【正文】 This paper introduces a design of the LED lattice display system base on MCU AT89S51. The system can display in both Chinese and English characters of the show and from top to bottom and move around the magic show. And can be cascaded to expand the screen size to achieve increased content purposes. The PC sends control mands and displays code to microcontroller, AT89S51 receives control mands from PC and shows the code, Driver module drives a 16 16resolution LED lattice LED ’ s panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS232C munications standards. the characteristics that AT89S51 microcontroller is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance and Repair. In addition, the system will take up only a small amount of the MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion. Key words: AT89S51, lattice LED’ s panel display, serial munication 本科生畢業(yè)論文 IV 目 錄 第 1 章 緒 論 1 論文主要內(nèi)容 9 上位機(jī)控制傳輸軟件 11 控制單元設(shè)計(jì) 22 程序設(shè)計(jì) 22 顯示程序的設(shè)計(jì) （ 5）道路交通信息顯示。 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(shì)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年的發(fā)展中，全彩色 LED 顯示屏在戶外廣告媒體中會(huì)越來(lái)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(chǎng)館的顯示方面全彩色 LED 屏更會(huì)成為主流產(chǎn)品。然后按照所劃分的模塊逐個(gè)編寫和調(diào)試，最后將獨(dú)立的模塊整合起來(lái)。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。其中 應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)首推 Intel 的 51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史 “悠久 ”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)常作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的教材。在單片機(jī)芯片中， UART 已經(jīng)集成在其中，作為其組成部分，構(gòu)成一個(gè)串行口 [6]。 硬件設(shè)計(jì)方案 最終方案如圖 23 所示，以 PC 機(jī)作為上位機(jī)存儲(chǔ)和處理顯示內(nèi)容用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)上位機(jī)傳輸來(lái)的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動(dòng) 4 塊 88LED 點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的 1616 的 LED 點(diǎn)陣顯示屏。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程 技術(shù)。 本科生畢業(yè)論文 11 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)主要 由上位機(jī)，通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路和 1616 的點(diǎn)陣屏六部分組成。還有就是為了提高 LED 顯示屏的掃描速度，單片機(jī)的執(zhí)行速度要盡可能的快。低功耗空閑和掉電模式 本科生畢業(yè)論文 14 端口 30， EA/VPP：外部訪問允許。當(dāng) A、 B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 行驅(qū)動(dòng)采用 PNP 三極管 8550 接法如圖 34 示： 1 K5 VL E D 點(diǎn) 陣 屏 陽(yáng) 極譯 碼 電 路 輸 出 圖 34 行驅(qū)動(dòng)器件 8550 的接法 8550 為 PNP 型三極管，內(nèi) 部結(jié)構(gòu)如圖 35 示。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)總線 TXD 和接收數(shù)據(jù)總線 RXD 采用 EIA 電平，即傳送數(shù)字 “1”時(shí)傳輸線上的電平在－ 3～－ 15V 之間；傳送數(shù)字 “0”時(shí)，傳輸線上的電平在＋ 3～＋ 15 之間。如圖 311 所示，由獨(dú)立的 LED 顯示系統(tǒng)組成一個(gè)大的 LED 顯示系統(tǒng)。中 斷程序設(shè)定了 LED 點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。 顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 在 數(shù) 組中 的 位 置 前 / 后 移 一 位讀 入 顯 示 數(shù) 組NY顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 邏 輯左 / 右 移 一 位移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6讀 入 顯 示 數(shù) 組NY開 始 開 始移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6 圖 45 左右移 /上下移程序流程圖 動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖 45 所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原理通過改變實(shí)際 LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的左右移動(dòng)。對(duì)應(yīng)位為 1 時(shí)允許其中斷，對(duì)應(yīng)位為 0 時(shí)，禁止其中斷。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào) 試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。測(cè)試的結(jié)果為：各器件電源端在 ～ 之間滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù)載時(shí)端口電壓為 。 詳細(xì)程序見附錄 2。其控制位分布如表。