#基于单片机LED点阵广告屏设计论文完整版Word文件下载.docx

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8点阵LED的工作原理。

图

（1）为8×

8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图

（2）所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。

例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。

使用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。

而16x16就是在8x8原理的基础上将四块8x8级联而成，如图（3）。

图

（1）8×

8点阵LED外观及引脚图

图

（2）8×

8点阵LED等效电路

图（3）四块8x8点阵LED级联成16x16点阵

2.2、LED点阵的显示文字图形原理

汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、银行、医院及户外广告等地方都有广泛的使用。

下面是简单的汉字显示屏的制作，由单片机控制汉字的显示内容。

为了降低成本，使用了四块8×

8的LED点阵发光管的模块，组成了一个16×

16的LED点阵显示屏，如图（3）所示。

在这里仅做了二十五个汉字的显示，在实际的使用中可以根据这个原理自行的扩展显示的汉字，下面是介绍汉字显示的原理。

LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。

以16×

16点阵为例，把所有同一行的发光管的阴极连在一起，把所有同一列的发光管的阳极连在一起（共阴的接法），先送出对应第1列发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1列使其燃亮一定的时间，然后熄灭；

再送出第2列的数据并锁存，然后选通第2列使其燃亮相同的时间，然后熄灭；

….第16列之后，又重新燃亮第1列，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，就能看到显示屏上稳定的图形。

该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。

显示数据可通过单片机的P0,,P2口接驱动电路传输到点阵行引脚。

LED点阵显示模块进行的方法有两种：

1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：

此时用一个P口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个P口输出行码（列数据），决定该列上哪个LED亮（相当于段码）。

能亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。

（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：

此时用一个P口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个P口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵旋转90度的数据）决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。

能亮的行从上向下扫描完16行（相当于位码循环移位16次）即显示一帧完整的图像。

本设计使用的是第一种的扫描方法，即水平方向（X方向）扫描。

每一个字由16行16列的点阵形成显示，即每个字均由256个点阵来表示，我们可以把每一个点理解为一个像素。

一般我们使用的16×

16的点阵宋体字库，即所谓的16×

16，是每一个汉字在纵横各16点的区域内显示的。

汉字库从该位置起的32字节信息记录了该字的

字模信息。

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。

我们以水平方向（x方向）扫描显示汉字的“杨”为例来说明其扫描原理，每一个字由16行16列的点阵组成显示，如图下的，如果用8位的AT89S51的单片机来控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分成两个部分。

一般我们把它分解成上部分和下部分，上部分由8*16的点阵组成，下部分也由8*16的点阵组成。

在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的部分，即第0列的P00~P07口。

方向为P07到P00，显示汉字“杨”的时候，P00到P02都是灭的，P03亮，因为行接阴极，即二进制11110111，转换为16进制为F7H，如图（4）所示。

上半部分第一列完成之后，继续扫描下半部分的第一列，即从P27向P20方向扫描，从上图可以看到，这一列P2.2亮，其余全部灭，所以代码为11111011，16进制为FBH，然后单片机转向上半部的第二列，除了P03亮，其他的都不亮，即为11110111，16进制为F7H，这一列扫描完成之后继续进行下半部分的扫描，除了P20\P21亮，其他的为不亮，为二进制11111100，即16进制FCH。

按照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“杨”的扫描代码为：

F7HFBHF7HFCH37HFFH00H00H

B7HFFH77HFEHF5HF7HBDHDBH;

9DHECH2DHF7HB5HF9H39HBEH

BDH7FH3FH80HFFHFFHFFHFFH;

图（4）显示原理图

由这个原理可以看到，无论显示何种字体或图像，都可以用这种方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。

了解汉字的显示原理之后，那如何得到汉字的字模信息呢？

现在有一些现成的汉字字模生成软件，可从网上下载汉字字库提取程序直接提取字库，如图（5）所示的为一种字模生成软件，软件打开后输入汉字，点击“检取”后，十六进制数据汉字代码即可以自动生成，把我们需要的竖排数据复制到我们的程序即可。

