【正文】 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第36頁 點(diǎn)陣LED漢字顯示系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 ⅠAbstract Ⅱ第1章　緒論 1 1 選題背景 1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 LED顯示屏概述 2 LED發(fā)光二極管 2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo) 2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 2第2章 硬件電路設(shè)計(jì) 3 電路的工作原理 3 硬件電路的設(shè)計(jì)原理 3 16*16點(diǎn)陣LED顯示器漢字顯示的工作原理 4 控制電路的工作原理 5 單片機(jī)電路的工作原理 5 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 顯示控制電路 6 顯示驅(qū)動電路 6 LED點(diǎn)陣顯示方式 7 LED外圍電路 7 電源電路 7 復(fù)位電路 8 時(shí)鐘電路 9 16*16LED點(diǎn)陣顯示屏硬件電路圖 10第3章　軟件電路設(shè)計(jì) 12 軟件系統(tǒng) 12 程序流程圖 12 主程序流程圖 12 顯示程序流程圖 13 漢字動態(tài)編碼的具體實(shí)現(xiàn) 14 漢字識別 14 建立編碼字典 15 提取字模、建立動態(tài)字庫 15 編碼改寫 16 提取漢字的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 16 LED點(diǎn)陣顯示屏顯示字符原理 17 程序清單 17第4章 結(jié)果調(diào)試與討論 20 故障分析 20 電路的現(xiàn)實(shí)誤差討論 20結(jié)論 22致謝 23參 考 文 獻(xiàn) 24附錄A 25附錄B 27第1章 緒 論 課題背景 選題背景目前,點(diǎn)陣顯示屏已廣泛用于銀行、酒店、超市、汽車站牌和高速公路等場所的廣告宣傳和交通提示，正逐步應(yīng)用于公交汽車內(nèi)和街道兩旁的報(bào)欄上。如公交車內(nèi)的點(diǎn)陣屏將由太陽能電池板供電，利用單片機(jī)和PLD實(shí)現(xiàn)顯示屏字幕的靜態(tài)、動態(tài)控制和定時(shí)顯示控制，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的[1]。LED 點(diǎn)陣顯示屏具有亮度高、故障低、能耗少、使用壽命長、顯示內(nèi)容多樣、顯示方式豐富等優(yōu)點(diǎn),可廣泛用于車站、碼頭、體育場館等公共場合。我以此為背景，開發(fā)了個(gè)16*16的LED點(diǎn)陣顯示屏。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個(gè)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(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個(gè)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(shí)由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)出來并得以應(yīng)用。 第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國，同時(shí)國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色LED生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)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(shí)代。 　 藍(lán)色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。全彩色LED顯示屏將是LED顯示屏的重要發(fā)展方向。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時(shí)，由于全彩色顯示屏價(jià)格性能比的優(yōu)勢，預(yù)計(jì)在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色LED屏更會成為主流產(chǎn)品[2]。 LED顯示屏概述 LED發(fā)光二極管　 LED發(fā)光二極管是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)PN結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成PN結(jié)的材料決定的。50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo) 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容用單片機(jī)AT89C51及LED點(diǎn)陣顯示器為核心器件，制作一個(gè)點(diǎn)陣式漢字電子顯示屏。完成電路原理圖、印制電路板設(shè)計(jì)、元器件采購、裝配及調(diào)試工作。完成該課題的程序設(shè)計(jì)、提交程序設(shè)計(jì)框圖及程序設(shè)計(jì)清單。完成硬件與軟件的綜合調(diào)試，能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能和主要技術(shù)指標(biāo)。 主要技術(shù)指標(biāo)（1）點(diǎn)陣式顯示器能依次顯示4個(gè)漢字。（2）通過編程能夠隨時(shí)對漢字進(jìn)行修改、調(diào)整。第2章 硬件電路設(shè)計(jì) 電路的工作原理 硬件電路的設(shè)計(jì)原理根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，：硬件電路結(jié)構(gòu)由7個(gè)部分組成：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、AT89C51單片機(jī)、點(diǎn)陣顯示器陽極驅(qū)動電路、陰極驅(qū)動電路和1616點(diǎn)陣顯示器電路。 在單片機(jī)電路中， P0口作為I/O口，輸出行數(shù)據(jù)和控制信號。選擇16片三極管8080作為1616點(diǎn)陣LED顯示器的行驅(qū)動，16片三極管8550作為它的列驅(qū)動。 單片機(jī)控制的1616LED顯示屏硬件原理圖 1616點(diǎn)陣LED顯示器漢字顯示的工作原理1616點(diǎn)陣LED顯示器有兩種接線方式，即共陰極接法和共陽極接法。共陽極接法原理圖如圖23所示，圖中只畫出了44點(diǎn)陣的二極管。每一行發(fā)光二極管的陽極接在一起，有一個(gè)引出端r,每一列發(fā)光二極管的陰極接在一起，有一個(gè)引出端c。當(dāng)給發(fā)光二極管陽極引出端加上一高電平，陰極引出端加上一低電平時(shí)，左上角的二極管點(diǎn)亮。