LED显示字幕的设计
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吉林工程技术师范学院信息工程学院《单片机应用设计》课程设计报告题目： LED显示字幕的设计专业：电子信息工程班级： D1043班姓名： *** 学号： **** 指导教师：许艳惠范珩时间： 2013年6月13——25号从随着计算机的网路技术的发展，LED显示屏在网路环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网路控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。
现存显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理线路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为关注并研究开发和应用关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。
文本以4个16*64点阵显示器为例，单片机AT89C52作为控制器，探讨简单的汉字、数字显示技术。
介绍了基于单片机的16x64 LED点阵显示屏的设计过程。
给出了其硬件原理图和软件流程图。
该系统利用PC机将汉字字符转换为点阵显示数据，并通过串行口送给单片机，再由单片机独立完成显示和控制。
该系统具有设计简单、字符清晰、可靠性高等特点。
关键词：单片机；点阵；LED显示屏第一章课程设计的目的及意义 (1)第二章设计方案的论证 (2)2.1 设计原理 (2)2.2 点阵屏显示模块原理 (2)2.3 数据传输方案 (3)2.4 总体方案 (3)第三章硬件设计 (5)3.1 单片机系统及外围电路 (5)3.2 16x64点阵显示器的设计 (6)3.3 LED点阵显示器的扫描驱动 (7)3.3.1 行驱动电路 (8)3.3.2 列驱动电路 (9)第四章软件设计 (11)4.1 显示驱动程序 (11)4.2 系统主程序 (12)第五章系统测试 (14)5.1 开发环境介绍 (14)5.2 理论性能分析 (14)5.3 系统调试 (14)5.4 软件仿真 (15)5.5 硬件实现 (15)第六章课设总结与体会 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录Ⅰ:源程序 (19)附录Ⅱ:实物图 (26)第一章课程设计的目的及意义由于单片机技术的不断发展以及高亮度LED发光管的出现，使得大屏幕高亮度led电子广告屏成为可能。
与传统的霓虹灯广告相比，LED电子广告屏在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势，而且单片机的日益平民化以及LED技术的不断创新，使得高亮度高清晰的LED点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。
SMT技术飞速发展，开关电源的大规模使用，使其无论在体积上还是在可靠性上都比传统的霓虹灯广告有明显的优势。
从LED材料的不断更新，灰度控制技术的发展，真彩色图像的展现：到驱动电路的灵活、高效，控制系统技术的提高无不体现了LED行业技术的飞跃发展。
另外，随着计算机的网路技术的发展，LED显示屏在网路环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网路控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。
本文讨论了利用单片机为控制信号完成一个16*64LED点阵显示屏系统的设计。
LED 就是Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写。
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
发光二极管是由p 型和n 型半导体组成的二极管。
在LED 的p - n 结附近,n 型材料中多数载流子是电子,p 型材料中多数载流子是空穴。
p -n 结上未加电压时构成一定的势垒,当加正向偏压时,在外电场作用下,p 区的空穴和n 区的电子就向对方扩散运动,构成少数载流子的注入,从而在p - n结附近产生导带电子和价带空穴的复合,同时释放出相对应的能量hν(h 为普朗克常数,ν为光子频率)而发光。
该能量相当于半导体材料的带隙能量Eg(Ev) ,其与发光波长λ(nm) 的关系为λ= 1239. 6PEg。
LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
第二章设计方案的论证2.1 设计原理对于点阵型LED显示可以采用共阴极或共阳极，本系统采用共阳极，其硬件电路如图2-1所示。
当行上有一正选通信号时，列选端四位数据为0的发光二极管便导通点亮。
这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信号进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。
只要扫描速度大于24 Hz，由于扫描时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的文字。
图2-1 硬件电路本次设计要完成基于单片机的LED点阵显示控制的设计，总体方案是以单片机为控制核心，通过行列驱动电路，在LED点阵屏上以静止、左移、右移等方式显示文字。
在设计过程中驱动电路运用动态扫描显示，动态扫描简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器。
由于动态扫描显示（并行传输）的局限性，故采用动态扫描显示（串行传输），显示模式用LED点阵屏模块作显示屏。
2.2 点阵屏显示模块原理四个8*8的点阵构成一个16*16的点阵，共由256个LED构成。
如果LED的阴极与行相连，而阳极与列相连，那么只要给该LED对应的行以低电平，列以高电平，那么对应的LED就发光。
一个汉字的16*16的点阵屏模块。
这种模块由256个发光 LED 以16*16的形式构成一个正方形模块，然后引出2列16针的引脚将内部电路接口引出，供驱动电路使用。
2.3 数据传输方案显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。
当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。
采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。
但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。
这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。
对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。
解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。
即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。
为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。
经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。
对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。
这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。
图2-2为显示屏电路实现的结构框图。
图2-2显示屏电路结构框图2.4 总体方案本次设计单片机采用AT89C51，行电路使用逐行扫描的方式，列电路使用串入并出的数据传输方式，显示屏使用由16x16的阵LED组成的点阵模块。
使用到的芯片有传入并出移位寄存器74LS595、4线-16线译码器74LS154和三极管8550。
总体设计框图如图2-3所示。
图2-3总体设计框图第三章硬件设计3.1 单片机系统及外围电路单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定。
单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。
P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5～P1.7口则用来发送控制信号。
MSC51单片机部分管脚说明如下：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
图3-1 AT89C52单片机最小系统原理图3.2 16x64点阵显示器的设计图3-2-1是一种8x8的LED点阵单色行共阳模块的内部结构图，其单点工作电压Uf为1.8 V，正向电流IF为8~10 mA。
当某一行线为高电平而某一列线为低时，其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为高时，其行列交叉的点为暗；当某一行线为低电平时，无论列线如何，对应这一行的点全部为暗。
用四个8x8点阵显示可构成16x16点阵显示器，其连接方法如图3-2-2所示。
图中，将(A)和(B)的8列、(C)和(D)的8列分别对应相连，同时将(A)和(C)的8行、 (B)和(D)的8行分别对应相连。
即可形成一个16行(每一行有16个LED)、16列(每一列也有16个LED)的16x16点阵显示器，可将这256个点称为一页，这样，显示字符时。
