北京信息科技大学
毕业设计（论文）
题目：基于Proteus仿真的48*64LED点阵显示屏驱动设计学院：光电信息与通信工程学院
专业：测控技术与仪器
学生姓名：王贺班级/学号测控0803/2008010714 指导老师/督导老师：张晓青
起止时间： 2012年月日至 2012年月日
毕业设计(论文)任务书
学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控0803
基于Proteus 仿真的48*64LED 点阵显示屏驱动设计
王贺
（北京信息科技大学，光电信息与通信工程学院，）
摘要
随着社会科学进步和科技的发展，越来越多的领域需要一种能够提供完美显示的媒体介质来完成其广告、新闻、消息等的传播和展现。并且已经不局限于室内播放。比如大型活动的现场直播，如果能够通过一种媒介现场显示的话，会给人以震撼的效果和视觉冲击。LED 点阵显示屏由于其控制方便, 使用寿命长,易于搭建且搭建成本低, 在很多领域用于媒体显示是很好的选择。目前已广泛应用于商场, 火车站, 商业广告和信号指示牌之中。本文则详细介绍了一种通用的LED 点阵屏显示单元的设计及其驱动控制。
本文结合Proteus7.5(单片机仿真软件)，利用软件仿真的方法来研究LED 显示屏，该系统采用单片机AT89C51对LED 点阵显示单元进行驱动控制，以串行扫描的方式将数据传输给单片机,从而完成显示和控制。由于Proteus7.5的局限性，本设计通过48块8*8LED 模组拼接成课题研究的48*64LED 点阵显示屏。通过Keil 编程并配置Keil 生成HEX 文件，从而完成Proteus7.5对LED 显示屏的控制显示，完成本课题研究的显示内容，清楚地在48*64LED 显示屏上看到“北京信息科技大学欢迎您”的字样。
Along with the social scientific progress and the development of science and technology ，More and more fields need a can provide perfect show media medium to complete its advertising, news, the spread of messages and show.And is not limited to indoor broadcasting. Large-scale activities such as live, if can through a media scene shows a word, can give a person with shock effect and visual impact. Destem because its control convenient, long life, easy to build and build low cost, in many areas used for media display is a good choice. It is widely applied in stores, the railway station, the commercial advertising and signal sign in. This paper is introduced the a general of LED dot matrix display unit design and its driving control.
This paper Combined with Proteus7.5 (single chip microcomputer simulation software), Use of software simulation method to study the LED display, The system USES AT89C51 single chip microcomputer of LED dot matrix display unit drive control. In a serial scanning the way data transmission to the microcontroller, Thus finish the display and control. Due to the limitation of the Proteus7.5, This design through the 48 piece of 8 * 8 LED module joining together into subject research of 48 * 64 of LED dot matrix display screen. Through the Keil programming and configuration Keil generation HEX files, Proteus7.5 thus finish to LED display control and display. Complete the subject research shows the content. Clearly in 48 * 64 LED display on see " welcome to science and technology information of Beijing university " .
