基于单片机的led广告牌-课程设计论文--大学毕业论文设计.doc

课程设计报告

题目： 基于单片机的LED广告牌

课 程：单 片 机 课 程 设 计
专 业： 电子信息科学与技术
班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：

2015年 6 月 25 日

信息工程学院课程设计（论文）
信息工程学院课程设计任务书

学 号

学生姓名

专业（班级）

设计题目
基于单片机的LED广告牌
设
计
技
术
参
数

1．能够显示不同字符和汉字（这里只进行了字符“LED”的显示）。
2．可以实现不同的字符切换效果。

设
计
要
求
1．根据题目要求进行系统总体设计 
2．完成系统硬件电路的设计 
（1）硬件电路图
（2）硬件电路说明 
3．系统程序的设计
（1）程序流程图
（2）完整源程序
参
考
资
料

[1]李建忠编著.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002
[2]李群芳，肖看编著.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，2005
[3]于海生编著.微型计算机控制技术.北京：清华大学出版社，2008
[4]戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第3版).北京：清华大学出版社，2008
[5]江晓安，董秀峰编著.数字电子技术(第二版).西安：西安电子科技大学出版社，2005

2015 年 6 月 25 日

学生姓名： 学号： 专业（班级）： ）
课程设计题目： 基于单片机的LED广告牌

成绩：

指导教师：

2015 年 6 月 25 日
信息工程学院课程设计成绩评定表
摘要
  LED是指发光二极管，在某些半导体的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。这种利用注入式点知发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED。由于电子显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如公交汽车的报站器、广告屏以及公告牌等等。介绍的LED点阵电子显示屏，其功能有固定汉字、字母、数字的显示；平行左移、右移；固定信息的循环显示；显示屏的亮度连续可调；时间的显示和上位机对显示内容可修改的功能。   
随着LED显示屏在广告传媒领域逐渐崭露头角，其控制系统也如雨后春笋，层出不穷。由于他的控制系统均是基于嵌入式处理器开发，所以单片机在其中也占有一席之地。但是，由于LED显示屏控制较复杂，特别是对于显示特殊效果，如循环移动、覆盖霓虹灯效果，要求处理器运算速度快、执行效率高。

关键词：单片机 点阵 LED电子显示屏

目录
1 任务提出与方案论证 1
1.1 任务提出 1
1.2方案论证 2
1.2.1 LED的扫描方式及显示屏的控制系统 2
1.2.2单片机系统作用及应用 3
2 总体设计 4
2.1硬件电路总体设计 4
2.2软件总体设计 5
3 详细设计及仿真 6
3.1 硬件设计及软件设计 6
3.1.1 硬件设计 6
3.1.2 软件设计 7
3.2 详细仿真 9
4 总结 10
参考文献 11

1 任务提出与方案论证
1．1 任务提出
LED显示屏具有色彩鲜艳、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，在许多行业都得到了广泛的应用，如在车站、码头、商场、银行等公共场所将LED?显示屏用于信息发布。目前LED 显示屏的种类越来越多，从使用场合及亮度考虑可分为室内和室外屏，从扫描方式可分为动态扫描显示屏和静态扫描显示屏。LED发光显示器是单片机应用产品中常用的一种物美价廉的输出设备，其主要优点是在于降低成本。提高可靠性和易于实现。而简易的LED电子广告板的设计主要是通过运用单片机控制系统去实现对汉字的显示，以及汉字的上下滚动和左右移动，完成对三维立体的设计显示。在我国改革开放之后，随着国民经济的增长，对公众场合发布信息的需求强烈，LED显示屏的出现适应了这一市场需求，LED显示技术得到了高速发展，LED显示屏幕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。LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，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；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、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。
LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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。
通过该课程的学习，旨在掌握LED显示屏控制系统的显示原理，学习LED点阵显示数字和字符的编程方法。结合微机原理、单片机技术知识，查阅有关资料，设计一个以单片机为核心的LED点阵显示器系统，采用点阵LED作为显示器显示汉字。 

