【導讀】本文介紹了16×16點陣LED電子顯示屏的設計。該電子顯示屏可以顯示各種。文字、數(shù)字、字母，采用4塊8×8點陣LED顯示模塊來組成16×16點陣顯示模式。顯示采用動態(tài)顯示，使得數(shù)字、字母或文字能夠?qū)崿F(xiàn)移入移出等多種顯示方式。相應軟件的程序設計，以及使用說明等。通過該芯片控制一個行。驅(qū)動器74HC154和兩個列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示。單片機控制系統(tǒng)程。電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。所顯示字符的點陣數(shù)據(jù)可以自行編寫。，也可從標準字庫中提取。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，該設計基本滿足要

　　

【正文】 不做修改就可根據(jù)單片機的不同較快地移植過來。 基于以上理由決定采用 C 語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 C 語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設計中，編譯器必不可少。支持 MCS－ 51 用 C 語言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 KEILC51 編譯器。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C51 來進行編譯。 因此軟件設計最終方案為采用 C語言為程序語言， KEIL為編譯工具按照控制、通信、 顯示等幾個功能模塊來編寫程序。 上位機控制傳輸軟件 其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的 PC 機作為上位機，這樣對該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。上位機的作用是存儲并處理顯示內(nèi)容，然后通過通信系統(tǒng)傳送到控制系統(tǒng)驅(qū)動顯示。 LED 顯示上位機的內(nèi)容一般有實時顯示和存儲顯示兩種方法。實時顯示及上位機屏幕上的內(nèi)容同時顯示在 LED 顯示屏上，上位機上內(nèi)容變化 LED 顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲在上位機中通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示。兩種顯示方法相比較：實時顯示屏幕能及時反應上位機內(nèi) 容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實時性好多用于新聞播報、實況轉(zhuǎn)播用，但實時顯示硬件開銷大，對通信系統(tǒng)要求高，工藝復雜，成本高；存儲顯示雖實時性不高但硬件開銷小，成本低廉。課題設計題目對顯示的實時性要求較低且所設計的顯示屏尺寸不大同時顯示的內(nèi)容不多，所以實時顯示就沒有必要。所以上位機選擇存儲顯示的方法，控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容。 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 25 第 四 章 調(diào)試及性能分析 單片機系統(tǒng)經(jīng)過總體設計，完成了硬件和軟件設計開發(fā)。元器件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲器中寫入編制好的應用程序，系統(tǒng)即可運行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預計的那樣正常工作是常見的事，多少會出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯誤。這就需要通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)錯誤并加以改正。 調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。在允許的條件下，根據(jù)本設計系統(tǒng)的需求性首先采用在 PC 機上 用模擬開發(fā)軟件進行檢測和調(diào)試，然后進行硬件的組裝與調(diào)試。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用脫機調(diào)試的方法，即完全用仿真器軟件在 PC 機上對目標電路原理圖和程 序進行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機相應輸入端由通用鍵盤和鼠標設定，運行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端 口狀態(tài)等都可以在 指定的窗口區(qū)域顯示出來， 以確定程序運行有無錯誤。 按下列步驟進行調(diào)試： （ 1） 目標程序糾錯 該階段工作通常在目標程序編輯時就完成。一般來說，仿真器軟件能給用戶輸入的程序指令糾 錯，包括書寫格式、標號未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯誤。 （ 2） 子程序功能調(diào)試 程序設計通常采用模塊程序設計，調(diào)試時可對一個個子程序分別進行調(diào)試，設置好入口條件， 然后采用單步運行或斷點運行方式，檢查系統(tǒng) CPU 現(xiàn)場、RAM 和 I/O 口狀態(tài)，看程序執(zhí)行結(jié)果是否 符合設計要求。 （ 3） 整體程序綜合調(diào)試 即把各子程序整體連起來進入到綜合電路調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預計的功能顯示。在這階段若發(fā) 生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標志位的建立和 清除在設計上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。 用軟件模擬器調(diào)試不需任何在線仿真器，也不需要用戶樣機，直接就可以在 PC 機上開發(fā)和調(diào)試。調(diào)試和修改完畢后，對于實時性要求不高的應用系統(tǒng)可以直接使用編程器將軟件固化在目標系 統(tǒng) ROM 中，然后獨立投入運行。 硬件調(diào)試 單片機應用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障在軟件調(diào)試時才能發(fā)現(xiàn)，但 通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。調(diào)試工作可以分為四步： （ 1） 目測檢查 根據(jù)硬件邏輯設計圖，仔細檢查樣機線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是 否符合要求，必要時可用萬用表檢測線路通斷情況。 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 26 （ 2） 電源調(diào)試 樣機的第一次通電測試很重要，若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方 法有兩種：一種是斷開樣機穩(wěn)壓電源的輸出端檢查空載 時電源工作情況；另一種是拔下樣機上的主 要集成芯片，檢查電源的負載能力（用假負載）。