图（5）

2.3、点阵的移动

以下以16×

16点阵为例介绍点阵的移动。

要显示一个字符，该字符的点阵数据可以列向（纵向）16点组字，又可以行向（横向）16点组字。

无论哪一种组字方法，都既可以显示字符的水平方向的移动，又可以显示竖直方向的移动。

本设计主要采用汉字的左移，所以以下只作左移显示的解释。

显示字符的左右移动

（1）列扫描方式左移动：

列向组字显示字符水平方向的移动（左滚动）

在这里有两个方法：

方法1：

延长数组法。

将原来字符点阵数组的16个数据重复一遍延长，点阵数组的数据个数为32个。

每扫描一帧取8个数据显示，下一帧取数要在数组中后移一个数取数。

循环一遍扫16帧。

可以假想有两块16×

16的点阵模块（共32帧）水平平行排列，用一个恰好能罩住16列点阵的中空方框去罩这个点阵，第1（第1帧）罩住最左边数起第一列开始的16列，就扫描显示这16列；

第2次（第2帧）使方框右移一列，罩住做左边数起第2列开始的16列，就扫描显示这16列；

·

；

这样每扫描完一帧使方框右移一列，最后第16次（第16帧）时，罩住左边数起的第16列开始的16列，就扫描显示这16列。

如此完成16帧画面的扫描显示，也就完成了整个一次移动循环扫描、之后反复循环，即可呈现显示字符沿水平向左移动的图像，如图6所示。

图6方框图法左右移动示意图

因为是列向组字（列扫描方式，点阵数据为行码，上边为低位下面为高位），希望显示移动的一个字符，第1次扫描从行码的点阵数组中取第1~16个数据，送行码输出口，对应于这8个数据，同时用列码输出口输出列码，分别控制第1~16列。

扫描完前16个数据之后，第2次扫描从点阵数组中取第3~18个数据（第18个数据和第1个数据同），送行码输出口，对应于这16个数据，同时用列码输出口输出列码，仍分别控制扫第1~16列。

第3次扫描从点阵数组中取第5~20个数据（第20个数据码和第2个数据码相同）扫描·

如此实现字符向左移动。

以上完成一个图形移动的方法，也可以看成是移动16个不同的字形。

如图2.13所示，首先扫描第一个字型，同样是16行，16次扫描，16次显示；

完成一个字型的扫描以后，再扫描第二个字型；

完成第二个字型的扫描之后，再扫描第三个字型·

依此类推，即可产生该文字的左移的感觉。

假设如果原本某个汉字的字型（第一个字型），其编码为：

00H,10H,20H,30H,40H,50H,60H,70H,80H,90H,0A0H,0B0H,0C0H,0D0H0E0H,0F0H；

第二个字型的编码为：

20H,30H,40H,50H,60H,70H,80H,90H,0A0H,0B0H,0C0H,0D0H0E0H,0F0H,00H，10H

也就是把第一个字型的编码中，第1列显示数据，变为第2列显示数据；

第2列显示数据，变成第3列显示数据；

第3列显示数据，变成第4列显示数据；

第4列显示数据，变成第5列显示数据·

以此类推。

当第一个字型扫描显示完成之后，就进行这样的动作调整，以产生第二个字型的编码。

同样的，当第二个字型扫描完成之后，就进行这样的调整动作，以产生第三个字型的编码。

这个调整动作时先将16个编码根据序填入存储器，例如第1行编码存入20H,第二行编码存入21H·

要进行左移调整时，则先将20H地址的数据转移到36H地址，再将21H地址的数据转移到20H地址，将22H地址的数据转移到21H地址，将23H地址的数据转移到22H地址，将24H地址的数据转移到23H地址，将25H地址的数据转移到24H地址，将26H地址的数据转移到25H地址，将27H地址的数据转移到26H地址，将28H地址的数据转移到27H地址·

本设计主要采用以上方法实现左移，其他方法在此不再说明。

2.4芯片资料

主要芯片介绍

1.8051系列的单片机

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图片见下图附录1。

附录189S51管脚图

（1）．管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出

2.

74ls154功能简介:

54/74154为4线－16线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。

如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。

附录274LS154管脚图

（2）引脚功能介绍

A、B、C、D译码地址输入端（低电平有效）

G1、G2选通端（低电平有效）

0－15输出端（低电平有效）

（3）74ls154真值表:

第三章方案设计

3.1单片机延时子程序

延时程序在单片机编程中使用非常广泛,也很重要，在本课程设计的程序中用到了延时子程序，所以在此详细的叙述一下。

在弄清延时程序指令的用法之前，要清楚的了解延时程序的基本概念,机器周期和指令周期的区别和联系、相关指令的用法等。

。

下面是本设计的程序中延时程序的计算：

DELAY:

MOVR2,#2;

1延时1ms

D1:

MOVR3,#2481

DJNZR3,$2*248

DJNZR2,D12*（2+1+2*248）

RET2

T=1+2*（2+1+2*248）+2=1001us

3.2.PROTEUS仿真

1.列驱动电路：

如图，用74hc154控制列扫描电路，外加PNP型三极管基极经200欧电阻接154输出引脚，集电极接点阵16列引脚，发射极接电源vcc实现饱和导通状态。

2.行控制电路可直接接上单片机P0,P2口。

如图9

图9行控制电路图

3.3软件调试在PROTEUS环境中通过了调试如图10（可是实际电路当中却不能显示，将在硬件调试中解释）

3.4硬件调试

3.3.1节可以看到，在PROTEUS仿真软件中的接线可以通过，可是在实际电路中不能显示，这是因为实际当中51单片机的各个引脚负载能力有限，必须还要通过外接驱动电路才能很好的显示，如外接三极管放大、接锁存器锁存等等来增强驱动能力，本设计采用了外接三极管放大的方法成功调试出较好的显示效果。

