【文章內(nèi)容簡介】 83。 19 參考文獻(xiàn) 20 附錄 21 基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣電子顯示屏設(shè)計(jì) 電子信息工程技術(shù) 指導(dǎo)老師 彭高豐 學(xué)生姓名 黃慧敏 摘要： 電子顯示屏的應(yīng)用范圍越來越廣泛，它作為一個(gè)重要的宣傳平臺(tái)，已經(jīng)受到全社會(huì)的普遍認(rèn)可。本課題以單片機(jī)為控制核心，通過 8 8LED 電子顯示屏及相關(guān)的外圍電路，設(shè)計(jì)制作了一個(gè) 16 32 點(diǎn)陣 LED 電子顯示屏。 該設(shè)計(jì)介紹了基于 AT89C55 單片機(jī)點(diǎn)陣顯示屏的設(shè)計(jì)方案，闡述了 16 32 點(diǎn)陣 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)原理和電路，詳細(xì)敘述了系統(tǒng)硬件、軟 件設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)過程。論文重點(diǎn)闡述了顯示模塊及相關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊等的模塊設(shè)計(jì)思路與制作方法。軟件部分同樣也采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，包括中斷模塊、顯示模塊，并采用匯編語言編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)能清晰的圖文伴隨跑馬形式移入移出顯示等功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)調(diào)試過程中，通過肉眼觀察該顯示屏顯示的圖文是否穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_，查找造成圖文不清晰的根源，確定調(diào)整方案，盡可能的使顯示圖文與要求相符合。 關(guān)鍵詞： AT89C55 單片機(jī)； LED；點(diǎn)陣顯示；動(dòng)態(tài)顯示；匯編語言。 Abstract ： LED electronic display screens, which are applied more and more widely,have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform,In this work,a digital 16*32 dot matrix LED electronic display screens was designed and made from a 8x8LED electronic display screen and the related peripheral circuits ,with a microcontroller as the controlling core. The thesis introduces the design of a dot matrix display based on AT89C55 the design ideas of 16*32 dot matrix LED display,and expounding the realization process of system hardware and software design in thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving design including interrupt module and display module is also the idea of modularization,and it es true by the application of a simple and popular language can achieve the function of a clear graphic with Happy Valley with movingout and movingin the actual design and debugging process,they observe the stability of the pictures on the scream through eyes,and find if they are clear without any interference,and work out the reasons why the pictures are not clear,then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as mach as possible. Ke y words: AT89C55 Micro Controller Unit。 LED。 Lattice display。 Dynamic display。 Assembly language. 第一章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 需要實(shí)現(xiàn)的功能 設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)用 1632 點(diǎn)陣 LED 圖文顯示屏，要求在目測條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯 示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式 。 方案論證 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(gè)點(diǎn)所在位置相對應(yīng)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(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方 式。 1632 的點(diǎn)陣共有 512 個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多端 口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按 8 位的鎖存器來計(jì)算， 1632 的點(diǎn)陣需要 512/8=64 個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是 1632 的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大的多 ，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中 的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法 [1]。 動(dòng)態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮， 這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如 32 行）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。具體就 1632 的點(diǎn)陣來說，我們把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 一列的 發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù) 據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并 鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅； …… 第十六行之后又重新燃亮第一行，這樣反復(fù)輪 回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，我們就 能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 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。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中 ，按 8 位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都 傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯 示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù) 傳輸可以采用并行方式或串行方式。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。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一?信號(hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但 是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各 列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對于一行的 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。對于串行傳輸方 式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí) 間就太少了，以至影響到 LED 的亮度。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí) 間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送 下一行的列數(shù)據(jù)。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。 經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器 單片機(jī) 列驅(qū)動(dòng)器 行驅(qū)動(dòng)器 LED 顯示點(diǎn)陣 電源 圖 11 顯示屏電路框圖 電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說 ，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能； 對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能 。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù) 據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以 準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。圖 11 為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。 第二章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 由于圖文屏的控制電路采用單片機(jī)方案，控制功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩方面進(jìn)行折中。單片機(jī)及相應(yīng)軟件，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)（或生成）顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序等。但是單片機(jī)的接口數(shù)量少，驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，必須擴(kuò)展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。 系統(tǒng) 硬件部分電路大致上可以分成穩(wěn)壓電源、單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)器電路、行驅(qū)動(dòng)器電 路和 LED 顯示屏電路五部分。 2． 1 電源設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源的功能是把來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧摹⒎€(wěn)定的直流電壓。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖 21 所示： + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （ a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 （ b）整流與穩(wěn)壓過程 根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖 22 所示。圖中變壓器 T 將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為整流電路所需要的 交流電壓，再經(jīng)整流電橋（ 4 個(gè)二極管） D1 將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓，隨后電解電容器 C1 將脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較 為平滑的直流電壓。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容 C2，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器 IC1 穩(wěn)壓，在輸出端得到穩(wěn)定的5V 直流電壓。這時(shí)，在輸出端接上電容 C3，用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。 T2 20 V ～ 7 .5 VC31 04C21 04V i n1GND2V o ut3I C 17 80 5R11 00 ΩV C C1234D1B R I D G EC11 00 0 uSS W D2L E D+_ 圖 22 電源電路 2． 2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 2． 2． 1 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)采用 89C55 或其兼容系列的芯片進(jìn)行控制， 它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。 這里我們選擇了內(nèi)含 20K 字節(jié)Flash 的 AT89C55，因?yàn)槲覀冎恍枰@示特定的圖形，文字和時(shí)間，溫度，需龐大的字庫，因此 20K Flash 已經(jīng)可以滿足字庫儲(chǔ)存的需求，不需要擴(kuò)展外存儲(chǔ)器。在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地 [2]。 2． 2． 2 AT89C55 芯片介紹 采用 AT89C55，它是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含20kbytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器（ ROM）和 256*8bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo) 準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C55圖 21 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 雖然 AT89S52 的 ISP 下載功能非常優(yōu)秀，但它只有 8KROM，由于本設(shè)計(jì)的程序代碼比較多，所以選用 AT89C55（具有 20KROM）。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 20K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)擦寫周期： 0Hz— 33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 256*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 8 個(gè)中斷源 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： 這個(gè) AT89C55 的是一種低功耗，高性能 8 位 CMOS 單片機(jī)，具有 20K 字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲(chǔ)器，該設(shè)備是采用 Atmel 的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)，并與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) 80C51 指令集和引腳兼容，片上閃存程序存