確保電源無故障并性能符合設計要求。 （ 3） 通電檢查 在確保電源良好前提下，接通電源。最好在電源與其余電路之間串接一個電流表。若接通后電 流很大，必須立即切斷電源。電源大得超出正常范圍，說明電路中有短路或故障。通電檢查的主要 目的是看系統(tǒng)是否存在短路或由元器件損壞、裝配錯誤引起的電流異常。 （ 4） 檢查相應芯片的邏輯關系 加電后檢查各芯片插座上相關引腳的電位，仔細測量相應的輸入輸出電平是否正常。單片機系 統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先查出邏輯設計是否正確，選用器件和連接關系是否 符合要求等。 性能分析 顯示屏刷新率由定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率決定，表 給出了顯示屏采用的頻 率及其對應的定時器 T0 初值。 表 顯示屏刷新率（幀率）與 T0 初值關系表（ 24MHz） 刷新率 /Hz 25 50 75 85 100 120 T0 初值 OxEC78 OxF63C OxF830 OxF97E OxFA42 OxFB1E OxFBEE 從理論上來說， 12Hz 以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率 越高，顯示越穩(wěn)定，同時 ， 刷新率越高，顯示驅(qū)動程序占用的 CPU 時間也越多。實驗證明，在目測條件下刷新率 40Hz 以下的畫面看起來閃爍較嚴重，刷新率 50Hz 以上的已基本覺察不出畫面閃爍，刷新率達到 85Hz 以上時再增加畫面閃爍沒有明顯改善。 實踐證明，這個方案設計的 16 16 點陣 LED 文 字 顯示屏，結(jié)構(gòu)合理，成本較低，顯示屏各點亮度均勻、充足；顯示文字 、數(shù)字、字母 穩(wěn)定、清晰無串擾；可用 移入移出 顯示方式顯示文字 、數(shù)字、字母 。 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 27 總結(jié) 經(jīng)過一段時間的工作，終于完成了基于 51 單片機的 LED 顯示系統(tǒng)的設計，項目所要求的功能全部達到。通過這次設計收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識還有更為重要的實際經(jīng)驗和過程中所發(fā)現(xiàn)的問題。 接手題目之后從互聯(lián)網(wǎng)上對 LED 進行了詳細的資料收集，從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的兩方面對 LED進行了了解。通過了解我認識到 LED是一門當今應用非常廣泛的技術(shù)，整個產(chǎn)業(yè)每年都會有巨大的產(chǎn)值而且技術(shù)還在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。 從設計之初就確定了參照大屏幕顯示屏的實現(xiàn)方法和實際情況設計一款小屏幕的 LED 點陣顯示屏。在查閱了大量的大屏幕顯示 屏資料后確定了題目的設計方案。整個設計采用 AT89C51 做核心控制器， 74HC595 和 74HC154 為驅(qū)動器 。在實現(xiàn)這一設計的過程中所遇到的問題和困難給我留下了寶貴的經(jīng)驗和深刻教訓。這些經(jīng)驗和教訓是： （ 1）設計之前應該進行大量的資料收集和分析，確定一個清晰的設計思路； （ 2）器件選擇時要詳細閱讀器件使用手冊，不但要考慮器件的功能實現(xiàn)還要考慮器件在整個系統(tǒng)中的兼容性； （ 3）硬件的系統(tǒng)的建立必須合理和穩(wěn)定，實物建立之前最好進行仿真這樣才能為軟件提供一個可靠的試驗平臺； （ 4）軟件的編寫不但要實現(xiàn)功能還 要不斷的優(yōu)化、簡練、易讀。 隨著課題的進行，對 LED 的了解也越來越深入。認為 LED 技術(shù)也會進一步發(fā)展， LED 應用將會更加廣泛。可以設想利用 LED 的高穩(wěn)定性和低能耗，再與無線通信技術(shù)相結(jié)合在沙漠深處或者人跡罕至的雪山之顛樹立一塊依靠太陽能充電，通過無線傳輸方式更改顯示內(nèi)容的信息板為登山者提供指示和天氣信息，為沙漠迷路的人指引方向。 設計結(jié)束了，但學習還在繼續(xù)。我相信通過此次設計所得到的知識、心得、經(jīng)驗乃至感受都會讓我在以后的日子里受益匪淺。 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 28 參考文獻 [1] 姜瑩 .一種新型智能式 LED 電子顯示屏 [J].自動化與儀表 .(006):2325. 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LEDs Are Still Popular (and Improving) after All These Years[Z].Sep2020, Vol. 18 Issue 9, 4444, 1/7p,1c。 (AN 14525210). 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 29 致 謝 本論文在 金國華老 師的悉心指導下完成的。 老 師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨 人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導師的悉心指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向 老 師表示崇高的敬意和衷心的感謝！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導下，問題都得以解決。所以在此，再次對老師道一聲：老師，謝謝您 ! 時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散 皆 容易。離校日期已日趨漸進，畢業(yè)論文的完成 也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！在此我向 大連海事大學 學校 信息科學技術(shù)學院 的所有老師表示衷心的感謝，謝謝你們 四 年的辛勤栽培，謝謝你們在教學的同時更多的是傳授我們做人的道理，謝謝 四 年里面你們孜孜不倦的教誨！ 四 年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這 四 年來我遇到了如此多的良師益友，無論在學習上、生活上，還是工作上，都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在一 個充滿溫馨的環(huán)境中度過三年的大學生活。感恩之情難以用言語量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。 最后要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對中國傳統(tǒng)文化的濃厚的興趣，讓我在漫長的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬他們，報答他們！爸媽，我愛你們！ “長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海。 ”這是我少年時最喜歡的詩句。就用這話作為這篇論文的一個結(jié)尾，也是一段生活的結(jié)束。希望自己能夠繼 續(xù)少年時的夢想，永不放棄。 基于單片機的點陣電子顯示屏的設計 30 附錄 1 原件清單