基于单片机的led显示屏系统设计毕业论文管理资料.docx

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基于单片机的led显示屏系统设计毕业论文管理资料

毕业论文

基于单片机的LED显示屏系统设计

天津**大学毕业设计（论文）任务书

题目

基于51单片机的LED显示屏系统设计

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

课题类型

生产实际

课题意义

我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求，可以相信，LED电子显示屏以其大的显示信息量，寿命长，耗电量小，重量轻，空间尺寸小，稳定性高，易于操作，安装和维护等特点，将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。

本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。

点阵采用多颜色显示，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。

任务与进度要求

本设计的任务是设计一个基于单片机的LED显示屏系统,具有多种颜色显示,静态显示,动态移动显示等功能。

—前期资料查询、根据任务要求绘制电路图

—PCB绘制,元件选择、采购.

—元件焊接，编写产品功能软件。

—产品下载程序进行调试运行和修改

—论文写作并整理和修改完成。

主要参考文献

[1]刘全等编著·基于51系列单片机LED显示屏开发技术（第2版）[M]：

北京航空航天大学出版社，．

[2]张凯等编著·MCS-51单片机综合系统及其设计开发[M].北京：

科学出版社，1996：

187~189．

[3]朱宇光编著·单片机应用新技术教程[M]·北京：

电子工业出版社，2000：

301~303．

[4]诸昌钤·LED显示屏系统原理与工程技术[M]·成都：

电子科技大学出版社，2000：

245~250．

起止日期

—

备注

院长教研室主任指导教师

毕业设计（论文）开题报告表

2014年3月10日

姓名

学院

电子与信息工程学院

专业

电子信息工程

班级

题目

基于51单片机的LED显示屏设计

指导教师

一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：

国内外研究情况:

LED产业国外发展较早，技术也比较成熟,据行业协会的不完全统计，从1998年以来，我国LED显示屏行业持续高速速度增长，产业规模不断扩大。

目前国内主要LED显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南区域，大型制造商的市场范围几乎覆盖整个国内市场。

就整个行业来说，具有较强的开发能力。

就整个LED显示屏系统而言，中国与国际处在同一技术水平，因为国内产品在性价比方面具有得天独厚的优势，市场占有率在90%以上，国外同类产品很难打入中国市场。

课题研究的主要内容:

设计一个实用的16*64LED点阵屏的图文显示，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字稳定、清晰无串扰。

图形或文字显示有静止、动态、多彩等显示方式。

并论证单片机对LED点阵屏的控制电路，驱动电路的设计方法，并根据LED点阵屏的硬件特点，对其软件实现的算法给出了具体的分析。

实现了显示的字体能够进行移动。

目的和意义:

本次设计可以使我更加了解我国LED显示屏的发展前景，以及更好的了解了LED显示屏的主要功能和适用范围，并且通过自己不懈的努力，对其工作原理和安装过程更为了解，对一些电子电路知识更为精通。

