基于单片机的交通信息显示系统设计 设计论文.docx

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基于单片机的交通信息显示系统设计设计论文

学位原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书

2、不保密囗。

（请在以上相应方框内打“√”）

作者签名：

年月日

导师签名：

年月日

本科生毕业设计任务书（论文）任务书

学生姓名专业班级

指导教师工作单位

设计（论文）题目：

基于单片机的交通信息显示系统设计

设计（论文）主要内容：

明确设计目的、意义以及国内外研究现状，通过单片机、LED以及相应的按键实现功能。

重点阐述系统方案论证，系统硬件电路工作原理、软件设计原理和调试原理。

优化实现方案。

要求完成的主要任务：

1、用汇编语言或者C语言编写出LED显示系统的相关程序；

2、通过单片机、LED显示屏以及相关的按键实现功能，包括单片机的选型，LED点阵的选择，驱动电路，显示电路等硬件设计及相应的驱动程序设计；

3、用protues或其他软件完成系统仿真，并完成硬件的调试；

4、根据毕业设计有关规范撰写毕业论文，要求字数不少于12000字，中文参考文献不少于15篇，其中英文文献不少于2篇；

5、翻译与选题相关的英文参考文献原文字符数不得少于20000，翻译成中文字数不得少于5000字；

6、完成设计图纸不少于12幅。

参考文献：

1、郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展[M]，电子工业出版社，2009,1.

2、靳桅.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术（第二版）[M].北京：

航空航天大学出版社.2011.

3、JeyamkondanS，JayasDS，HollyRA.16x16dotmatrixLEDhas4mmprofile.ElectronicsWeekly，11/26/2003Issue2125，36-36，1/9p，1c；（AN11842012）.

指导教师签名：

系主任签名：

院长签名（章）

武汉理工大学

本科生毕业设计（论文）开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

发光二极管（LED）是60年代末发展起来的一种半导体显示器件，70年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和Ｐ－Ｎ结形成技术的研究进展，LED在发光颜色、亮度等性能方面大大提高并迅速实现了批量化和实用化。

进入80年代后，LED在发光波长范围和性能方面进一步提高，并开始形成平板显示产品，即LED显示屏。

在LED显示屏的众多应用中，交通信息显示是最重要的应用领域。

智能化交通信息服务的主要表现形式是通过各种信息显示设备将交通信息实时发布显示，常见的显示设备包括LED显示屏、LCD显示屏、CRT显示屏、PDP显示屏、DLP显示屏等。

随着城市化建设和交通事业的飞速发展，在智能交通系统的研究和发展中，交通信息显示系统是解决交通拥挤、保证交通安全、提高交通网络使用效率的不可缺少的重要部分，如在道路上安装可变交通信息显示牌，对行驶在道路上的车辆进行限速、引导、合理分流，将大大降低由于气候、路况、时段等原因造成的交通堵塞、车祸，能有效的提高车流量。

