【正文】 1 第一章 緒 論 課題背景 在短 短的十來年中， LED 點(diǎn)陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、低功耗、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文中詳細(xì)介紹了 LED 點(diǎn)陣顯示的硬件設(shè)計(jì)思路、硬件電路各個(gè)部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計(jì)，以及使用說明等。 整機(jī)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的 LED 點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。 該系統(tǒng)通過 RS232 與上位機(jī) PC 進(jìn)行串行通信，采用計(jì)算機(jī)串口對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，能實(shí)現(xiàn)屏幕顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)采集； 通過該芯片控制一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器 74HC154 來驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示。 單片機(jī)控制系統(tǒng)程序采用單片機(jī)匯編語言進(jìn)行編輯，通過編程控制各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng) LED 陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。 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。（ 4）體育場(chǎng)館信息顯示。（ 8）廣告媒體新產(chǎn)品等。 然而，我國目前 LED 產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域依然存在許多不足。因此，推廣對(duì) LED 封裝技術(shù)的發(fā)展力度 ,提升自身核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)是 LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最關(guān)鍵一步。使 LED 全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。 本課題的主要特點(diǎn) 這個(gè)方案設(shè)計(jì)的 1616 點(diǎn)陣 LED 圖文顯示屏，結(jié)構(gòu)合理，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用 靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字。因此采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。 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，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 二 章 系統(tǒng)方案論證 與選擇 4 課 題擬以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)，用單片機(jī)、點(diǎn)陣顯示屏等設(shè)計(jì)一個(gè) 1616 點(diǎn)陣 LED 電子顯示屏的設(shè)計(jì) 。 復(fù)位電路 方案一：采用按鈕復(fù)位，通過按電路中的開關(guān)按鈕使系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位，按一次開關(guān)按鈕系統(tǒng)復(fù)位一次，但是在點(diǎn)陣屏顯示過程中不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，本方案與實(shí)際應(yīng)用不相符合，所以不采取本方案。 方案二 采用 MAX232 來進(jìn)行串行的傳輸 , 用串行通訊的好處是簡單，抗干擾性強(qiáng) .,因此不需要遠(yuǎn)距離傳輸 ,因此 MAX232 已經(jīng)足夠滿足要求。所以不采用本方案。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng) LED，原理簡單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) ， LED 的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的 I/O 口，只適合于較小的系統(tǒng)。 行驅(qū)動(dòng)電路主要是要實(shí)現(xiàn)譯碼功能，下面有 2 種方案供其選擇： 方案一：采用 2 塊 74LS138 級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn) 4/16 線譯碼功能 ， 74LS138 芯片本身具有 3/8線譯碼功能，但是增加了芯片 的使用數(shù)目，增加了連線及所占面積。 掉電保存模塊 掉電保存模塊是通過單片機(jī) AT24C08對(duì) LED點(diǎn)陣顯示屏內(nèi)容進(jìn)行保存。圖 為 AT89C51 外部封裝。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。當(dāng) P3口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在閑置模式下， CPU 停止工作。這之后又不要求單片機(jī)復(fù)位，所以 通過 左右的電阻下拉接地保證 RESET 腳維持在低電平狀態(tài)（即不復(fù)位狀態(tài)）[8]。 31引腳接電源端，如圖 33所示。點(diǎn)陣顯示屏有單色和雙色兩 類，可顯示紅，黃，綠，橙等，本次設(shè)計(jì)選用單色點(diǎn)陣顯示屏。行驅(qū)動(dòng)器一行的行線連接到電源的一端，列驅(qū)動(dòng)器一列的列線連接到電源的另一端。例如：如果想使屏幕左上角LED 點(diǎn)亮，左下角 LED 熄滅的話，在掃描到第一行時(shí)，第一列的電位就應(yīng)該為低，而掃描到第八行時(shí)第一列的電位就應(yīng)該為高。它的外觀形狀如圖 34 所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 35 所示。 圖 34 1616點(diǎn)陣 LED 顯示屏實(shí)物照片 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 圖 35 1616點(diǎn)陣 LED 顯示屏內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 36 LED 點(diǎn)陣亮滅示意圖 1616點(diǎn)陣 LED 顯示屏的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)和外觀引腳并不相對(duì)應(yīng)，下面圖 37所示為點(diǎn)陣顯示屏外觀管，圖 38為個(gè)管教所對(duì)應(yīng)的管教編號(hào)。