我想通过本次设计所取得成果是巨大的而深远的，对以后的工作会有很大的帮助，其次是通过自己的亲身制作很的提高了我的动手能力

二、进度及预期结果：

已经完成原理图设计

起止日期

主要内容

预期结果

—

—

—

—

—

前期资料查询、原理的了解，方案论证，

电路选择和电路图绘制。

元件选择、采购,电路焊接、程序编写。

程序下载调试、作品修改和定型。

论文写作、整理和定型。

LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字稳定、清晰无串扰。

图形或文字显示有静止、动态、多种颜色显示等显示方式。

。

完成课题的现有条件

全面的图书资料和网络资源，以及实验室条件。

审查意见

指导教师：

年月日

学院意见

主管领导：

年月日

天津工业大学毕业论文进度检查记录

题目

基于单片机的LED显示屏系统设计

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

指导教师姓名

指导教师职称

讲师

日期

指导记录

天津**大学本科毕业论文评阅表

（论文类）

题目

基于单片机的LED显示屏系统设计

学生姓名

学生班级

指导教师姓名

评审项目

指标

满分

评分

选题

能体现本专业培养目标，使学生得到较全面训练。

题目大小、难度适中，学生工作量饱满，经努力能完成。

10

题目与生产、科研等实际问题结合紧密。

10

课题调研、

文献检索

能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息，从中获取新知识的能力。

15

论文撰写

结构严谨，理论、观点、概念表达准确、清晰。

10

文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，图表清楚，书写格式符合规范。

10

外文应用

能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。

5

论文水平

论文论点正确，论点与论据协调一致，论据充分支持论点，论证过程有说服力。

15

有必要的数据、资料支持，数据、资料翔实可靠，得出的结论有可验性。

15

论文有独到见解或有一定实用价值。

10

合计

100

意见及建议：

评阅人签名：

2014年6月X日

天津**大学毕业论文成绩考核表

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

班

题目

基于单片机的LED显示屏系统设计

1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：

成绩：

指导教师签字：

年月日

2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：

成绩：

答辩主席（或组长）签字：

年月日

3．毕业设计（论文）总成绩：

给定成绩

给定成绩

总成绩

（a×+b×+c×）

摘要

本文主要阐述了用51单片机控制单色16*64的LED点阵屏显示的方法，对LED点阵屏如何进行行列信号控制及信号传输中的驱动问题进行了研究，并讨论了单片机控制系统中关键的数据处理以及发送问题。

结果表明采用并行数据输入、串行数据及同步时钟传输的专用电路可大大减少CPU的辅助时间，提高了数据的发送速度。

并给出了通过软件控制点阵屏显示的几种方式，如静态显示，分屏显示以及左移显示，对其软件的算法给出了具体分析。

基于各种算法我们就可以灵活的运用软件实现各种显示，并将其用于商业用途。

关键词:

LED点阵屏；单片机；驱动；扫描

ABSTRACT

ThisarticlemainlyelaboratesthemethodofusingMCU-51tocontrolsinglecolor16*64LEDlatticescreendisplay,andresearchinghowtocarryontherankssignalcontrolandthequestionofsignalactuationwiththeLEDlatticescreen,anddiscussestheessentialdataprocessingandthetransmissionquestioninthemonolithicintegratedcircuitcontrolsystem.TheresultindicatesthatCPUnon-cuttingtimecanbereducedgreatlybyusingtheallocated-usecircuitwithparalleldatainput,serialdataandsynchronismclocktransmission,whichhasraisedthedatatransmittingspeed.Thissystemhasgivenseveralwaystocontrollatticescreendisplayviasoftwaresuchasthestaticstatedisplay,dividedscreendisplayandleftshiftdisplay,whichhasgiventheconcreteanalysisofsoftware'salgorithm.Wecanrealizeallkindsofdisplaynimblybyusingsoftwarebasedoneachalgorithm,anduseitinthecommercialtrade.

Keywords:

LEDlatticescreen；One-chipcomputer；Drive；Scan

第一章绪论

随着我国社会经济文化等的不断发展，民众的消费标准也在发生着不断的变化,户外灯箱广告更是扮演着越来越重要的宣传角色，在车站、商场、学校单位等场合都会见到霓虹灯之类的广告。

但是传统的霓虹灯广告牌不管是在显示色彩效果、用电量还是在可修改性上都已经无法满足当今日新月异的社会需求，传统的霓虹灯广告在社会快速发展中需要更多的改进。

电子控制技术的高速发展和LED发光二级管制造工艺的进展为高亮度大屏幕的诞生创造了条件。

由于LED显示屏相对于传统的霓虹灯之类的广告牌有很多方面的优势，所以发展很快，得到了广大应用厂商的认可。

这一种刚刚兴起的led大屏幕技术成为了广大民众目光的聚焦焦点。

与之前的显示设备比较，首先，LED显示屏可以显示几乎所有常用色彩,色彩丰富，三基色的发光管可以显示全彩色，显示方式又是多种多样的,无限变化（文字、图形、动画、视频、电视画面等），这一个产品就集合了电子技术领域多个学科的相关知识，是一中高新技术产品。

可以用来显示各种文字图形，并且可以与计算机相连接同步显示计算机屏幕的信息，相当于投影仪。

其次，LED显示屏的像素点是LED发光二极管，将多个发光二极管以大小间距相同的排列形式组合成LED显示阵列，这种显示屏具有成本低、耗电量低、亮度和清晰度高、寿命长等众多优点，而且LED显示屏不受空间的限制，可以根据用户要求设计屏的大小，，可视角度大，是这个信息时代在传播介质方面划时代的产物。