而随着LED显示技术的发展，LED显示产品在交通信息显示领域得到了非常广泛的应用，LED已成为现代交通信息显示的主导性产品。

在我国交通运输行业的信息化服务中，相对来说，民航机场航班动态信息显示系统在系统的构成，显示终端等方面总体上比较领先。

铁路旅客引导信息显示系统的起步比较早，显示手段以LED和CRT为主，近年发展迅速，系统与客运自动化系统联网，表现出优良的智能化水平。

道路交通系统正在迅速兴起，处于发展和完善过程中。

根据道理交通管理的要求和交通诱导信息发布显示的实际情况，在具体的使用功能上具有以下特点

（1）高亮度特点；

（2）显示以红绿黄为主；（3）显示亮度自动可调;（4）全天候工作，环境条件复杂；（5）远程控制，智能检测；（6）安全性、实时性、准确性、可靠性要求高。

因此LED成为交通信息的主要发布载体。

常见的有交通诱导LED显示牌，可变情报板、交通诱导路径显示牌、指示停车牌、可变标识标志等。

该设计课题使我们能够掌握基于单片机交通信息显示系统设计基本显示原理和设计方法，对LED在交通方面的作用进行初步的研究和认识。

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。

2、基本内容和技术方案

本设计是一个用LED点阵显示16*16点阵汉字，显示屏长和高均为一个汉字。

总共显示“当前时间、温度、可见度”等汉字从右到左或者从下到上。

设计思路，实现汉字朝固定方向滚动显示这一动作而且给人以连续显示不闪烁的感觉，就必须要求每帧的频率大于25HZ。

将点阵显示屏逐行显示，由于人眼惰性，在很短的时间下从上到下将点阵逐行点亮，就会使人感觉一整屏在显示。

采用的是8*8的LED点阵，8个共阳极COM端（A1～A8），每一个公共端都对应一列的LED共8只。

本设计的屏幕需要4块的LED点阵。

用单片机STC89C52单片机作为本系统的控制模块。

单片机可把由按键读来的数据利用软件来进行解码处理，从而把数据传输到驱动模块（列驱动器和行驱动器），实现文字的显示。

点阵电子显示屏为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。

在显示过程中，可以根据要求用按键来对显示屏实时的选择与切换。

AT89C51作为主控芯片，负责显示电路的显示控制及与中央控制中心的信息交换。

为了提高通用性，把英文字符和道路交通标志作为点阵库固化到flash中，与控制中心的通信，根据距离选用相应标准的总线接口。

根据路段的情况实时显示汉字或者交通标志，由时间、气温或湿度等参数控制显示的内容。

单片机通过对flash取址，取出点阵信息，经过处理经由相应的芯片送往LED点阵屏。

3、进度安排

第1-3周：

查阅相关文献资料，明确研究内容，了解LED的工作原理，研究所需原件。

确定方案，完成开题报告。

第4-6周：

进实验室，结合LED和单片机实验内容，确定总的流程及设计方法。

第7-11周：

完成硬件设计及软件的编写，完成系统的调试，并不断修改。

第12-14周：

完成并修改毕业论文。

第15-17周完善毕业设计论文，并答辩。

4、指导教师意见

指导教师签名：

年月日

摘要

随着城市化建设和交通事业的飞速发展，在智能交通系统的研究和发展中，交通信息显示系统是解决交通拥挤、保证交通安全、提高交通网络使用效率的不可缺少的重要部分。

本设计是一16*16点阵LED电子显示屏的设计。

功能为PC机通过串口输入要显示的交通信息，然后在点阵中正确显示。

整机以40引脚单片机STC89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。

驱动部份由两个移位存储器的74HC595和两个移位寄存器74HC164组成，74HC595负责列扫描数据，74HC164负责行扫描数据。

列扫描采用三极管放大电流，加大扫描强度，提高点阵屏亮度。

系统的设计重点为屏幕显示。

该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示1个汉字，采用4块8×8点阵LED显示模块来组成16×16点阵显示模式。

显示采用动态显示，由四个按键控制，使得图形或文字能够实现上移、右移等多种显示方式。

文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计以及相关芯片选择论证及使用说明等。

由于C语言语句比汇编语句在功能上结构性、可续性、可维护性上有明显的优势，所以单片机控制系统程序采用C语言程序进行编辑，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。

所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直接点阵画图），也可从标准字库中提取。

经实践证明，该系统显示误差小，性能稳定，结构合理，扩展能力强。

关键词：

STC89C52单片机；LED；点阵显示；动态显示；C语言

Abstract

Withtherapiddevelopmentofurbanizationconstructionandthecauseofthetraffic,intheresearchanddevelopmentofintelligenttransportationsystems,trafficinformationdisplaysysteminsolvingthetrafficcongestion,guaranteetrafficsafety,increasingtheserviceefficiencyoftrafficnetworkplaysanimportantrole.

Thisdesignisa16×16dotmatrixLEDelectronicdisplaydesigns.ThefunctionisPCmachineinputtrafficinformationtodisplaythroughtheserialport,anddisplayedcorrectlyinthelattice.40-pinMCUSTC89C52machinecore,introducedtoitasthecontrolsystemofLEDelectronicdisplayofdynamiclatticedesignanddevelopmentprocess.Drivepartbythethetwomemory74HC595shiftandthetwoshiftregisters74HC164.74HC595responsibleforcolumnscanningdata,the74HC164isresponsibleforlinescandata.Columnscanningtransistoramplifiercurrent,increasethescanningstrength,improvedotmatrixscreenbrightness.Systemdesignfocusedonscreen,Theelectronicdisplaycandisplayavarietyoftextormonochromeimages,fullscreencandisplayonecharacters,usingfour8×8dotmatrixLEDdisplaymoduletoformthe16×16dotmatrixdisplaymode.Displaywithdynamicdisplay。

Thecontrolsystemiscomposedoffourkeys,makinggraphicsortexttotheupward,rightandotherdisplaymode。

ThispaperintroducesindetailtheLEDdotmatrixdisplayhardwaredesign,hardwarecircuitofeachpartofthefunctionandprinciple,thecorrespondingsoftwareprogramdesignandchipselectiondemonstrationandinstructionsforuse.BecausetheClanguagestatementthanassemblylanguagestatementinthefunctionstructure,sustainable,maintenancehastheobviousadvantageofsingle-chipmicrocomputercontrolsystem,sotheeditprogramusingClanguageprogram,programmingcontrolledbythedisplaypointscorrespondingtotheanodeandcathodeoftheLEDlevel,youcaneffectivelycontrolthedisplaylightoffpoint.Thecharactersdotmatrixdisplaydatacanbewrittenontheirown（Namely,directdotdrawing）,canalsobeextractedfromthestandardfont.Proven,thesystemdisplaystheerrorissmall,stableperformance,reasonablestructure,expansioncapability.

