖产品在图像处理技术、前端视频处理技术等方面差别不大，主要差距在于以下两个方面：1单点颜色确认“单点颜色确认”技术能够确保逼真的色彩显示，可持续长达数年之久不变。目 前国内的产品只能做到单元模块和单元箱体的调节，不能做到真正的单点调节，因此在色彩
12、和亮度一致性上有差别，特别是在经过维修更换了显示单元后，由于 LED的参数可能发生了变化，显示效果很难跟原屏保持一致，而这项工作在国外是由专用的大型设备完成的，而国内没有这类因产品特性而开发的设备，也希望社 会相关行业和设备制造企业能够给予关注。目前这项工作在巴可利亚德是这样做的：模块内，每个像素点中的LED灯管都有其各自的颜色、亮度 的数值，这些发光二极管在工厂安装时均要被精确测量过，这些数据同时被储存到每个模块中的EEPROM，而当显示信号被处理时，数字处理仪 (DIGITIZER)将从每个EEPROM中读取该信息，并对LED的亮度、颜色差别加以修正，以保证显示效果达到一致的最佳状态。2结
13、构工艺目前国内产品的箱体外壳基本上都是采用单件钣金加工，加工工艺差，精度不高，外观不美观，防水性也不十分好，特别是在室外恶劣环境下，易造成系统不稳定。巴可的箱体适应恶劣工作环境，所有箱体的外部硬件都装在具备IP65标准的铝合金铸件包装箱内。箱体所采用的专门密封措施足以防止雨水、尘土的进入。数字“5”是防止液体渗入的等级，也是设计要求之一，这样显示系统就可以在雨天、无积水的环境下正常工作。2.展望LED的发展首先，全彩色显示屏将成为LED显示屏行业新的增长点，蕴含着极大的市场。随着LED器件材料性能的不断提高，全彩色显示屏的成本下降，应用增加。到2003年底，全国范围内的全彩色LED显示屏达到6
14、00多块。就全彩色显示屏的综合水平来说，国内的全彩色LED显示屏除了价格和本地化服务的优势外，在技术深度、生产工艺等方面与国外产品的差距正在逐步缩小。采用SMD表贴技术的室内全彩色LED显示屏得到迅速发展并将成为今后室内显示屏的主导发展产品。其次，半导体照明的发展，也将为LED显示屏产业的总体提升形成新的发展机遇。在LED显示屏大范围应用的同时，LED作为新型照明光源材料的发展近年也取得了突破性发展。传统的照明淘汰主要是白炽灯和荧光灯，在可靠性、耗电、使用寿命等方面不尽如人意。近年，LED作为光源材料制作的装饰灯、城市景观灯等产品不断推出，LED光源材料的照明灯具的市场正在形成并呈上升趋势。特
15、别是在城市景观、危险区域、紧急应急等方面的使用潜力更为巨大。第三，交通信号、汽车等特种领域的LED应用前景广阔。超高亮、大功率的LED器件，在城市交通信号灯中已得到广泛的采用。LED信号灯有高亮度、高可靠性、低使用成本、长寿命等特点。1.3 研究思路LED显示屏系统采用发光二极管LED阵列作发光体，显示屏阵列的基本元件是LED 点阵模块，根实际需要拼装互连就组成了整个显示屏。对于大幕显示屏采用静态显示占用端口多、译码电路复、硬件成本高、功耗大。因此，当显示位数较多，采用动态显示可以解决这些问题。所谓动态显示，就是利用视觉暂留效应，使显屏显示的内容在一定周期内刷新一次，实际中只使显示屏每个发光管
16、在1 秒时间内亮24 次，其余间熄灭，视觉上不会感觉到显示屏的闪烁而且显屏的功耗会大幅度下降，寿命也会延长。通过调导通的时间与电流，可实现高亮度稳定的显示。1. LED单元电路及整个显示屏的设计方案与扩展LED 外围电路。通过单片机串行口TXD 端输出的移位脉冲将RXD 端输出的数据逐位移入移位寄存器，在整个数据移完后，控制电路产生一个锁存信号将此数据锁存供显示。此时相应的扫描控制信号轮流通过对应的驱动管使相应行的LED管被点亮。标准LED 单个模块是由8 8 与阵列构成的电路。行线为逻辑0，列线为逻辑1时，对应的行列坐标下的LED 管被点亮。为了能够清晰显示图像或汉字，在组成显示屏时，采用4
17、个模块为一个单元，组成8 4 显示单元。每个模块由LED 显示模块、数据移位寄存器、扫描驱动电路组成。2 硬件电路基于这种设计思想设计具有32个16x16点阵汉字显示功能的单片机硬件系统包括电脑主控电路、行驱动电路、列驱动电路。3 软件系统在本设计中，软件的设计包括了单片机部分和PC控制台部分。单片机部分主要包括有接收和显示两个部分。编写程序的语言为单片机汇编。PC控制台部分主要包括有字模的编码计算、界面设计和信息发送。1.4 论文所要做的主要工作 选择器件设计一个单片机控制的系统完成汉字的显示和移动控制功能。 编写程序实现PC机信息发送与单片机对信息的接收和显示。 画出系统硬件原理图。 列出
18、程序清单，元件清单。第2章 单片机的工作原理2.1单片机的发展单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了
19、一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。进入电器时代后，人们借助电
