【正文】 ................................................................................. 32 移位子程序流程圖 ........................................................................................ 33 移位子程序 .................................................................................................... 34 延時(shí) 子程序 ........................................................................................................ 34 5 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................ 36 硬件調(diào)試 ............................................................................................................ 36 軟件調(diào)試 ............................................................................................................ 36 6 總結(jié)與展望 ............................................................................................................ 37 致謝 ............................................................................................................................ 38 7 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................ 39 8 附錄 ........................................................................................................................ 40 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 5 1 緒論 選題目的和意義 LED（ Light Emitting Diode Panel）電子顯示屏是由幾十個(gè)到幾十萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點(diǎn) 集（ Pixels），按矩陣均勻排列所構(gòu)成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造顯示不同色彩的 LED。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。 LED 顯示屏是一種控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮滅來(lái)顯示文字、符號(hào)、圖像、視頻信號(hào)等各種信息的屏幕。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和條狀顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成，只是屏幕形狀不同。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文字和圖形；而條狀顯示屏則適用于小容量的文字符號(hào)信息顯示。 LED 顯示屏的優(yōu)點(diǎn)是其像素單元是主動(dòng)發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn) 。 LED 點(diǎn)陣顯示屏是一種新興的顯示屏使用的材料，它不僅是節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品，而且其發(fā)光效率很高，使用壽命長(zhǎng)，環(huán)境要求較低。除此之外，它還有豐富的組合方式。 LED 點(diǎn)陣顯示屏可以顯示數(shù)字，文字或者符號(hào)圖形。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 LED 是 20 世紀(jì)六十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和 PN 結(jié)形成技術(shù)的研究不斷突破，取得重大進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度、壽命等性能得以提高并迅速進(jìn)入大規(guī)模批量化和實(shí)用化。進(jìn)入 20 世紀(jì)八十年代后， LED 在發(fā)光波長(zhǎng)范圍和性能方面大大提高， 開(kāi)始作為平板顯示產(chǎn)品的制作材料。 對(duì)于 LED 來(lái)說(shuō)，從制造技術(shù)上來(lái)講， LED 產(chǎn)品本身比傳統(tǒng)燈具要復(fù)雜許多，它涵蓋了半導(dǎo)體、燈具結(jié)構(gòu)和散熱材料等多個(gè)行業(yè)，是一個(gè)跨行業(yè)的產(chǎn)品。 LED產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，從上游的襯底材料、外延、芯片到器件封裝以及應(yīng)用，涵蓋了半導(dǎo)體工業(yè)和照明工業(yè)，是各學(xué)科交叉融合的產(chǎn)業(yè)。 從國(guó)內(nèi)的 LED 產(chǎn)業(yè)布局來(lái)看，我國(guó) LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展極不平衡。我國(guó)的芯片制造技術(shù)，封裝技術(shù)相比較應(yīng)用技術(shù)來(lái)說(shuō)，和國(guó)外的廠商差距很大。國(guó)內(nèi) LED 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 6 企業(yè)在外延片、芯片等關(guān)鍵的上游環(huán)節(jié)缺乏話語(yǔ)權(quán)。 目前國(guó)外的企業(yè)掌握著外延片的生產(chǎn)，國(guó)內(nèi) 企業(yè)沒(méi)有一家能夠?qū)崿F(xiàn)外延片的量產(chǎn)。芯片方面，國(guó)外企業(yè)已經(jīng)在大功率高端領(lǐng)域方面技術(shù)領(lǐng)先。而國(guó)內(nèi)企業(yè)主要是在在小功率中低端領(lǐng)域發(fā)展，技術(shù)和國(guó)外有一定的差距。 LED 顯示屏的未來(lái)的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、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。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單片機(jī)為控制核心的單色 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及要求如下： (1)顯示圖形畫(huà)面，清晰無(wú)閃爍； (2)顯示漢字； (3)漢字移動(dòng)的變化功能； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 7 2 方案論證 設(shè)計(jì)方案一 圖 21 方 案一設(shè)計(jì)框圖 此方案主要由單片機(jī)作為重要的控制部件外，還包括外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信電路。此方案框圖如圖 21 所示，采用單片機(jī)作為中央控制器，通過(guò)通信電平轉(zhuǎn)換電路完成與上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏顯示數(shù)據(jù)信息的傳送。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用一片 FLASH 存儲(chǔ)器。此 Flash 閃存容量要足夠大，可以用于存儲(chǔ)漢字的點(diǎn)陣信息?？刂破髋c計(jì)算機(jī)的連接根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近選用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)總線或者距離再遠(yuǎn)可以選擇 RS485 總線。因?yàn)樯衔粰C(jī)與下位機(jī)的通信電平要求不同，所以要有通信電平轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)雙方的通信。此方案優(yōu)點(diǎn)是 硬件電路較為簡(jiǎn)單，但是軟件設(shè)計(jì)需要漢字點(diǎn)陣算法設(shè)計(jì)。 