Keyword:

STC89C52MCU;LED;dot-matrixdisplay;dynamicdisplay;Clanguage

1绪论

发光二极管（LED）是60年代末发展起来的一种半导体显示器件，70年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和P-N结形成技术的研究进展，LED在发光颜色、亮度等性能方面大大提高并迅速实现了批量化和实用化。

进入80 年代后，LED在发光波长范围和性能方面进一步提高，并开始形成平板显示产品，即LED显示屏。

近年高亮度、大功率LED器件发展迅速，半导体照明时代正在向我们走近。

[1]

1.1LED研究背景及意义

在LED显示屏的众多应用中，交通信息显示是最重要的应用领域。

随着城市化建设和交通事业的飞速发展，在智能交通系统的研究和发展中，交通信息显示系统是解决交通拥挤、保证交通安全、提高交通网络使用效率的不可缺少的重要部分，如在道路上安装可变交通信息显示牌，对行驶在道路上的车辆进行限速、引导、合理分流，将大大降低由于气候、路况、时段等原因造成的交通堵塞、车祸，能有效的提高车流量。

而随着LED显示技术的发展，LED显示产品在交通信息显示领域得到了非常广泛的应用。

[1]

不同类型的交通运输方式和交通领域，智能化信息服务系统的具体构成有所侧重和不同。

智能化信息服务系统主要用于如民航系统的航班信息查询系统、民航售票系统、航班动态信息显示系统、候机楼自动广播系统、综合查询系统等；铁路运输的铁路联网售票系统、铁路车站旅客引导系统、列车到发通告系统、货物运输通告及查询系统等；高速公路的可变情报板、可变限速标志、道路通行服务系统（气象信息等）等；城市交通的交通诱导系统、交通管理综合查询系统、交通信息对外发布系统等。

智能化交通信息服务的主要表现形式是通过各种信息显示设备将交通信息实时发布显示，常见的显示设备包括LED显示屏、LCD显示屏、CRT显示屏、PDP显示屏、DLP显示屏等。

现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品。

从实用市场来讲，14英寸以下是LCD占主导地位，14-32英寸以CRT为主导，40-70英寸甚至100英寸是PDP的市场，100英寸以上，无论是室内还是室外，LED显示屏以绝对优势成为主流产品。

[2]

1.2LED技术研究现状

在我国交通运输行业中，相对来说，机场航班动态信息显示系统在系统构成、显示终端等方面总体上比较领先；铁路旅客引导信息显示系统的起步比较早，显示手段传统上以LED和CRT为主，近年来发展迅速，系统与客运自动化系统联网，表现出优良的智能化水平；道路交通诱导系统正在迅速兴起，处于发展和完善过程中，由于道路交通的环境特点，LED显示成为主要的信息显示手段。

[2]

LED显示在交通诱导中的应用日趋广泛并向多样化发展。

道路交通诱导系统的作用是根据道路交通状态或管理部门指令，及时显示各种通告和相关信息，从而有效地对交通流进行诱导，合理地控制和均衡交通流分布，提高现有道路的使用率，为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务。

