畢業設計-基于at89s51單片機的led點陣顯示屏系統的設計與實現(完整版)

　　

【正文】 e increased content purposes. The PC sends control mands and displays code to microcontroller, AT89S51 receives control mands from PC and shows the code, Driver module drives a 16 16resolution LED lattice LED ’ s panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS232C munications standards. the characteristics that AT89S51 microcontroller is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance and Repair. In addition, the system will take up only a small amount of the MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion. Key words: AT89S51, lattice LED’ s panel display, serial munication 本科生畢業論文 IV 目 錄 第 1 章 緒 論 本科生畢業論文 I 畢業設計（論文） 題目名稱： 基于 51 單片機的 LED 點陣顯示屏系統 的設計與實現 本科生畢業論文 II 基于 51 單片機的 LED 點陣顯示屏系統的設計與實現 摘 要 本文介紹了一款以單片機 AT89S51 為控制器的 LED 點陣顯示屏系統的設計。 1 研究現狀及發展趨勢 4 顯示屏主控制器 8 系統軟件編譯器介紹 12 控制系統設計 29 短路與虛焊檢測 32 調試結果分析 LED 顯示屏可以顯示變化 的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點 [1]。（ 6）調度指揮中心信息顯示。 90 年代初即具備了成熟的 16本科生畢業論文 2 級灰度 256 色視頻控制技術及無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色 LED顯示屏、 256 級灰度視頻控制技術、集群無經線控制、多級群控技術等方面均有國內先進、達到國際水平的技術和產品出現； LED 顯示屏控制專用大規模集成電路也已由國內企業開發生產并得到應用。全彩色 LED 顯示屏的廣泛應用會是 LED 顯示屏產業發展的一個新的增長點。 本科生畢業論文 3 論文主要內容 針對設計題目的特點，作者對論文的內容和結構將做如下安排： （ 1）初步方案的論證和選擇 搜集題目的有關資料，并參照目前通用的設計思想和設計方法擬 定幾套設計方案進行分析比較。 （ 4）驗證與測試 調試分為硬件調試、軟件調試和系統聯合調試幾步來進行。如圖 21 所示 ,根據顯示系統的功能特點確定系統硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統及上位機四部分組成。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。而 DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如 TM320 系列的 FIRS ， LMS，MACD 指令等 [5]。 且 51 系列的 I/O 腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各 I/O 口均置高電平）。 （ 2）串行通信 串行通信數據是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。 綜上所述，題目設計已經選定了單片機為開發方式而單片機的 UART 已經集成在單片機內，所以通信系統選擇串行通信為通信方式。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數較小的模塊來減小出現這一問 題的風險。題目將以此方案為指導思想展開具體的硬件電路設計。兩種語言相比較各有優點。 C 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持， C 語言程序本身并不依賴于機器硬件系統，基本上不做修改就可根據單片機的不同較快地移植過來。上位機的作用是存儲并處理顯示內容，然后通過通信系統傳送到控制系統驅動顯示。具體工作流程為：上位 PC 機通過通信系統向單片機發送控制指令和顯示代碼內容，單片機接收后執行控制指令處理顯示代碼將顯示內容通過 I/O 口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉換并行輸出，最后由顯示驅動電路進行電壓和電流的處理以達到 LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進而使顯示屏顯示內容 [11]。執行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。根據這兩點要求，選擇美國 ATMEL 公司生產的AT89S51 為控制單元的主控芯片。