实际电路及实物图请看附录一。

第四章

经验总结

本次课程设计到现在有三个多星期，回顾这些天我感到学到了很多东西，在写这个心得的时候，我想就这些天的收获，说一说自己内心的想法。

本设计的是一个16x16的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。

图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。

本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作：

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，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏和其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。

并且通过对单片机资料的查阅和使用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。

并证实了自己的思路：

“查资料→思考总结→运用→找出差错，再查资料和向别人询问→再次运用”的正确性。

二，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，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。

三，本文列出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编语言程序设计和调试等方面。

四，在这次课程设计的过程中学会了PROTEUS的基本使用，感到PROTEUS对电子专业的同学来说是一个很有用的软件。

在运用PROTEUS时可以运用一些快捷的标号，总线的方法画图，这样既能使电路图清晰，简单，更能大大提高画图速度

五，通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把只是运用到实际生活中才是根本目的。

六，存在问题：

没有考虑仿真软件是一个理想的仿真环境，而实际连接的电路板会由于譬如连接不当，相邻器件间的干扰等等的问题导致在仿真软件中能良好运行的程序，出现显示问题，经过排查和合理的器件摆放焊接，问题解决。

总体来说这次的课程设计很成功，达到了预想的目的：

学到了知识，提高了能力，完成了任务。

有点缺憾是时间有限，不能进一步深入和扩散学习和研究。

希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进，譬如实现点阵的上下移动，对角线移动，三色显示等

附录

附一：

实际硬件接线图：

附二设计流程图

附三设计程序

;

多字移动

一个字占32个字节，1K可以存放1K=1024字节/32=32个字，C51=4K=128个字，C52=8K=256个字。

但程序约占用160个字节（相当于5个字的空间），最终可以显示的字为C51=123个字，C52=251个字。

超过后单片机将存储不下。

ORG000H

JMPMIAN

ORG030H

MIAN:

MOVP3,#00;

关闭端口

MOVP1,#0FFH

MOVP0,#0ffh

MOVP2,#0ffh

CALLDELAY;

延时1ms

MOVR5,#2;

移动列的数量（列数乘2）

MOVA,#33;

显示几个字

MOVB,#32;

一个字=32个码

MULAB

MOV22H,A;

存放1～8个字的数量

MOV23H,B;

存放8的倍数个字的数量

如50个字：

50×

32=1600=0640H,则DPH处为06H=6，DPL处为40H=64

简单算法：

50÷

8=6余2，6为DPH处数，余的2×

32=64为DPL数

MOVDPTR,#TAB;

赋查表初址

MOVR0,DPL;

保存DPTR初值,R0、R1记录取码进度

MOVR1,DPH

MOV20H,DPL;

20H、21H保持DPTR初值不变

MOV21H,DPH

LOOP:

MOVR7,#5;

每屏停留时间

L1:

MOVR6,#16;

每屏16个码

MOVR4,#00;

扫描指针清零

MOVDPL,R0;

取码指针存入DPL

MOVDPH,R1

L16:

MOVA,R4;

扫描指针存入A

MOVP1,A;

扫描输出

INCR4;

扫描指针加1

CLRA;

A清零

MOVCA,@A+DPTR;

查表送A

MOVP0,A;

送P0口显示

INCDPTR;

取码指针加1

MOVP2,A;

送P2口显示

扫描延时1ms

MOVP0,#0ffh;

清除屏幕

DJNZR6,L16;

1屏是否完成?

DJNZR7,L1;

每屏停留时间是否到了?

MOVA,R0;

如字需移动，用该指令

ADDA,R5;

如大于256，C=1

MOVR0,A

JNCDP

INCR1

DP:

MOVA,20H;

DPL初值

ADDA,22H;

如大于256，C=1。

因DPL初值在90H以上，显示4个字后DPH将加1，导致判断失误

MOVA,DPH

SUBBA,21H;

已显示字的数量（乘8）

CJNEA,23H,LOOP;

DPH中的字是否完成？

CLRC

MOVA,DPL

SUBBA,20H;

已显示字的数量

CJNEA,22H,LOOP;

DPL中的字是否完成？

lJMPMIAN

MOVR3,#248

DJNZR3,$

DJNZR2,D1

RET

TAB:

Db0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0x8F,0xFB,0x6D,0xFB,0x53,0xFB,0x57,0xFB,0x07,0x80

Db0x53,0xFD,0x75,0xFD,0x96,0xFD,0xE