20、气技术实现了自动控制机械，自动生产线甚至自动工厂，并且大大地发展了控制理论。然而，在一些大中型系统中自动化结果均不理想。只有在计算机出现后，人们才见 到了希望的曙光。如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想。但是，计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应用。只有在单片机（Microcontroller）出现后，计算机才真正地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代化技术革新，技术革命的有利武器。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥 控器，游戏机，电饭煲等无
21、处不见单片机的影子，单片机早已深深地溶入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。 单片机按用途大体上可分为两大类： l 通用型单片机l 专用型单片机专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。 通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能。小到家用电器仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。2.2 单片机的结构与工作原理单片机的功能模块
22、如图3.1所示。在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个部分。由图2.1所见，单片机是由8位CPU只读存储器EPROM/ROM读写存储器RAM并行I/O口串行I/O定时器/计数器中断系统振荡器和时钟电路等各部分组成，各部分之间通过内部总线相连。 图2.1 单片机的功能模块单片机的核心部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制器两大部分组成。运算器用来完成算术运算，逻辑运算和进行位操作(布尔处理)，由算术单元(ALU)，位处理器，累加器(ACC)，寄存器B暂存器TMP1T和TMP2等组成，与一般运算器的作用类似。控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件，它是由定时和控制逻辑电路，内部振荡电
23、路OSC，指令寄存器及其译码器，程序计数器PC及其增量器，程序地址寄存器，程序状态字寄存器PSW，RAM地址寄存器，数据指针DPTR，堆栈指针SP等部分组成。本设计中使用的单片机为40管脚双列直插式封装的，其管脚如图2.2所示：图2.2 40脚双列直插式封装单片机管脚图各管脚功能说明如下：l XTAL1（19脚），TXXAL2（18脚）：外部时钟信号的两个管脚。l RST（9脚）：当作为RST使用时，为复位输入端。在时钟电路工作以后，此管脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。l （31脚）：为访问内部或外部程序存储器的选择信号。若使用CPU片内程序存储器单元，端必须接高电平，当PC值小于0
24、FFFFH时，CPU访问内部程序存储器；当PC值大于0FFFFH且外部有扩充的程序存储器时，CPU将自动转向执行外部程序存储器的程序。若使用片内无ROM/ERPOM的CPU时，必须接地。CPU全部访问外部程序存储器。l P0口（32-39脚）：8位漏极开路型双向并行I/O口。在访问外部存储器时，P0口作为低8位地址/数据总线复用，通过分时操作，先传送低8位地址，利用ALE信号的下降沿将地址锁存，然后作为8位双向数据总线使用，用来传送8位数据。l P1口（1-8脚）：具有内部上拉电阻的八位准双向I/O口。l P2口（21-28脚）：具有内部上拉电阻的八位准双向I/O口。l P3口（10-17脚）
25、：具有内部上拉电阻的八位准双向I/O口。每一位都有如下特殊功能：P3.0(RXD)：串行输入P3.1(TXD)：串行输出P3.2()：外部中断0输入端，低电平有效P3.3()：外部中断1输入端，低电平有效P3.4(T0)：定时/计数器0外部事件计数输入端P3.5(T1)：定时/计数器0外部事件计数输入端P3.6()：外部数据存储器写选取通信号，低电平有效P3.7()：外部数据存储器读选取通信号，低电平有效22.3 单片机设计大屏幕显示系统概述本设计采用Atmel公司的高性能的位单片机89C51作为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154