关键字：LED 点阵 显示屏 仿真 PROTEUS 串行输入
目录
毕业设计(论文)任务书 .................................................................................................................... 1 摘要 ..............................................................................................................................................- 1 -
第一章绪论...................................................................................................................................- 3 -
1.1 选题背景 ....................................................................................................................- 3 -
1.2 研究现状及发展趋势 ..................................................................................................- 4 -
第二章 硬件电路设计方案 .........................................................................................................- 7 -
2.1 74LS595芯片简介 ...................................................................................................- 7 -
2.1.1 74LS595管脚说明 ...............................................................................................- 7 -
2.1.2 74LS595级联的应用 ...........................................................................................- 7 -
2.1.3 74LS595在电路中的应用 ...................................................................................- 7 -
2.2 74HC154芯片简介 ......................................................................................................- 8 -
2.2.1 74HC154概述 ...................................................................................................- 8 -
2.2.2 74HC154特性 ...................................................................................................- 8 -
2.2.3 74HC154引脚说明 ...........................................................................................- 9 -
2.2.4 74HC154在电路中的应用 ............................................................................ - 10 -
2.3 AT89C51单片机简介 ............................................................................................... - 10 -
2.4 方案的确定 ................................................................................................................. - 11 -
2.5 硬件电路原理框图 ..................................................................................................... - 13 -
2.6 硬件电路分模块原理图 ............................................................................................. - 13 -
第三章 软件控制设计方案 ...................................................................................................... - 16 -
3.1 LED 显示屏的技术状况 ............................................................................................... - 16 -
3.2串行传输与并行传输技术 .......................................................................................... - 16 -
3.3 动态扫描与静态锁存技术 ......................................................................................... - 16 -
3.4 软件程序流程图 ..........................................................................................................- 17 -
第四章 开发及调试环境 .....................................................................................................- 17 -
4.1PROTEUS 简介................................................................................................................- 17 -
4.1.1 Proteus 简介 ......................................................................................................- 17 -
4.1.2 Proteus 功能特点 ............................................................................................. - 18 -
4.2Keil 简介 ........................................................................................................................ - 18 -
4.2.1 Keil 简介 ......................................................................................................... - 18 -
4.2.2 Keil 系统及生成目标文件的方法 ................................................................. - 19 -
4.3案例及其显示结果分析 .............................................................................................. - 19 -
4.3.1 PROTEUS 入门 ................................................................................................... - 19 -