其中上下左右移動(dòng) 程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦颉３跏蓟瓿珊蟪绦蜻M(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個(gè)外部中斷源和串行中斷。這種級(jí)連 的優(yōu)點(diǎn)在于一塊單片機(jī)可以同時(shí)控制更多的 LED 點(diǎn)陣顯示屏，且 74LS164 的價(jià)格低廉整體成本得到了降低。相對(duì)應(yīng)的輸出取反，并能提供較大的灌電流來(lái)吸收行驅(qū)動(dòng)流出進(jìn)過顯示屏后的電流。 表 32 74LS373 工作參數(shù)表 參數(shù) 最小值 額定值 最大值 單位 電源電壓 5 V 輸入高電平電壓 2 — — V 輸入低電平電壓 — — V 輸出高電平電壓 — — － mA 輸出低電平電壓 — — 24 mA 本科生畢業(yè)論文 17 由表與表比較可以看出， 74LS164 的輸出條件與 74LS373 的輸入條件相匹配，理論上可以實(shí)現(xiàn)鎖存器對(duì)譯碼器的數(shù)據(jù)鎖存。 74LS164 為一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換器。由于端口的驅(qū)動(dòng)能力有限所以該端口外接了 5K 的上拉電阻來(lái)提高 驅(qū)動(dòng)能力。32 個(gè)可編程 I/O 口線 控制單元設(shè)計(jì) 控制單元是整個(gè)顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用 51 系列單片機(jī)為核心器件，用來(lái)和上位機(jī)通信處理上位機(jī)發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。存儲(chǔ)顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲(chǔ)在上位機(jī)中通過通 信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示 [9]。 C 語(yǔ)言是一種源于編寫 UNIX 操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。經(jīng)常采用的端口擴(kuò)展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行譯碼。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。由于 FPGA/CPLD 可以通過軟件編程對(duì)該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件 程序就相當(dāng)于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計(jì)方案，而且可以多個(gè)人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時(shí)間，有利于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。其常用的電子設(shè)計(jì)方法有單片機(jī)、DSP、及 EDA 技術(shù)。經(jīng)過對(duì)比選擇選定 AT89S51 單片機(jī)為核心控制器件，由串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 和鎖存器 74LS373 為譯碼電路器件，三極管 8550 和ULN2803 為驅(qū)動(dòng)電路器件。 （ 2） LED 顯示屏的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代， LED 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無(wú)疑會(huì)有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。 LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：（ 1）證券交易、金融信息顯示。 30 上電測(cè)試 8 單片機(jī)編程語(yǔ)言 系統(tǒng)采用 PC 機(jī)作為上位機(jī)，上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送控制命令和上位機(jī)所存儲(chǔ)的顯示代碼， AT89S51 單片機(jī)接收并處理 PC機(jī)的控制命令以及顯示代碼 ，由顯示驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)一個(gè) 1616 分辨率的 LED 點(diǎn)陣顯示屏的掃描顯示。 18 本科生畢業(yè)論文 V 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 通信程序的設(shè)計(jì) 45 本科生畢業(yè)論文 1 第 1章 緒 論 課題背景 選題背景 LED 顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬(wàn) …… 幾十萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至 1998 年底，年度銷售總額在 1000 萬(wàn)元以上的企業(yè)有 20多家，其銷售總額達(dá) 6 億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的 85%以上。并且通過該設(shè)計(jì)課題掌握了51 單片機(jī)的的軟硬件開發(fā)工 具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。 （ 5）結(jié)論 設(shè)計(jì)完成后對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的問題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn) 行總結(jié)。顧名思義， DSP 主要用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復(fù)運(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信 號(hào)處理。因?yàn)橥ǔＧ闆r下本科生畢業(yè)論文 6 顯示屏和上位機(jī)的距離不會(huì)很遠(yuǎn)，所以通信距離的要求不是很高。構(gòu)成 LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來(lái)，如圖 22 所示；二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的 LED 點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的 LED 點(diǎn)陣模塊。 通 信 程 序控 制 程 序主 程 序靜 態(tài) 顯 示 程 序特 效 顯 示 程 序 圖 24 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。支持 MCS－ 51 用 C 語(yǔ)言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 KEILC51 編譯器。并且顯示要清晰。與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 同時(shí)， AT89S51可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。所以 P1 和 P2