【正文】 明書 5 1 緒論 單片機自 20 世紀 70年代問世以來，以極其高的性能價格比受到人們的重視和關注，所以應用很廣，發(fā)展很快。單片機的特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因為單片機有如此多的優(yōu)點，因此其應用領域之廣，幾乎到了無孔不入的地步。在我國，單片機已被廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國防軍事、尖端武器等各個方面。我們可以開發(fā)利用單片機系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟效益。更重要的意義是單片機的應用改變了控 制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設計思想和方法。以前采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術稱為微控制技術。例如，本文所要論述的通過單片機來控制 LED 點陣顯示。 LED 是發(fā)光二極管英文 Light Emitting Diode 的簡稱，是六十年代末發(fā)展起來的一種半導體顯示器件，七十年代隨著半導體材料合成技術、單晶制造技術和 PN 結(jié)形成技術的研究進展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進入批量化和實用化。進入八十年代后， LED在發(fā)光 波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即 LED顯示屏。 LED 顯示屏 顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應用于金融、稅務、工商、郵電、體育、廣告、廠礦企業(yè)、交通運輸、教育系統(tǒng)、車站、碼頭、機場、商 場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、 工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 寬茶色和透明磨砂樹脂板已由無錫正成企業(yè)安裝調(diào)試成功 。 大大改善了 LED 的整體效果，有效時間達 20 年之久。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣 塊組成。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 6 圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、 VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。 LED 電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是集微電子技術、光電子技術 、計算機技術、信息處理技術于一體的顯示系統(tǒng)，是目前國際上極為先進的顯示媒體。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應能力強等優(yōu)點而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。在我國改革開放之后，特別是進入 90 年代國民經(jīng)濟高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈， LED 顯示屏的出現(xiàn)正好適應了這一市場形勢，因而在 LED 顯示屏的設計制造技術與應用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領域。 LED 顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏 ，到圖像顯示屏的發(fā)展過程。 漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點陣（如 16*16 點陣），將點陣文件存入 ROM，形成新的漢字編碼。而在使用時則需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語言，再由 MCU 根據(jù)新編碼提取相應的點陣進行漢字顯示。具體顯示技術和原理將會在正文中得到詳細論述。 選題的目的和意義 LED 顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于它具有發(fā)光率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應能力強等優(yōu)點，自 20 世紀 80 年代后期開始，隨著 LED制造技術的不斷 完善，在國外得到了廣泛的應用。在我國改革開放之后，特別是進入 90年代國民經(jīng)濟高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈， LED 顯示屏的出現(xiàn)正好適應了這一市場形勢，因而在 LED 顯示屏河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 7 的設計制造技術與應用水平上都得到了迅速的提高。 隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， LED 顯示屏作為信息傳播的一種重要手段成為現(xiàn)代信息化社會的一個閃亮標志。近年 LED 顯示屏已廣泛應用于室內(nèi)、外需要進行服務內(nèi)容和服務宗旨宣傳的公眾場所如銀行、營業(yè)部、車站、機場、港口、體育場館等信息的發(fā)布，政府機關政策、政令，各類市場行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前 ，對于那些需要顯示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相對比較低的場合，使用大、小屏幕 LED 點陣顯示器是比較經(jīng)濟適用的，它可以用單片機控制實現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號、字型。 特別是在現(xiàn)代社會中各種信息時刻的出現(xiàn)在人們的生活視線中，想讓大家更好的，方便的獲得這樣的信息， LED 顯示屏發(fā)揮了很大的作用，包括在商場門口、公交站臺、會議室、商店、售票大廳、銀行等場所，各種信息都可以通過 LED 顯示屏顯示，讓客戶、路人、顧客更多的獲取他們想要的信息，這相對于傳統(tǒng)的靜態(tài)廣告牌的 來說無疑是一次質(zhì)的跨越，它必將在人們的生活工作中發(fā)揮越來越重要的作用。 