4.3.2：16*16显示屏案例 ......................................................................................... - 30 -
第五章 结果与讨论 .................................................................................................................. - 32 -
5.1 系统调试 ................................................................................................................... - 32 -
5.2 设计显示结果 ........................................................................................................... - 32 -
5.3问题描述及分析 .......................................................................................................... - 34 -
第六章 结论 .............................................................................................................................. - 34 - 参考文献.................................................................................................................................... - 35 - 附录 ........................................................................................................................................... - 36 -
第一章绪论
1.1 选题背景
物体的发光方式通常可分成二类，即热光和冷光。热光又称为热辐射，是指物质在高温下发出的热。冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。LED 即为一种典型的冷光光源。
半导体P-N 结发光现象的发现，可追溯到上世纪二十年代。法国科学家O.W.Lossow 在研究SiC 检波器时，首先观察到了这种发光现象。由于当时在材料制备，器件工艺技术上的限制，这一重要发现没有被迅速利用。直至四十年后，随着Ⅲ-Ⅴ族材料与器件工艺的进步，人们终于研制成功了具有实用价值的发光GaAsP 发光二极管，并被GE 公司大量生产用作仪器表指示。此后，由于GaAs\Gap 等材料研究与器件工艺的进一步发展，除深红色的LED 外，包括橙、黄、黄绿等各种色光的LED 器件也大量涌现于市场。
出于多种原因，Gap 、GaAsP 等LED 器件的发光效率很低，光强通常在10mcd 以下，只能用作室内显示之用。虽然AlGaAs 材料进入间接越近型区域，发光效率迅速下降。跟随着半导体材料及器件工艺的进步，特别是MOCVD 等外延工艺的日益成熟，至上世纪九十年代初，日本日亚化学公司与美国的克雷公司通过MOCVD 技术分别在蓝宝石与SiC 衬底上生长成功了具有器件结构的GaN 基LED 外延片，并制造了亮度很高的蓝、绿、及紫光LED 。
超高亮度LED 的出现，为LED 应用领域的拓展开辟了极为绚丽的前景。从室内走向室外、从色彩单一到色彩斑斓、应用领域得到拓宽;LED 户外显示屏的出现更为人们的生活中增添了美轮美奂的视觉享受。从户外简单显示屏到全彩显示屏再到舞台创意背景屏，无疑是LED 发展不可小觑的路程
LED 显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。近年来, 平板显示( FPD ) 技术不断进步,LCD 、PDP 以及LED 等显示技术频频亮相于各媒体。其中, LCD 呼声极高而且市场机制较为成熟。尽管如此, 业界依然没有放弃对于新兴技术的探索和关注, 作为后起之秀的LED 显示技术则依靠其独特的低功耗、高亮度、长寿命等优势而倍受业界关注。大屏幕LED 显示屏现已广泛用于体育场馆、机场、车站等场所, 用以显示文字、图形、动画及动态视频影像等多媒体信息 。LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED 显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。而且鉴于随着高新技术的不断发展，仿真软件种类的不管增加和系统化，本文利用现有的良好的软件资源，通过单片机仿真软件Proteus7.5,对LED 显示屏的设计与控制进行了全方位的仿真。Proteus 是一款新颖的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，特别适用于单片机仿真，能够在线、实时仿真多种类型的单片机，诸如MCS-51系列单片机、PIC 单片机、AVR 单片机等，能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。
LED 显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几
万……几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED 像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED 的开发已经达到了实用阶段。LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点[1]。
在短短的十来年中，LED 点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED 显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。 1.2 研究现状及发展趋势
我国的LED 显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。全国从事LED 显示屏的各类企业有100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。在国内市场上，国产LED 显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。技术水平相对领先,我国LED 显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED 显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业培养形成了一批LED 显示屏科技队伍，在全国LED 显示屏行业的从业人数6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。LED 显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。
截至2006年12月,我国有十余家外延芯片厂商已经装备MOCVD,投入生产的总计数量为40台.按照各厂商的扩展计划,2007年预计有15台MOCVD 陆续安装投入使用,使国内的GaNMOCVD 设备增加到55台.
2006年国内LED 芯片市场分析,其中InGaN 芯片市值约占据43%,四元InGaAlP 芯片市值约占据整个国内LED 芯片的15%;其他种类LED 芯片的市值约占据42%.从国内芯片产值上计算,2006年国内InGaN 芯片产值4.5亿元,同期国内InGaN 芯片需求总产值25亿元;国内非InGaN 芯片(普亮和四元)总产值6亿元,同期国内非InGaN 芯片需求总产值17亿元,合计国内芯片市场总需求42亿元.InGaN 和高亮四元占国内芯片总量的58%,说明国内外延及芯片制造及应用市场发展到一定水平.
目前,我国具有一定封装规模的企业约600家,各种大大小小封装企业已超过1000家,目前国内LED 器件封装能力约600亿只/年,2006年国内高亮度LED 封装产品的销售额约146亿元,比2005年的100亿元增长46%.从分布地区来看,主要集中在珠江三角洲、长江三角洲、江西、福建、环渤海等地区.(2005年统计国内LED 产业总产值133亿元,其中封装封装产品的销售额约100亿).
在产能方面,随着国内相关企业生产规模的扩大及新的芯片公司的陆续进入,在国内需求市场的推动下,国内InGaN 芯片产能已经由2003年的65KK/月倍增至2005年的400KK/月,2006年进一步提升至600KK/月,国内自产供应率逐年提升.预计未来几年国内InGaN 芯片仍将保持30%左右的年复合增长率,至2010年国内将超过日本成为全球第二大GaN 芯片生产基地,产能高达1650KK/月,实际上由于LEDMOCVD 设备投入后产能提高特别快,这些估计有些保守.