全靜態工作模式： 0Hz－ 33MHz 中斷可從空 閑模喚醒系統 AT89S51 的最小系統包括了外界時鐘電路和復位電路，選定一定數量的 IO 口作為控制口控制外部的各種器件和數據的輸出。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機的端口輸出來控制 1616 的 LED 點陣屏顯示，需要 32 個端口。 本科生畢業論文 16 表 31 74LS164 工作參數 參數 最小值 標準值 最大值 單位 高電平輸入電壓 2 — — V 低電平輸入電壓 — — V 高電平輸出電壓 V 低電平輸出電壓 — V 時鐘頻率 0 — 25 MHZ 這就要求單片機的引腳輸出的高低電平要在芯片的識別范圍內，由于采用了列選通行傳送顯示代碼的方法所以行譯碼電路上也加上了 74L373 鎖存芯片。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯 操作不受影響。發射極 e 接 5V 電源，基極接譯碼信號輸出端，集電極接輸出驅動 LED 點陣屏。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續流箝位二極管。但單片機串行口采用正邏輯 TTL 電平，即數字 “1”時為＋ 5V 數字 “0”時為 5V，所以單片機與計算機不能直接相連進行通信必須將 RS232C 與 TTL 電平進行轉換 [14]。最后通過 5V 三端穩壓模塊 LM7805 得出穩定的 5V 輸出。其中各子顯示系統之間在功能和控制上都是相互獨立的 ，將一幅大屏幕畫面拆分為幾塊小畫面再分別送入到各子系統中，各子系統同步顯示便可以得到一幅大的畫面。其功能結構如圖24 所示。按照設定的方式和內容顯示出所需要的內容。所以一幅畫面的數據量為 32 字節。顯示數據與列的對應關系為：第 i列對應的數據為數組中 i 和第 2i 個數據。 MCS51 單片機設置了 4 個專用寄存器用于本科生畢業論文 27 中斷控制，分別為定時器控制寄存器（ TCON），串行口中斷控制器（ SCON），中斷允許控制寄存器（ IE），中斷優先 級控制寄存器（ IP）。 表 41 中斷允許寄存器格式 所以初始化時設定中斷允許寄存器初值為 0XFF，指令為 IE=0XFF。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA — — ES ET1 EX1 ET0 EX0 本科生畢業論文 28 圖 46 通信程序流程圖 所有軟件編寫完成后都必須經過編譯才能被單片機識別使用。 圖 51 實物圖 系統硬件部分調試方法 硬件調試主要是調試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸出輸入電壓是否符合設計要求，最后測試各硬件部分能否完成設計功能。 上電后首先觀 察電路是否有過熱，異味，冒煙的現象出現。然后測試各器件的電源，接地及一些電平應該固定的端口的電壓。 由于最重要的顯示系統功能的測試需要軟件配合所以在硬件調試部分只測試單片機復位電平， 功能部分測試放在系統聯合調試部分來完成。各子程序編譯沒有錯誤后再輸入單片機進行驗證，這兩項都通過后再將所有的程序整合到一起形成一個完整的程序再進行編譯和驗證。因為不同的中斷同時產生而 CPU 響應的順序取決于內部查詢順序。 在編輯中斷程序時首先是將中斷控制寄存器（ IE）初始化。如此循環則產生一幅穩定運動的畫面。 顯示程序的設計 顯示程序分為靜態顯示程序、左移顯示、右移顯示、上移顯示、下移顯示五種種顯示方式。 對靜態顯示來說，每一個發光二極管都需要一套驅動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內容，需要重新輸出新的點陣數據．這種方式系統原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低． 另一種 動態掃描顯示是把整個 LED 屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分 …… 直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復循環進行．在重復掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩定的畫面．也就是說采用動態掃描顯示需要不斷進行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅動電路可重復利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發光二極管輪流發光，使用時的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護要容易許多，可靠性也增加了． 兩種顯示方式的比較再結合 51 單片機 IO 口數量有限的原因決定采用動態掃描的方 式進行顯示。 主程序的工作流程如圖 41 所示： 圖 41 主程序流程圖 程序開始時首先必須對單片機進行初始化，其中初始化的內容包括：中斷優先級的設定，中斷初始化，串行通信時通信方式的選擇和波特率的設定，各 IO 口功系 統 初 始化 從 顯示數組讀取數據到顯示寄存器 讀取顯示控制命令選擇顯示方式 調用相應顯示程序 RI=1? 起始位？ 接收顯示數據及控制命令 將顯示數據移入顯示數組將控制命令賦值給控制字符 N N Y Y 開 始 中斷開始 中 斷 返 回 本科生畢業論文