26、)、1616 LED点阵5部分组成，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4-16线译码器74HC154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0口必需设置上拉电阻，我们采用4.7 k排电阻作为上拉电阻。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位。之后，在单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51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，P
27、1.3，P1.4接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选中相应的象素LCD发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。第3章 硬件电路设计3.1 硬件电路是由两个部分组成得 1. 控制电路 主要由AT89C51组成。其作用就是控制LED按用户要求进行左移等操作。2. 显示电路由32块电子显示模块组成。显示18个汉字。此图只使用了一块1616 LED点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理，只要扩展单片机的IO接口，并增加一些LED点阵和相关芯片，就能设计出更大面积、更多花样的LED显示屏。第4章 系统软件设计1.总述在本设计中，软件的设计包括了单片机部分和PC控制台部分
28、。单片机部分主要包括有接收和显示两个部分。编写程序的语言为单片机汇编。PC控制台部分主要包括有字模的编码计算、界面设计和信息发送。系统软件分成控制系统主程序及上位机用于输入文本的串行通信程序两部分，控制系统主程序框图如图所示，控制程序采用C51在计算机上编写，通过串行口将编写好的控制程序下载到单片机中并进行调试。2.单片机部分的设计 主程序包含一个中程序，单片机接收到中断后，就跳到接收程序接收显示信息，接收完显示信息后，从中断程序返回，进入显示程序 1.显示程序 开串口中断显 示 结 束 初始化2.接收程序Y将不同的显示方式的字符的存储地址初值设为不同的值 接收握手信息存储汉字字数握手信息是否
29、正确N接收汉字点阵码信息接受显示信息初始化左移子程序把外部RAM存储器前128字节置FF读取左移的汉字数调出左移汉字的点阵码的首字节的存储地址 读取一个字节 结束已处理的字是否足一幕YN 进行左移处理是否已处理完左移汉字YN左移字数是否为0NY部分程序：ORG 00HSTART: MOV A,#00H ;清除屏幕 MOV P0, ACALL DIS ;调用显示子程序CALL MOVE ;调用左移子程序JNP STARTDIS: MOV R2, #04H ;每个画面8个字，32个字分四次显示 MOV 20H，#00 ；取码指针暂存地址20H初值为00D4: MOV R4,#00H ;74154扫
30、描指针初值MOV R1,#0FFH ;每幕停留的时间D5: MOV R6,#128 ;每幕8个字，128个数据码MOV R0,20H ;取码指针存入R0D2: CALL READ1 ;调用取码子程序INC R4 ;扫描下一列DINZ R6, D2 ; 显示1幕？MOV R4, #00 ; 清除74154扫描指针为00DJNZ R1, D5 ;每幕停留的时间到了？MOV 20H, R0 ;保留取码指针存入20H地址DJNZ R2, D4 ;4幕显示完毕了？RET MOVE: MOV 20H, #00 ; 取码指针暂存地址20H初值为00MOV R4, #00H ; 74154扫描指针初值M1:
31、MOV R1,#0FFH ; 每幕停留的时间M2: MOV R6, #128 ; 每幕8个字，128个数据码MOV R0,20H ; 取码指针存入R0M3: CALL READ1 ; 调用取码子程序INC R4 ; 扫描下一列DJNZ R6, M3 ;显示1幕？MOV R4, #00 ;清除74154扫描指针为00DINZ R1, M2 ; 每幕停留时间到了？MOV A, 20H ; 取码指针载入AADD A,#08 ;加8MOV 20H, A ;再存入20 H地址取码指针XRL A,#512 ;32个字是否都左移完毕了？JNZ M1 RET READ1: MOV A, R4 ; 扫描指针载入
32、AMOV P1, A ; 输出至P1扫描列MOV A, R0 ; 取码指针载入AMOV DPTR, #TABLE ; 数据指针指到TABLE:MOVC A, A+DPTR ; 到TABLE:取上半部的数据码MOV P0, A ;输出至P0显示INC R0 ;取下一个码MOV A, R0 ;取码指针载入AMOV DPTR, #TABLE ;数据指针指到TABLE:MOVC A, A+DPTR ; 到TABLE:取下半部的数据码MOV P2, A ;输出至P2显示INC R0 ;取码值加1MOV R3, #25 ;延时DJNZ R3, $ MOV A, #00H MOV A, #00H ;清除屏幕MOV P0, A ;MOV P2, A ;RET ;电TABLE:DB