在产业技术发展方面,国内目前已研发1W 的功率LED 芯片可产业化,其发光效率为30lm~40lm/W,最高可达47.5lm/W,单个器件发射功率为150mW,最高可达189mW.南昌大学近年来开展在硅衬底上生长GaN 外延材料研究,已研发的蓝光芯片发射功率达7mW~8mW,最好为9mW~10mW,芯片成品率为80%,功率LED 芯片在350mA 下发射功率为100mW~150mW,最好可达150mW.在500mA 、1000小时通电试验下,蓝光的光衰小于5%.该成果取得突破性进展,通过"863"项目验收,并获得多项有自主产权的国际发明专利.该专利打破了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国Cree 公司垄断碳化硅衬底半导体照明技术的局面,形成蓝宝石、碳化硅、硅衬底制成蓝光的半导体照明技术方案三足鼎立的局面,在产业化过程中不会受日亚和Cree 蓝光专利的制约,且目前最成熟的白光合成方案是蓝光+YAG 磷光粉的方式,即未来进入白光照明领域必须先掌握蓝光芯片技术,南昌大学的硅衬底蓝光专利具有极为广阔的市场前景.2007年2月1日上午,预计总投资高达7000万美元的晶能光电(江西)有限公司"硅衬底发光二极管材料及器件"产业化项目,正式在南昌高新技术产业开发区开建一期工程.该项目技术来源于南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中心,并得到了金沙江、Mayfield 和AsiaVest 三家国际创业投资基金的大力支持.整个产业化项目分三期建设,一期建设预计将
于今年年底完成,形成年产30亿粒硅衬底蓝、绿光LED 芯片的生产能力;二期建设实现年产硅衬底蓝、绿光LED 芯片140亿粒;三期建成上中下游产业链,实现LED 产业集群,实现年产值50亿元.
大连路美通过收购美国AXT 公司获得40多项芯片核心技术专利,并获得整个技术团队,因此芯片技术研发能力国内最强,目前路美国内只有10台MOCVD,国内产能并不大,更多MOCVD 设备在美国AXT;国内厦门三安规模最大,技术水平也处于前列,其它如士兰微(11.17,-0.08,-0.71%)旗下的士兰明芯近年在技术上取得较大进展,这些企业前景比较明朗.
现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED 显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED 产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使LED 全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED 产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED 显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED 屏更会成为主流产品。全彩色LED 显示屏的广泛应用会是LED 显示屏产业发展的一个新的增长点。
未来LED 显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展[2]。 该设计课题使我们能够掌握LED 显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED 显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了51单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED 显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国LED 显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。
第二章 硬件电路设计方案
2.1 74LS595芯片简介
2.1.1 74LS595管脚说明
74595管脚图
74595的数据端：
QA--QH: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个
段。
QH': 级联输出端。我将它接下一个595的SI 端。
SI: 串行数据输入端。
74595的控制端说明：
/SCLR(10脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通
常我将它接Vcc 。
SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。
QA-->QB-->QC-->...-->QH ；下降沿移位寄存器数据不
变。（脉 冲宽度：5V 时，大于几十纳秒就行了。我通
常都选微秒级）
图三
RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCK 置为低点平，当移位结束后，在RCK 端产生一个正脉冲（5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。
/G(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。 2.1.2 74LS595级联的应用
74HC595主要应用于点阵屏，以16*16点阵为例：传送一行共二个字节（16位）
如：发送的是06H 和3FH 。其方法是：
1.先送数据3FH ，后送06H 。
2.通过级联串行输入后，3FH 在IC2内，06H 在IC1内。应用如图二