國內(nèi)外現(xiàn)狀及研究 LED 顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個階段： 第一階段為 1990 年到 1995 年，主要是單色和 16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共 場所，作為公共信息顯示工具。 第二階段是 1995 年到 1999 年，出現(xiàn)了 64 級、 256 級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術、圖像處理技術、光纖通信技術等的應用將 LED顯示屏提升到了一個新的臺階。 LED 顯示屏 控制專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時由 國內(nèi)企業(yè)開發(fā)出來并得以應用。 第三階段從 1999 年開始，紅、純綠、純藍 LED 管大量涌入中國，同時國內(nèi)企業(yè)進行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍三原色 LED 生產(chǎn)的河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 8 全彩色顯示屏被廣泛應用，大量進入體育 場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國內(nèi)的大屏幕帶入全彩時代。 LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、 功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。 LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。 LED 電子顯示屏是由幾萬 幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。 LED 顯示屏（ LED panel）： LED就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 LED。它是一種通過控制半導體發(fā) 光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 目前，我國半導體照明產(chǎn)業(yè)已初步形成了珠三角、長三角、閩三角、北方地區(qū)四大布局相對合理的集中區(qū)域，并建設了七個產(chǎn)業(yè)化基地。 中國的 LED 應用市場十分光明，但就目前形勢來說， LED 室內(nèi)照明還沒有顯示出想國外的那種狂熱程度，國外對節(jié)能減排的提倡更加促使了 LED的發(fā)展與應用， 隨著 LED 原材料市場的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件從 2021年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點間距，被不同價 位需求者所 接受 ，國內(nèi)市場面向的主要是室外廣告、室內(nèi)電子牌等，而室內(nèi)照明應用就顯得相對來說比較欠缺。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 9 2 設計任務 基本功能 本設計是 以 AT89S52 單片機為 核 心，設計一個 16*16點陣 LED 電子顯示屏，可用于顯示數(shù)字、漢字、字符或圖形。 硬件設計任務： （ 1）原理圖設計：包括電源模塊、單片機模塊、 ISP 在線編程接口、 LED點陣顯示模塊、行列譯碼驅(qū)動模塊。 （ 2） 實物 制作與調(diào)試：包括元器件采購、 單片機測試、 電路焊接、通電調(diào)試、功能檢測 等 。 軟件設計任務： （ 1）源程序設計：用 C 語言編寫源程序。 （ 2）程序編譯與下載：用編譯器對源程序進行調(diào)試及編譯，通過 ISP接口將形成的二進制目標 文件 下載到單片機上。 （ 3）功能調(diào)試：用 實物 板運行程序，檢查其功能是否達到設計要求。如沒有達到設計要求，應修改源程序，重新編譯、下載、調(diào)試，最后達到設計要求。 設計要求： 方案選取 方案一：無擴展口的的 LED 點陣屏 整個點陣顯示屏由 4 塊 8x8 的 LED 點陣拼合而成，所有的行線分別接所在行每個點陣的陽極。所有的列線分別接所在列每個點陣的陰極。單片機 P2 口和 P3 口的輸出用于掃描 16 行 。 P0 口和 P1 口的輸出送顯示數(shù)據(jù)到 16 列 ， 由于單片機可以提供較大的灌入電流 。 故采用這種接法。但顯示數(shù)據(jù)時必須取反后才能輸出，這種動態(tài)顯示方式使顯示屏每一時刻只顯示一行．即要完成一楨畫面的顯示。 16 行須逐行顯示一次，也就河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 是將 16 行依次掃描一次，只要掃描速度足夠快，由于人眼的惰性就會使人感覺顯示的是一幅完整的畫面。例如，掃描到第三行時 ， 該行的行線置高電平，其它 15 條的行線置低電平，這樣當從列線送出數(shù)據(jù)后， 只有第三行的 16 個 LED 才能顯示數(shù)據(jù) 。還可以外接行掃描驅(qū)動管，為每行的 16 個 LED 在顯示不同內(nèi)容時提供足夠大的動態(tài)電流，但要注意加限流電阻 ，以防止過大的電流灌入單片機而損壞器件。 方案二：部分端口擴展的 LED 點陣屏 ， 其連接如下圖 所示。 圖 用 74138 進行列擴展的連接圖 該方案只對列進行了擴展，行控制需要用到 P0、 P2 兩個端口，雖然總的來說也能較好的實現(xiàn)設計要求，但如果想實現(xiàn)后續(xù)功能的擴展，將會是比較麻煩的事。不易于單片機系統(tǒng)的功能擴展。 方案三：行列全擴展的 LED 點陣屏 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果， 這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 11 16*16 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 16*16 的點陣需要 32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16*16 的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。 因此在實際應用中的顯示屏都不采用這種設計，而采用另一種