最后，LED显示屏应用范围很广，金融证券、股票炒股、银行利率等信息显示、商业广告播放、文化娱乐等方面，显示的效果亮度高且清晰稳定，越来越多的地方开始使用LED电子显示屏，有巨大的社会效益和经济效益。

Led显示屏集众家之长，在国际领域得到了广泛的应用。

相关技术发展现状

LED显示屏发光效率高，能够很好的适应室内室外等应用区域的环境，自上世纪90年代前期开始，随着LED制造业的技术水平有了新的进展，理论等相关技术框架基本形成，在国外得到大范围多领域的应用。

而在我们中国改革开放30年的发展之后，主要是进入上世纪90年代我国的经济得到了飞速的发展，快速的提高，经济发展的背景下各种商业信息的传播在整个市场上有很大需求，LED显示屏及时的出现很好的满足了当时社会和市场的需要，LED显示屏的研发与加工技术水平也得到了相应的提高，适用范围领域也得以扩展。

在LED显示屏快速发展的过程中，从开始出现到大范围多领域的应用也是经历了一个过程，总的来说，LED显示屏经历了单色、双色到红绿蓝三基色全彩多灰度级显示的一个过程。

目前关于LED显示屏的理论框架和相关制造加工技术等已经相当成熟，led显示屏的像素点越做越小，红绿蓝三基色全彩屏的分辨率越来越高，并朝着高亮度、低功耗、大视角的方向发展。

相关理论也日臻完善。

LED显示屏发展的简要回顾

Led显示屏以很高的稳定性、超强的环境适应能力、高性能低价格、使用时间长、可视范围角度大等特点，在为期不长的十几年时间里，以迅雷不及掩耳之势发展成为平面大面积显示的主流产品之一，在信息显示传播，广告媒体领域得到了广泛认可和应用。

LED显示屏的成长历程：

，或者说是LED显示屏的幼年时期，各方面理论技术还不成熟。

一个方面，受LED相关的材料制造加工技术还不够先进，LED显示屏的应用领域就收到了很大的限制，另一个方面，显示屏控制技术几乎全是通过通信数据传输而实现的控制方法，从客观上来讲极大地影响了他的显示效果。

在这个时期，国外的LED显示屏应用很是广泛，在我们中国则很少见，出现的为数不多的相关产品也是以单红色、红绿双基色为主，控制技术也几乎全是通过通信数据传输而实现的控制方法，显示的灰度等级就目前的现状来看，当时的灰度级是很小很小的，当时只可以实现单点的4个灰度级，而现在至少也是256灰度级，并且当时产品的成本也是相当高的。

，LED显示屏以高速度、大范围、多领域的方式就这样进入了九十年代，进入了广发人民群众的视野，在全球信息化产业快速发展的大背景下，信息技术在我们生活工作的多个领域不断发展创新突破。

蓝色发光二级管晶片研制成功，从此，LED显示屏进入了全彩色显示的新纪元；电子技术以及单片微型计算机等控制技术的快速发展，在显示屏控制领域有了更进一步的发展，相关工作人员研究开发出来了视频控制卡，显示屏灰度等级也有了很大的提高，实现16级灰度等级和64级灰度等级的调灰，显示屏的在显示动画方面的效果得到了空前的提高。

在这一个阶段，LED显示屏在我们中国的发展速可以说是遍地开花，从初期的不多的几家企业、年产值只有几千万元发展到几十家企业、年产值达数亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育届、机场航班信息显示、铁路车次信息显示、车站时间表信息显示、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域。

LED显示屏在平面媒体显示领域逐渐成为主流产品，这样的局面已经逐渐形成，LED显示屏产业也自然而然地成为新兴的高新技术产业。

，是led显示屏产业格局调整相继完善的时期上世纪九十年代中期年以来，LED显示屏产业迅速发展进而产生的内部竞争加剧，许多中小企业也如同雨后春笋般不断涌现，这样就使得相关产品价格有了大幅度的回落，应用的范围也不断的扩大，这也导致了LED相关产品在质量、标准化等方面的问题，不利于相关产品的统一及标准化。