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用 4 個(gè)輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個(gè)選通輸入為低時(shí)數(shù)據(jù)通過另一個(gè)選通輸入。圖 310 為三極管分裝。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 8 J un 20 12 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ngs \ A d m i ni s t r a t or \ 桌面 \ 060 8004 r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1805 1C247p f11. 0592M H zC R Y S T A LC147p fS W 1S W P BV C CC347p fR 3210kR 331kA23B22C21D20G118G219011223344556677889910101111131214131514161517U274L S 154R0 200R1 200R2 200R3 200R4 200R5 200R6 200R7 200R8 200R9 200R 10 200R 11 200R 12 200R 13 200R 14 200R 15 200R 16 200R 17 200R 18 200R 19 200R 20 200R 21 200R 22 200R 23 200R 24 200R 25 200R 26 200R 27 200R 28 200R 29 200R 30 200R 31 200Q0S 85 50Q1S 85 50Q2S 85 50Q3S 85 50Q4S 85 50Q5S 85 50Q6S 85 50Q7S 85 50Q8S 85 50Q9S 85 50Q 1 0S 85 50Q 1 1S 85 50Q 1 2S 85 50Q 1 3S 85 50Q 1 4S 85 50Q 1 5S 85 50V C CV C C V C C V C C V C C V C C V C C V C C V C CV C CV C CV C CV C CV C CV C CV C CV C C162738495J1D B 9C 1+1V+2C 13V6C 2+4VCC16C 25GND15T 1I N11T 1O U T14T 2I N10T 2O U T7R 1O U T12R 1I N13R 2O U T9R 2I N8U3M A X 232V C CC5105C4105V C C C6105C710565781234A0A1A2V S S S D AS C LT E S TV D DV C CG N D 圖 312 74LS154行驅(qū)動(dòng)模塊 掉電保存模塊是通過單片機(jī) AT24C08對(duì) LED 點(diǎn)陣顯示屏內(nèi)容進(jìn)行保存。可選節(jié)省空間的 8腳 PDIP, 8腳 JEDEC SOIC, 8腳 Ultra Lead Frame Land Grid Array (ULA),5腳 SOT23,8腳 TSSOP,和 8觸點(diǎn) dBGA2封裝，并通過 2wire 串行接口存取。 VisualBasic6． 0(以下簡 VB)是許多工程技術(shù)人員熟悉和常用的應(yīng)用程序開發(fā)軟件， VB 以其簡單易學(xué)、 32 位面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)等特點(diǎn)，倍受廣大計(jì)算機(jī)開發(fā)者的青睞，已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域；如何用 VB 編寫數(shù)據(jù)通訊程序，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，意義重大。其任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi) RAM 資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來成為一個(gè)完整的應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其它控制信號(hào)，配合完成 LED顯示屏的掃描顯示工作。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 使用 C 語言肯定要使用到 C 編譯器，以便把寫好的 C 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。還有也是比較致命的一點(diǎn)，可移植性比較差，所以使用匯編語言編程將需要大量的時(shí)間用于軟件的編寫和調(diào)試。 上位機(jī)控制傳輸 軟件選擇 方案一：采用網(wǎng)上下載的上位機(jī)控制傳輸軟件，由于他人制作的上位機(jī)軟件具有局限性，功能也達(dá)不到自己的要求，用起來也不方便。 程序主系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 主系統(tǒng) 系統(tǒng)的主程序開始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后 LED 顯示屏進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常的顯示。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個(gè)功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、多字滾動(dòng)顯示子程序、單字顯示子程序、掃描程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0 重新賦初值，以保證顯示屏刷新 率的穩(wěn)定， 1/16 掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下： 刷新率（幀頻） =161 T0 溢出率 =161 )65536(12 0tfosc ? 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 其中 fosc 為晶振頻率， t0 為定時(shí)器 T0 初值（工作在 16 位定時(shí)器模式）。當(dāng)fosc=12MHz 時(shí)， 1 機(jī)周 =1μs。 串口通信設(shè)計(jì) 串口的定義 串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。 串口通信的原理 串口通信（ Serial Communications）的概念非常簡單，串口按位（ bit）發(fā)送和接收字節(jié)。典型地，串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。例如 300波特表示每秒鐘發(fā)送 300 個(gè) bit。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。每個(gè)包是指 一個(gè)字節(jié)，包括開始 /停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為 1，這樣就有 3 個(gè)邏輯高位。可用于許多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者 Modem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。 奇偶校驗(yàn)位 在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式。例如，如果數(shù)據(jù)是 011，那么對(duì)于偶校 驗(yàn)，校驗(yàn)位為 0，保證邏輯高的位數(shù)是偶