上 位 機(jī) 單 片 機(jī)F l a s h 數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器L E D 點(diǎn) 陣 顯 示 屏行 列 驅(qū) 動(dòng)電 路 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 設(shè)計(jì)方案二 圖 22 方案二設(shè)計(jì)框圖 此方案是 L E D 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由上位機(jī)、 RS232 通訊電路、單片機(jī)控制電路和 LED 點(diǎn)陣顯示電路構(gòu)成，主要由單片機(jī)作為中間聯(lián)系的紐帶，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示。本電路采用串口通信電路，上位機(jī)向單片機(jī)控制電路發(fā)送漢字或字符內(nèi)碼；控制電路存儲(chǔ)該內(nèi)碼并在字庫(kù)中查找相應(yīng)漢字或字符點(diǎn)陣，然后向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào)；顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)根據(jù)行列選通信號(hào)，向指定 LED 發(fā)光器件提供驅(qū)動(dòng)電流，然后 LED 顯示屏顯示所要求的文 字。 方案比較 由于字庫(kù)查詢電路與單片機(jī)之間的通信設(shè)計(jì)起來(lái)比較復(fù)雜，且字庫(kù)中所有的文字點(diǎn)陣信息不一定包含要顯示的文字，所以選用軟件算法計(jì)算出文字點(diǎn)陣信息然后直接通過(guò)單片機(jī)較為合適。上位機(jī)的功能較為強(qiáng)大，可以能實(shí)現(xiàn)的此項(xiàng)功能，所以用上位機(jī)和單片機(jī)配合的方案更為合適，通過(guò)比較采用方案一較為合適。 上 位 機(jī)單片機(jī)片 外 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器字 庫(kù) E P R O M顯示驅(qū)動(dòng)電路L E D 點(diǎn) 陣顯 示 屏 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理 采用以 AT89C51 單片機(jī)為核心芯片的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要由 A89C51 芯片及其構(gòu)成的外圍電路，比如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和行列顯示驅(qū)動(dòng)電路， 16 16 LED點(diǎn)陣屏和上位機(jī)與 89C51 的通信電 路組成。其中，時(shí)鐘電路由 AT89C51 的的時(shí)鐘端 (XTAL l 及 XTAL2)以及 12 MHz 晶振、兩個(gè)電容組成，采用片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式。復(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的開(kāi)關(guān)按鍵上電復(fù)位電路，其主要由兩個(gè)電阻，電容，開(kāi)關(guān)組成，然后接至 AT89C51 的 RST 復(fù)位輸入端。 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的顯示方式： 有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，其原理是由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作。這種顯 示方式巧妙地利用了人眼的視覺(jué)暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫(huà)面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀 /秒，人眼看起來(lái)就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫(huà)面，就可無(wú)閃爍的顯示文字信息了。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)選型 選擇單片機(jī)型號(hào)應(yīng)從市場(chǎng)貨源，單片機(jī)性能，研制周期，本人是否熟悉該類型單片機(jī)幾個(gè)方面因素來(lái)綜合考慮。 AT89C51 是一種帶 4KB 閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (即 FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS 型 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管 腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能夠進(jìn)行 1000 次寫(xiě)／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為 10 年。它是一種高效微控制器（ MCU），與早期的8 位 MCS51 單片機(jī)相比 ,其處理效率要提高很多。為很多控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。因此，本設(shè)計(jì)將 89C51 作為選擇對(duì)象。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路 89C51 單片機(jī) 使用 外部 晶振 提供時(shí)鐘頻率 ，電路如圖 31 所示，用 12MHz晶振的 作為時(shí)鐘源 。 利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1（ 18 腳）和XTAL2（ 19 腳）兩端接晶振，就構(gòu)成 了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振時(shí)，晶振兩端的電容一般選擇為 30PF 左右；這兩個(gè)電容對(duì)頻率有微調(diào)的作用，晶振的頻率范圍可在 之間選擇。 根據(jù)單片機(jī)常用最小系統(tǒng)典型電路，其時(shí)鐘電路的參數(shù)：晶振選擇為12MHz，濾波電容選擇為 22PF。 圖 31 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 復(fù)位電路在 89C51 單片機(jī)復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù) 位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容的充電的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松開(kāi)，也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC 地址為 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。 C1 2 2 P FC2 2 2 P FO S C12MX T A L 1X T A L 2 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 根據(jù)單片機(jī)典型電路，取其參數(shù)值如下：電阻均為 10K，極性電容為 10uF 圖 32 復(fù)位電路 顯示驅(qū)動(dòng)電路 行驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片 AT89C51 單片機(jī)有 四個(gè) 8 位的 I／ O 口，如果都采用并行輸出，顯然不能滿足要求采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器。因此，本設(shè)計(jì)中的行掃描驅(qū)動(dòng)采用并口輸出，而行掃描驅(qū)動(dòng)采用串口輸出。行掃描驅(qū)動(dòng)由于 16 16點(diǎn)陣顯示器有 16 行，為充分利用單片機(jī)的 I/O 接口資源，本電路中在 89C51 和顯示驅(qū)動(dòng)電路之間加入一個(gè) 416 線譯碼器 74LS154，其 4 個(gè)輸入端是一個(gè) 16進(jìn)制數(shù)碼，解碼輸出為低電平掃描信號(hào)由 74LS154 行譯碼器給出行選通信號(hào)，74LS154 的 A、 B、 C、 D 四腳為輸入端。就會(huì)形成 16 種不同的輸入狀態(tài)，分別為 0000~1111，然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即會(huì)有 16 路輸出。如果將一行 16 點(diǎn)全部點(diǎn)亮，普通二極管發(fā)光額定電流大概是 10mA，則通過(guò) 74LS154 的電流將達(dá) 160 mA，而實(shí)