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单片机课程设计3双汉字16X16LED点阵广告屏余水宝数理与信息工程学院2006年5月双汉字16X16LED点阵广告屏-1-目录第1节引言………………………………………………………………………31.1LED点阵显示屏概述…………………………………………………………………31.2LED显示屏控制技术状况……………………………………………………………41.2.1串行传输与并行传输技术………………………………………………………41.2.2动态扫描与静态锁存技术……………………………………………41.2.3自动检测及远程控制技术……………………………………………………41.3设计任务………………………………………………………………………………4第2节总体方案论证与设计……………………………………………………52.1LED驱动模块…………………………………………………………………………52.2数据存储模块…………………………………………………………………………52.3总体硬件组成框图……………………………………………………………………6第3节系统硬件设计……………………………………………………………63.1LED驱动模块的硬件设计………………………………………………………………63.1.174LS154芯片介绍……………………………………………………………63.1.2驱动电路的设计………………………………………………………………73.2数据存储电路的设计…………………………………………………………………83.3PC机通信模块的设计…………………………………………………………………9第4节系统的软件设计………………………………………………………94.1下位机软件流程……………………………………………………………………94.2上位机软件…………………………………………………………………………10第5节系统调试与测试结果分析………………………………………………125.1使用的仪器仪表……………………………………………………………………125.2系统调试……………………………………………………………………………125.2.1硬件调试……………………………………………………………125.2.2软件调试……………………………………………………125.2.3硬件软件联调………………………………………………135.3测试结果…………………………………………………………………13附录………………………………………………………………………………141.实物图……………………………………………………………………142.电路总设计原理图…………………………………………………………153.PCB图……………………………………………………………………16双汉字16X16LED点阵广告屏2双汉字16X16LED点阵广告屏任务书一、任务设计一款基于AT89C51单片机的双汉字16X16LED点阵广告屏。二、设计要求1.基本要求⑴用8块8X8LED点阵组成双汉字16X16LED点阵广告屏。⑵通过对AT89C51单片机的编程，实现多个汉字（如自我介绍、校训、文明广告用语等）的移动显示。⑶写出详细的设计报告。⑷给出全部电路和源程序。2.发挥部分⑴可通过PC机，对系统编程，实现多个汉字的移动显示，显示内容可通过PC机随时更改。⑵显示的字数不少于64字。⑶掉电后能保存显示的信息。⑷采用模块化设计，便于级联组成多汉字屏。双汉字16X16LED点阵广告屏3双汉字16×16LED点阵广告屏第1节引言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。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。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。1.1LED点阵显示屏概述LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。1.2LED显示屏控制技术状况显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和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。双汉字16X16LED点阵广告屏41.2.1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种类较多，不同显示单元之间的联线较少，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。1.2.2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1/4,1/16扫描等。室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光一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一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。1.2.3自动检测及远程控制技术LED显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。在LED显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。1.3本设计任务现在市场上各类基于LED的显示屏较多，但大部分产品为单一模式的LED显示屏，其在显示内容的更换及显示屏的重组等方面都存在不便之处。但随着信息化社会的迅速发展，LED显示屏正在向显示内容丰富、信息更改方便等方面发展。因此制作一款多功能的LED广告显示屏是非常有意义地。本研究即以AT89C51单片机为核心，采用串行传输、动态扫描技术，制作一款拥有PC机通信功能的，模块化LED多功能显示屏。第2节总体方案论证与设计本系统采用单片机AT89C51为LED显示屏的控制核心，系统主要包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。双汉字16X16LED点阵广告屏52.1LED驱动模块方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。2.2数据存储模块方案一：采用静态RAM存储显示屏的显示内容，静态数据存储器具有存储容量大，传输速度快等优点。但其存储的数据掉电后会消失，因此不适合用于存储长时间不变的数据。方案二：采用ROM芯片存储LED显示屏要显示的信息，采用ROM芯片可以长时间的存储信息，而且掉电数据不丢失，此种方式适合于存储不变的数据。方案三：采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择。比较以上三种方案，方案三有明显的优点，因此选者方案三。2.3总体硬件组成框图双汉字16X16LED点阵广告屏6AT89C51串行EEPROM驱动模块LED显示模块MAX232电平转换PC机通信图2-1总体硬件组成框图系统框图如图2-1所示，系统主要由三大模块组成即LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块。第3节系统硬件设计为使该模块化LED显示屏控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等三大模块。3.1LED驱动模块的硬件设计LED驱动模块是LED显示屏设计的关键部分，驱动电路设计的好坏直接关系到LED显示屏的亮度、稳定度等重要指标。本次设计中LED的驱动是采用三极管和74LS154实现的。3.1.174LS154芯片介绍74LS154是一个4—16译码器，其真值表如图3-1-1所示。双汉字16X16LED点阵广告屏7图3-1-174LS154的真值表3.1.2驱动电路的设计此系统中驱动电路是由74LS154和三极管组成的，原理图如图3-1-2所示。双汉字16X16LED点阵广告屏8图3-1-2LED驱动电路原理图如图3-1-2LED的行扫描端接到单片机89C51的P0口，列扫描端接置三极管的发射极。列扫描端（B1—B8）用于LED的数据扫描，通过74LS154的译码和三极管的驱动，使LED发光。（A1—A8）通过P0口为LED的显示给出相应的数据。3.2数据存储电路设计数据存储电路由串行EEPROM24C256组成。24C256是美国CATALYST公司出品的一个1-256K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOSE2PROM，可用电擦除，可编程自定时写周期（包括自动擦除时间不超过10ms典型时间为5ms）的串行E2PROM。该芯片有两种写入方式，一种是字节写入方式，还有另一种页写入方式。允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入。24C256的引脚排列及引脚功能描述如图3-2-1和表3-2-1图3-2-124C256的引脚排列图表3-2-1引脚功能描述数据存储器的设计原理图如图3-2-2所示：A01A12A23VSS4SDA5SCL6WP7VCC8J?24CXXVCC10k10kp1.7p1.6VCC图3-2-2数据存储电路设计原理图双汉字16X16LED点阵广告屏9该存储电路仅由芯片24C256组成，SCL为串行时钟引脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。SDA为串行数据/地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送或接收。当LED显示屏控制系统工作时，单片机89C51通过读SDA和SCL脚读取24C256中的内容，并将其显示于LED显示屏上。也可以通过上位机（PC机）将编辑好的数据内容下载到24C256芯片内。3.3PC机通信模块的设计该部分电路由芯片MAX232组成。其电路原理图如图3-3-1所示：C1+1C1-3C2+4C2-5T1IN11T2IN10R1OUT