3.接着送锁存时钟，数据被锁存并出现在IC1和IC2的并行输出口上显示。
由于本次课题为48*64点阵，顾应采用8块74LS595通过级联的方式完成驱动电路的连接。
2.1.3 74LS595
在电路中的应用
图四
如图四所示，74LS595通过级联的方式连接在一起，构成驱动电路。
2.2 74HC154芯片简介
2.2.1 74HC154概述
74HC154为4线—16线译码器,可以实现地址的扩展。只要控制端G1、G2任意一个为高电平，A、B、C、D任意电平输入都无效。G1、G2必须都为低电平才能操作芯片。74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。
2.2.2 74HC154特性
16线多路分配功能
4位二进制码输入译码至16个互斥输出兼容JEDEC标准no.7A
温度范围
-40～+85 ℃
-40～+125 ℃74HC154 参数
74HC154 基本参数
电压 2.0～6.0V 驱动电流+/-5.2 mA 传输延迟11 ns@5V 74HC154 其他特性逻辑电平CMOS
功耗考量低功耗或电池供电应用
74HC154 封装与引脚
SO24, SSOP24, DIP24, TSSOP24
ESD 保护
HBM EIA/JESD22-A114D 超过2000 V
MM EIA/JESD22-A115-A 超过200 V
2.2.3 74HC154引脚说明
引脚图及内部逻辑关系图如下图所示：
1-11 13-17 ：输出端。（outputs (active LOW)）
12：Gnd 电源地 （ground (0 V)）
18-19：使能输入端、低电平有效 (enable inputs (active
LOW))
20-23：地址输入端 (address inputs)
24：VCC 电源正 (positive supply voltage)
图五
图六 逻辑图
2.2.4 74HC154在电路中的应用
图七
如图七所示，74HC154通过级联的方式构成驱动电路，在通过反相器将字形码传输给48*64点阵，每块154控制16*64点阵，依次进行译码来传输数据。行驱动芯片是74 HC154,4-to-16行解码/解多工器,活跃的低输出。P2.0 ~ P2.3 AT89C52连接到A0 ~ A3的74 HC154解码器上，根据解码器工作原理，当采用单片机系统控制其P2端口输出0 x00 ~ 0 x0F ，74HC154产量低级别从分别对Y15至Y0. 然后第一行到第16行显示屏幕被选中。P2.4 MCU 的端口连接首批74 HC154解码器的(1 ~ 16行控制器)使针。与此同时连接到第二个使针(17 ~ 32行控制器)通过逆变器实现线扫描。当扫描从第一行到第16行, 这个P2.4端口的输出是跳从0到1。并启用第二个74 HC154:，17行输出。这种方法达到low-half 扫描LED 显示屏。
2.3 AT89C51单片机简介
89C51是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM —Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
其主要特性为：与MCS-51兼容 、4K 字节可编程闪烁存储器 、寿命：1000写/擦循环 、数据保留时间：10年、全静态工作：0Hz-24MHz 、三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM 、32可编程I/O 线、两个16位定时器/计数器 、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
其结构特点为：8位CPU 、片内振荡器和时钟电路、32根I/O 线、外部存贮器寻址范围ROM 、RAM64k 、2个16位的定时器/计数器、5个中断源，两个中断优先级、全双工串行口、布尔处理器。
通过综合分析，电路选用AT89c51单片机来进行控制。
现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和C 语言。两种语言相比较各有优点。 汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言，是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。其具有执行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植[8]。 C 语言是一种源于编写UNIX 操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。C 语言结构是以括号{ }而不是子和特殊符号的语言。C 可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对51的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。C 语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C 语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。
基于以上理由决定采用C 语言为该显示系统的编程语言。
2.4 方案的确定
显示部分包括了一块至少可以显示一个汉字的显示屏，以及驱动该显示屏的驱动电路。由于单片机的I/O 口有限要不能直接用I/O 口来驱动LED 显示屏，所以需要对单片机IO 口进行扩展增加单片机并行输出的能力。