交通诱导系统中，诱导信息发布根据信息接收者的不同，分为面向个体和面向群体两种。

面向个体的交通诱导信息一般通过出行者的车载设备接收，车载设备中包括了GPS（全球卫星定位系统）定位、导航仪等装置。

面向群体的诱导信息发布方式有交通诱导室外ＬＥＤ显示屏、可变交通标识标志、广播、电视、因特网、电话等。

其中，比较有效的手段是交通广播和安装在道路上的交通诱导室外LED显示屏及可变交通标志，这也是目前广为发展和普遍采用的交通诱导信息对外发布的主要方式。

面向公众的交通诱导信息一般是在室外环境下发布的。

由于LED显示的高亮度特点，因此成为交诱导信息的主要发布载体。

常见的交通诱导LED显示方式有交通诱导LED显示屏（可变情报板）、交通诱导路径显示牌、停车指示牌、可变标识标志等。

材料技术的不断提升，拓宽了LED的应用范围。

交通领域LED显示的应用，有以下几个方面。

（1）交通信号灯市场需求旺盛。

超高亮、大功率的LED器件，在城市交通信号灯中已得到广泛应用。

LED信号灯以其高亮度、高可靠性、低使用成本、长寿命等特点，得到城市交通管理部门的青睐。

随着城市化进程和道路市政建设的发展，新建交通路口数量不断增加，目前使用的传统交通信号灯正在被LED信号灯替换。

预测国内道路交通LED信号灯市场约有几十亿元。

另外，公路车道指示灯、机场、铁路、航运等领域的信号、标识类用灯，也有很大的市场潜力。

（2）公路LED可变情报板、可变限速标志等产品已发展成为公路建设中的规范化和标准化产品。

现有的道路需要补充完善，新建的道路有标准规范的要求，相关产品的行业标准也已正式发布实施。

预计每年公路可变情报板、可变限速标志等显示类产品的市场在3-5亿元左右。

（3）汽车领域应用。

据研究统计，LED用作汽车主刹车灯时的响应时间比传统的白炽灯要快80ns，在高速公路上行驶会增加4~6m的安全距离。

由于LED具有良好的抗震性能、节电、绿色环保等特点，汽车照明、灯饰等方面的应用前景看好。

目前国内外许多品牌的汽车制造商已经在开始采用LED刹车灯、仪表灯和照明灯。

（4）城市道路交通诱导、标识标志等在逐步扩大。

道路交通诱导LED显示在各个城市都在迅速增长，产品技术发展迅速。

在产品类型方面，交通诱导LED显示屏目前仍为主流产品，但各种简单、经济、实用的可变交通信息标识标志类产品将会发展普及并形成主导。

（5）北京2008奥运会、上海2010世博会带来发展的契机。

2008年北京奥运会和2010年上海世博会的举办，为LED显示带来巨大商机。

在城市交通领域，LED显示的市场将会有显著扩大。

同时，半导体照明的发展，也将为ＬＥＤ显示产业的总体提升带来新的发展机遇。

[2]

1.3课题研究内容

本设计是1个16*16点阵LED电子显示屏的设计。

利用单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的汉字和字符。

其中显示字模数据有单片机输入显存，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成。

点阵采用单色显示，该显示器电路的特点是：

点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度均匀。

整体电路以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。

通过该芯片控制一个行驱动器74HC164和2个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。

该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏显示1个汉字，采用4块8*8点阵LED显示模块来组成1个16x16点阵显示模式。

显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。

文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。

2系统要求及方案论证

本方案设计一个电子显示屏，具体要求满足以下条件：

（1）设计并制作一个基于单片机的简易16*16点阵显示的LED电子显示屏。

（2）利用串口通讯可以实现从电脑上发送汉字和字符，并在点阵屏上显示出来。

（3）在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。

（4）能显示一组特定汉字组成的句子，通过控制器切换显示内容，并具有掉电保护功能。

电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。

2.1设计主框图

设计主要框图如图1所示。

图1硬件设计主框图

本设计是一个用LED点阵显示16*16点阵汉字，显示屏长和高均为一个汉字。

总共显示“当前时间、温度、可见度”等汉字从左到右或者从下到上。

设计思路，实现汉字朝固定方向滚动显示这一动作而且给人以连续显示不闪烁的感觉，就必须要求每帧的频率大于25HZ。

将点阵显示屏逐行显示，由于人眼惰性，在很短的时间下从上到下将点阵逐行点亮，就会使人感觉一整屏在显示。

采用的是8*8的LED点阵，8个共阳极COM端（A1～A8），每一个公共端都对应一列的LED共8只。

本设计的屏幕需要4块的LED点阵。

用单片机STC89C52单片机作为本系统的控制模块。

单片机可把由按键读来的数据利用软件来进行解码处理，从而把数据传输到驱动模块（列驱动器和行驱动器），实现文字的显示。

点阵电子显示屏为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。

在显示过程中，可以根据要求用按键来对显示屏实时的选择与切换。

2.2显示模块方案论证

显示模块是本次设计最核心的部分，对于8*8LED点阵显示有以下两种方案：

方案一：

静态显示，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的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果。

将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0和1表示，若为0，则表示LED无电流，即暗状态；若为1则表示二极管被点亮。

若给每一个发光二极管一个驱动电路，一幅画面输入以后，所有LED的状态保持到下一幅画。

16*16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16*16的点阵需要256/8=32个锁存器。

这个数字很庞大，因为我们仅仅是16*16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。

方案二：

动态显示，对一幅画面进行分割，对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。

动态显示方式，可以避免静态显示的问题。

但设计上如果处理不当，易造成亮度低，闪烁问题。

因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。

动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