1．2方案论证
1．2．1 LED的扫描方式及显示屏的控制系统
LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： 点扫描 、行扫描、 列扫描 采用列扫描、行施加数据信号的基本驱动方法。任意时间只有一列施加高电平信号，其余各列均为低压信号。行施加对应该列的数据信号，低电平有效。 
以8x8 LED点阵列显示器为例说明字符显示原理，8列顺序扫描结束后，将完成一帧字符的显示。一帧扫描结束后，列扫描从第一行重新开始，周而复始。若行数据保持不变，则显示静态字符。反之，行数据发生变化，则显示内容将发生变化，如果保持前后帧内容的连贯性，就可以显示动态字符。 由24块8*8点阵led构成一块大屏幕，单片机控制进行循环扫描，用多块移位寄存器控制输出内容，并由单片机串行输出显示内容的行编码，显示屏会滚动显示数字、字母。汉字等内容。
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。
（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。
（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 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。
（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。
1．2．2单片机系统作用及应用
自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：
（1） 单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
（2） 单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。
（3） 单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。
在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。

2 总体设计
2．1硬件电路总体设计

如上图所示，本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、电源、74HC154、8×8 LED点阵5部分组成。
从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。8ｘ8的点阵共有64个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，这个数字很庞大，因为我们仅仅是8ｘ8的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思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8行）的同名列共用一套驱动器。具体就8ｘ8的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第8行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。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。
2．2软件总体设计
用比较复杂的C语言程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上从左到右的滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示子程序和串行口中断程序。用AT89C51、74LS138、74HC154芯片和1个8×8LED点阵显示器构成一个完整的8位点阵LED显示系统。

3 详细设计及仿真
3．1 硬件设计及软件设计
3．1．1 硬件设计

整个体统由AT89C51芯片、LED、74HC138、阻排、三极管等一些单片机外围应用电路组成。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要1个8×8LED点阵模块，可组成8×8的条形点阵。
AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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。AT89C51引脚即外观如上图所示。
3．1．2 软件设计
程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程
程序如下：

11

#include <reg52。h>
#include <intrins。h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code Table_OF_Digits[]=
{
0x00，0x02，0x7e，0x02，0x02，0x02，0x02，0x00，//‘L’
0x00，0x7f，0x49，0x49，0x49，0x41，0x49，0x00，//’E’
0X81，0Xff，0x81，0x81，0x81，0x81，0x42，0x3c，//’D’
}
uchar i=0，t=0，Num_Index = 0；

void main()
{
P3 = 0x80；
Num_Index = 0；
TMOD = 0x00；
TH0 = (8192-2000)/32；
TL0 = (8192-2000)%32；
TR0 = 1；
IE = 0x82；
while(1)；
}
void LED_Screen_Display() interrupt 1
{
TH0 = (8192-2000)/32；
TL0 = (8192-2000)%32；
P3 = _crol_(P3，1)；
P0 = ~Table_OF_Digits[Num_Ind ex * 8 +i]；
if(++i == 8) i = 0；
if(++t == 250)
{
t = 0x00；
if(++Num_Index == 5) Num_Index = 0；
}
}

3．2 详细仿真

仿真电路图：

4 总结
虽然本设计只使用了一块8×8 LED点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应该使显示图形和文字稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。
在此次设计中通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。
通过这次课程设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。但是从中也存在不足之处：对知识的积累还不够，有些问题自己不能够独立解决，对实验操作还要进一步熟练，只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。世界上的器件是无穷无尽的，有数以万计的技术可能你还没来得及接触就被淘汰掉了，所以不要揪住一堆知识不放，或者幻想掌握所有器件的使用方法。培养一种思维方式是最重要的——有方法没有知识随时可以学，有知识没方法的话，知识最终也会被忘掉。我们现在学习51，如果我们在学习过程中培养出了解决方法的思维方式，一旦客观需要我们使用AVR，很短的时间我们就可以搞定，哪怕我们对AVR一无所知。没有万能的知识，只有万能的思维与能力。

参考文献
[1]李建忠编著.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002
[2]李群芳，肖看编著.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，2005
[3]于海生编著.微型计算机控制技术.北京：清华大学出版社，2008
[4]戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第3版).北京：清华大学出版社，2008
[5]江晓安，董秀峰编著.数字电子技术(第二版).西安：西安电子科技大学出版社，2005