LED 显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的，要构成大屏幕的LED 显示屏就需要
多个发光二极管。构成LED 屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来，二是选用一些由单个发光二极管构成的LED 点阵子模块构成大的LED 点阵模块。目前市场上普遍采用的点阵模块有8×8、16×16几种；这两种屏幕构成方法各有有缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个LED 出现问题时同在一个模块的所有LED 都必须被更换。这就加大了维修的成本。
根据当前的技术水平，和Proteus 软件仿真支持，考虑到节约芯片数量减少控制器I/O 口等原因，本课题采用穿行传输动态扫描的方式利用AT89C51单片机控制显示屏拼接模组，达到成功显示的目的。由于Proteus 中只有8*8LED 模组，
顾电路需要由6*8=48块模组拼接
而成。模组示意图如下：
图一
如图一所示，为了区分LED 的阴极和阳极，可以简单连接电源和地，如果方阵时灯亮了证明此时连接电源的一段为阳极，另一端为阴极。
其次，考虑到C51单片机的外围电路以及Proteus 软件的特点，在Proteus 中，单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率，因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。本设计的核心是利用单片机读取点阵字形码，通过驱动电路对48*64点阵屏动态扫描的方式显示出来。那么原则上来讲，就要选择好驱动电路所用的芯片，这样才更好的达到显示效果。本设计采用3块74HC154（4-16）译码器和8块74LS595移位寄存器构成本电路的阳极驱动和阴极驱动电路。
2.5 硬件电路原理框图
硬件电路原理框图如图二所示：
图二
通过时钟电路、电源电路、复位电路对单片机的控制，读取点阵字形码输送给驱动
电路，从而通过动态扫描的方式完成字形码的输出显示。
2.6 硬件电路分模块原理图
各部分硬件电路原理如下图所示：
74HC154连接电路
74HC154译码器通过反相器将信号传输给显示屏，三块74HC154经过程序控制分步
将字符代码传出。
74LS595级联电路
74LS595通过级联的方式连接到一起构成列驱动电路，从而通过单片机的控制实现动态扫描
显示。
单片机外围电路
48*64点阵显示屏
每块LED模组两侧管脚逐个编号，然后将其整合到一起，构成48*64显示屏
第三章 软件控制设计方案
3.1 LED 显示屏的技术状况
显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换盒数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。发展到今天，显示屏技术不断地创新和更替，为其在媒体显示领域扎稳了脚跟。
LED 显示屏多为模组拼接而成。LED 模组就是把LED （发光二极管）按一定规则排列在一起再封装起来,加上一些防水处理组成的产品。如图所示就是LED 模组。
LED 模组是LED 产品中应用比较广的产品，在结构方面和电子方面也存在很大的差异，简单的就是用一个装有LED 的线路板和外壳就成了一个LED 模组，复杂的就加上一些控制，恒流源和相关的散热处理使LED 寿命和发光强度更好。主要用于展示广告字体（压克力、吸塑）和标识的夜间效果，它以文字或标识为媒介，安装在楼宇顶部或墙面，既能表现标识白天效果,又能利用LED 作为发光光源，在夜间表现出另外一种效果，再配以LED 照明应用控制系统，对文字或标识进行动态视频控制，在一些娱乐气氛较浓的场所，LED 光源模组已经成了企业展示自我形象的最重要的选择之一.现在让我们来说LED 模组来进行简单的分类：按颜色种类可以分为单色、七彩、全彩单点控制三种，按单颗LED 的功率又可以分为小功率（0.3W 以下）、中功率（0.3-0.5W ）、大功率（1W 及以上）三种，按密封性又可以分为防水和不防水两种。
3.2串行传输与并行传输技术
LED 显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。采用这种方式的驱动IC 种类很多，不同显示单元之间的连线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现也较为容易。目前，就本次课题的设计研究，综合多方面原因考虑，选用串行传输的方式完成数据的传输，由单片机发送数据信号，通过动态扫描的方式完成屏幕显示。
3.3 动态扫描与静态锁存技术
LED 显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。一般室内显示屏多采用动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/6扫描等。室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光二极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为100%。动态扫描法可以大大减少控制器的I/O 口，因此应用较广。本课题研究本着减少控制器端口的原则，采用动态扫描法来显示信息。
3.4 软件程序流程图
第四章 开发及调试环境
4.1PROTEUS 简介
4.1.1 Proteus 简介
Proteus 软件是英国Labcenter electronics 公司出版的EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机