因此，對行和列的電平進(jìn)行掃描控制，可以達(dá)到顯示不同漢字的目的[3]。 1616點(diǎn)陣LED原理圖 控制電路的工作原理在單片機(jī)P0口會輸出一組數(shù)據(jù)來通過三極管8050控制16行，并經(jīng)由三極管8550控制16列，每一列由兩個(gè)字節(jié)組成，數(shù)據(jù)分兩次送入，然后掃描一列，最終達(dá)到顯示漢字的目的。用控制電路來控制其電路的開始和結(jié)束。 單片機(jī)電路的工作原理該電路采用AT89C51單片機(jī)最小化應(yīng)用設(shè)計(jì)，P0口作為I/O口，每輸入一組高電平時(shí)在單片機(jī)P0口就會輸出一組行數(shù)據(jù)和控制信號。，通過高低電平的轉(zhuǎn)換達(dá)到漢字顯示的目的。時(shí)鐘電路采用了兩個(gè)30皮法的電容和一個(gè)12MHz晶振。從而使顯示更精確、更好。 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 顯示驅(qū)動部分 LED點(diǎn)陣選用2*4模塊，每4塊排列成一個(gè)16*16的點(diǎn)陣，用于顯示一個(gè)漢字。點(diǎn)陣每一列的所有LED共陽極，每一列的所有LED共陰極。系統(tǒng)由單片機(jī)控制。 行線用4個(gè)三極管8050驅(qū)動，將單片機(jī)P0口輸出的行選通信號作為三極管8050的輸入，可以得到16行的行值信號。而列驅(qū)動部分則用兩個(gè)74LS138譯碼，將列選通信號作為兩個(gè)譯碼器地址輸入，可以得到16列的列值信號。 行驅(qū)動電路 列驅(qū)動電路 LED點(diǎn)陣顯示方式 LED點(diǎn)陣顯示方式由動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示之分。靜態(tài)顯示只需在定時(shí)中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調(diào)入相應(yīng)的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實(shí)現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個(gè)內(nèi)容。我設(shè)計(jì)的這個(gè)電路的顯示則采用逐行掃描方式，即動態(tài)顯示的方式。工作時(shí)，由單片機(jī)從緩沖區(qū)取出第一行需要顯示的8字節(jié)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)輸入的順序與顯示內(nèi)容的順序相反。經(jīng)延時(shí)一段時(shí)間后再進(jìn)行下一行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實(shí)現(xiàn)漢字或字符的顯示。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是耗電少，成本低，壽命長，但是也存在顯示亮度及內(nèi)容顯示穩(wěn)定的問題。根據(jù)視覺滯留原理，根據(jù)視覺滯留原理，每屏的完整的顯示時(shí)間應(yīng)控制在20ms之內(nèi)，即50Hz，人眼看上去才不會覺得閃爍。由于要掃描16 行的點(diǎn)陣，所以每行的時(shí)間絕不能超過20ms247。16=，同時(shí)也不是每行的掃描時(shí)間越短越好，因?yàn)長ED的亮度同電流的大小和維持時(shí)間的長短有關(guān)[4]。LED點(diǎn)陣塊的單點(diǎn)靜態(tài)電流一般在10mA左右，由于占空比是1/16，所以單點(diǎn)的動態(tài)電流最大可以達(dá)到160mA。在維持時(shí)間恒定的情況下，電流越大（不超過額定電流），點(diǎn)陣亮度也越亮，而在電流恒定的情況下，需要一段維持時(shí)間來保持亮度。試驗(yàn)表明當(dāng)輸入LED的電流為15mA時(shí)，維持時(shí)間至少需要1ms，否則LED呈微亮狀態(tài)。 LED點(diǎn)陣外圍電路 電源電路電路主要分為：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)部分。電流進(jìn)入電路，通過一個(gè)220V變9V的電源變壓器把220V的交流電壓變?yōu)?V的交流電壓，然后通過整流器把9V交流，功率為15W左右。變壓器次級線圈輸出的9V交流電壓經(jīng)過全橋QD2進(jìn)行全波整流,C19濾波，LM7805穩(wěn)壓后，輸出穩(wěn)定的+5V直流工作電壓。 電源電路 復(fù)位電路89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。AT89C51的復(fù)位引腳RST通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來控制噪音，當(dāng)在80C51單片機(jī)的RST引腳入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作（若引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。我采用的是按鈕復(fù)位—按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位由電平方式和脈沖方式兩種，我采用的是電平復(fù)位。電平復(fù)位是通過RET端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率取12MHZ, R1取1K，C1取10μF。 電平復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。 采用內(nèi)部時(shí)鐘方式:89C51單片機(jī)各功能的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號為基準(zhǔn)、有條不紊的工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，始終電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2[5]。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖3時(shí)鐘電路所示，是89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩器電路。電路中的電容CC2典型值通常選擇30pF,對外接電容雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快，所以我選用的晶振是12MHZ晶振。晶振為12MHZ時(shí)的機(jī)器周期的計(jì)算：一個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期，時(shí)鐘頻率f=1/T,一個(gè)機(jī)器周期=1/T*12,若晶振=12MHZ,一個(gè)機(jī)器周期=1/12M*12=1μS外部時(shí)鐘方式時(shí)把外部已有的時(shí)鐘信號引入到單片機(jī)內(nèi),此方式常用與多片80C51單片機(jī)同