我们国家的相关部门通过及时调整，对LED显示屏的发展过程中出现的问题进行了适当的规范和引导。

国家多个部门联合出台了相关的文件规范使得LED显示屏走向标准化、规范化。

相关的标准规定等也在不断完善。

我国LED显示屏的发展现状

我国LED产业经历了十余年的成长历程，LED显示屏产业中，一些支柱型企业相继诞生。

据行业协会给出的统计信息来看，自十九世纪九十年代末，我国LED显示屏行业持续快速发展，产业规模不断扩大，产业链不断扩大完善。

就整个LED显示屏系统而言，我国的led显示屏技术已经达到了国际先进水平并处于领先地位，这也得力于国内产品在性价比方面所具有的得天独厚的优势，市场占有率在90%以上，国外的相关产品几乎不能够进入中国市场。

2003年LED显示屏行业整体的发展速度相比之前要快很多，很多企业都已经具有相当的规模并还在逐渐增多，产业布局发展也在走向成熟。

04年至07年之间，随着北京奥运会的临近，各地城区城市化的步伐也逐渐加快，全国LED显示屏市场依然活力不减保持着快速增长的趋势，年平均增长率仍然能够保持在百分之三十五左右。

LED显示屏的发展趋势

据CCID微电子研究所预计，在未来的5年时间内，我国LED显示屏将在电信、邮政、金融系统、商业系统、交通系统、体育场馆等领域不断开拓市场，寻求新的发展空间以及应用领域，与此同时LED显示屏在市场上的需求正以大约平均每年30%的速度递增，发展趋势如下：

、全彩化

在蓝色及纯绿色的led显示屏出现以后，LED显示屏的成本在随着时间的推移越来越低，已具备成熟的商业化条件。

基础材料也逐渐向成熟的产业化发展。

这种情况使得LED三基色全彩色显示屏幕成本有大幅下滑，应用速度加快。

LED显示屏等产品的性能也不断提高，三基色全彩色显示屏的色彩、白平衡等已经能够实现很理想的效果了，能够全天候在室外环境下工作，很好的满足了用户的相关需求，因为三基色led全彩色显示屏幕性价比很高，预测在未来发展的相当长的一段时间内，三基色全彩LED显示屏在在室内外显示媒体领域逐渐代替了传统的灯箱、霓红灯等产品。

、规范化

这个产业最近几年的发展，该市场内存在的竞争主要是在价格方面的竞争，在几次价格战之后相关产品价格几乎达到了均衡，因而市场竞争的焦点转移到了产品的质量以及整个系统的可靠性，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，一些大的企业相继实施ISO9000系列标准。

行业规范和标准体系的形成，对LED产品以后的发展有着很好的基础，在这样热大潮中，那些相对落后的企业相继被淘汰，整个业界的质量水平会得到一个整体的提升，也有利于LED产品的标准化、规范化。

预测在不长的几年时间内，小规模企业将被淘汰，该行业的发展也会井然有序。

在这个信息化的时代，信息传递在生活工作中占据着愈来愈重要的作用，信息也广泛存在于生活工作的各个方面，LED显示屏幕自然而然的有了很多用武之地。

因此，相关的LED产品也会因为市场的需要而相继推出，小型的LED显示产品在LED显示屏市场将会占越来越多的份额。

LED显示屏应用领域的突破体现了该类产品向着多样化发展的趋势。

LED显示屏显示原理

LED点阵屏的内部结构可以分为共阴极和共阳极两种，本设计采用的是共阳型的LED点阵屏。

为了节省单片机的I\O口,利用了以种专门为点阵屏开发的串行输入并行输出的芯片SM16126,该芯片可以一个串行口输入,16位并行输出,极大程度的减少了单片机I\O口的使用,为其他应用的加入提供了条件。

红、绿、蓝三种颜色只需要三个I\O口就可以轻松实现。

完成显示时，只需要三种颜色的数据输入端和控制信号输入端协同工作就可以完成显示。

当显示屏的行选信号被选通时，列选端四位数据给低电平的发光二极管就会被点亮。

即先将编码信号输送至列信号端，再扫描相应的行。

利用这个原理，要显示文字或图形信息时，只需要将要显示的信息进行相关的编码，再将编码数据根据相关算法按照一定的顺序发送到显示屏，逐行点亮就可以显示出想要显示的信息。

编写程序时，编码信号利用字模提取软件进行编码提取，再将这些编码组成一个二维数组，每个字有16个元素，在显示相应的字时只需要按照相应的顺序调用改字数组中的各个元素即可。

调用每个元素之后，再将该元素的8位编码数据一位一位的送入到SM16126的输入寄存器。

数据输入信号以后再将扫描控制信号输入，这样按照预定的顺序进行数据输入和扫描即可显示稳定的画面。

根据人眼的视觉暂留原理，将每一次数据更新扫描的时间控制在20ms左右就可以看到稳定的文字图像。

课题研究的目的

本设计让我对LED产业整个发展现状以及发展趋势有了更加深入的了解，了解到了不同型号LED显示屏的应用领域和使用范围。

对led显示屏的工作原理过程有了更深入的认识。

我想通过本次设计所取得成果是巨大的而深远的，对以后的工作会有很大的帮助，在完成整个设计的过程中，遇到了很多问题，在遇到问题之后利用现有的各种资源通过不同的渠道去解决问题，在这个过程中学会了解决问题的方法。

这个过程中最大的问题就是软件编程的实现，每一次编写完成之后进行下载运行，发现运行的显示结果总不能达到预期的效果，经过多次调试之后最终得以实现。

本设计使我重新体会了发现问题，解决问题的这个过程，在电子设计方面得到了很大的提高。

其次是通过自己的亲身制作很的提高了我的动手能力。

本设计实现的是16×64像素的LED点阵屏，要求LED显示屏可以有足够的亮度，能够稳定的显示要求的文字图像等信息，并实现文字图像等的移动显示、多种颜色显示等。

从而实现简单动画的显示。

课题的工作主要可以分为两大部分，一个主要部分是硬件电路设计，另一个主要部分是软件程序设计。

硬件电路主要包括供电电源电路的设计、单片机控制单元的设计、显示电路的设计等。

软件部分主要是静态显示、动态显示、多种颜色显示、上移显示的程序编写等。

本设计利用51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。

其中显示字模数据由单片机对字模数组进行读取，之后发送到SM16126的输入寄存器中，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成。

每一列的数码管数量较多所以列驱动的设计要满足大电流输出的要求，本设计应用场效应管4953来驱动列数码管，，足以满足本设计的需要。

每个4953可以驱动两列数码管，16行显示需要8个芯片，这8个芯片的片选信号则个芯片的片选信号则由74HC138译码器实现。

点阵采用多颜色显示，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。

显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。

根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：

第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。

显示驱动程序负责向点阵屏传送特定组合的显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。

显示驱动程序由显示子程序实现，系统环境设置（初始化）由系统初始化程序完成，显示效果处理等工作，则由主程序通过调用子程序来实现。

显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。

为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等数据发送完毕后输出SM16126的锁存信号，将显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，并打开显示。

第二章系统总体设计

本系统名为基于51单片机的LED显示屏，即用STC90c516RD+单片机作为主控芯片实现LED显示屏信息的显示。

此系统由开关电源供电，有足够的驱动能力，而且STC90C51单片机有很好的稳定性，能够很好地实现各种信息的显示。

本系统依赖稳定的硬件电路可以实现多种文字、简单图案信息的静态显示、上下左右移动等显示。

主要需求如下：

1．静态显示功能，可以做小型广告牌，本设计可以应用在大小店铺显示各种商品信息，要求系统能够显示文字、简单图像信息。

足以满足大小店铺的显示需求。

并且稳定性高、用电量低、亮度大。

2．多种颜色显示功能。

传统广告牌色彩单一，此设计丰富了传统的显示方式，用三基色显示模块，可以显示丰富的色彩，很好的增加了广告牌的吸引力。

增强了效果。

3．各种动态显示，目前常见的显示屏多为静态显示，并无动画，此设计可实现动态显示。

基于51单片机的LED显示屏设计主要是利用视觉暂留原理通过行扫描和列扫描的方式点亮点阵屏上的任意一点从而显示设定信息。

系统主要分为供电模块、显示模块、控制模块等。

系统的核心部分是51单片机控制模块，它负责外围所有器件的控制。

系统的硬件组成主要包括控制模块、电源模块、显示部分。

系统的软件组成包括控制程序、显示程序、移动显示程序等。

系统的结构框图如图2-1所示：

图2-1系统原理框图

本系统实现了文字、简单图像的静态及动态显示功能，通过单片机控制，从