单片机课程设计双汉字16X16+LED点阵广告屏样本.doc

单片机课程设计3

双汉字16X16 LED点阵广告屏

余
水
宝

数理和信息工程学院

5月

目 录
第1节 引 言………………………………………………………………………3
1.1 LED点阵显示器概述…………………………………………………………………3
1.2 LED显示器控制技术情况……………………………………………………………4
1.2.1串行传输和并行传输技术………………………………………………………4
1.2.2动态扫描和静态锁存技术……………………………………………4
1.2.3自动检测及远程控制技术……………………………………………………4
1.3设计任务……………………………………………………………………………… 4

第2节 总体方案论证和设计……………………………………………………5
2.1 LED驱动模块…………………………………………………………………………5
2.2数据存放模块…………………………………………………………………………5
2.3总体硬件组成框图……………………………………………………………………6

第3节 系统硬件设计……………………………………………………………6
3.1 LED驱动模块硬件设计………………………………………………………………6
3.1.1 74 LS154芯片介绍……………………………………………………………6
3.1.2 驱动电路设计………………………………………………………………7
3.2数据存放电路设计…………………………………………………………………8
3.3 PC机通信模块设计…………………………………………………………………9

第4节 系统软件设计 ………………………………………………………9
4.1下位机软件步骤……………………………………………………………………9
4.2上位机软件…………………………………………………………………………10

第5节 系统调试和测试结果分析………………………………………………12
5.1使用仪器仪表……………………………………………………………………12
5.2系统调试……………………………………………………………………………12
5.2.1硬件调试…………………………………………………………… 12
5.2.2软件调试…………………………………………………… 12
5.2.3硬件软件联调……………………………………………… 13
5.3测试结果…………………………………………………………………13
附录 ………………………………………………………………………………14
1. 实物图……………………………………………………………………14
2. 电路总设计原理图…………………………………………………………15
3. PCB图……………………………………………………………………16

双汉字16X16 LED点阵广告屏
任 务 书
一、 任务
设计一款基于AT89C51单片机双汉字16X16 LED点阵广告屏。
二、设计要求
1. 基础要求
⑴ 用8块8X8 LED点阵组成双汉字16X16 LED点阵广告屏。
⑵ 经过对AT89C51单片机编程，实现多个汉字（如自我介绍、校训、文明广告用语等）移动显示。
⑶ 写出具体设计汇报。
⑷ 给出全部电路和源程序。
2. 发挥部分
⑴ 可经过PC机，对系统编程，实现多个汉字移动显示，显示内容可经过PC机随时更改。
⑵ 显示字数不少于64字。
⑶ 掉电后能保留显示信息。
⑷ 采取模块化设计，便于级联组成多汉字屏。

双汉字16×16 LED点阵广告屏

第1节 引 言

LED显示器是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成平面式显示器幕。它含有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富和对室内外环境适应能力强等优点。并广泛应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场所信息公布和广告宣传。LED显示器经历了从单色，双色图文显示器到现在全彩色视频显示器发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示器应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。
1.1 LED点阵显示器概述
LED点阵显示器组成型式有多个，其中经典有两种。一个把所需展示广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容多幅汉字显示，称为单显示型；另一个在机内设置了字库、程序库，含有程序编制能力，能进行内容可变多幅汉字显示，称可编程序型。
现在，中国LED点阵显示器大部分是单显示型，其显示内容相对较少，显示花样较单一。通常在产品出厂时，显示内容就已写入显示器控制系统中EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就很困难，这么使该类型显示器使用范围受到了限制。中国另一个LED显示器——可编程序型LED显示器，即使增加了显示器系统编程能力，显示内容和显示花样全部有所增加，但也存在着更换显示内容不便缺点。伴随社会经济快速发展，现在广告牌全部存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。所以传统LED显示器控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业需要。而利用PC机通信技术控制LED显示器，则含有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。

1.2 LED显示器控制技术情况
显示器控制系统包含输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，包含具体技术很多，其关键技术包含串行传输和并行传输技术、动态扫描和静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。
1.2.1 串行传输和并行传输技术
LED显示器数据传输方法关键有串行和并行两种。日前普遍采取串行控制技术，显示器每个单元内部不一样驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。采取这种方法驱动IC种类较多，不一样显示单元之间联线较少，可降低显示单元数据传输驱动元件，从而提升整个系统可靠性和性价比，具体工程实现也较为轻易。
1.2.2 动态扫描和静态锁存技术
LED显示器控制系统实现显示信息刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方法。通常室内显示器多采取动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，依据共用一行驱动寄存器发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等。室外显示器基础上采取静态锁存技术，即每一个发光一极管全部对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而确保了每一个发光一极管亮度占空比为100%。动态扫描法能够大大降低控制器I/O口，所以应用较广。
1.2.3 自动检测及远程控制技术
LED显示器组成复杂，尤其是室外显示器，供电、环境亮度、环境温度条件等全部直接影响显示器正常运行。在LED显示器控制系统中，因依据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可依据需要，远程实现对显示器亮度、色度调整、图像水平和垂直位置调整和工作方法转换等。
1.3 本设计任务
现在市场上各类基于LED显示器较多，但大部分产品为单一模式LED显示器，其在显示内容更换及显示器重组等方面全部存在不便之处。但伴随信息化社会快速发展，LED显示器正在向显示内容丰富、信息更改方便等方面发展。所以制作一款多功效LED广告显示器是很有意义地。
本研究即以AT89C51单片机为关键， 采取串行传输、动态扫描技术，制作一款拥有PC机通信功效，模块化LED多功效显示器。
第2 节 总体方案论证和设计
本系统采取单片机AT89C51为LED显示器控制关键，系统关键包含LED驱动模块、数据存放模块、PC机通信模块等。下面对各模块设计逐一进行论证比较。
2.1 LED驱动模块
方案一：采取静态锁存方法，将每一个LED发光管一端接至单片机一个I/O口，另一端经过电阻接电源。这种方法能够直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED亮度也能够经过限流电阻调整，很方便，但此种方法太浪费单片机I/O口，只适合于较小系统。
方案二：采取动态扫描方法，经过三极管驱动并联在一起LED发光管一端(共阴或共2端)，LED发光管另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多LED，控制方法较灵活，而且节省单片机资源。
比较以上两种方案，系统设计中采取方案二。
2.2 数据存放模块
方案一：采取静态RAM存放显示器显示内容，静态数据存放器含有存放容量大，传输速度快等优点。但其存放数据掉电后会消失，所以不适适用于存放长时间不变数据。
方案二：采取ROM芯片存放LED显示器要显示信息，采取ROM芯片能够长时间存放信息，而且掉电数据不丢失，此种方法适合于存放不变数据。
方案三：采取串行EEPROM（如24C256等）存放LED显示器要显示信息。串行EEPROM技术是一个非易失性存放技术，它几乎含有全部类型存放器优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，很适合应用于各类工业测控系统。它克服了常见2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取方法，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高情况下，该器件是最理想选择。
比较以上三种方案，方案三有显著优点，所以选者方案三。

2.3 总体硬件组成框图

图2-1 总体硬件组成框图
系统框图图2-1所表示，系统关键由三大模块组成即LED驱动模块、数据存放模块、PC机通信模块。

第3节 系统硬件设计

为使该模块化LED显示器控制系统含有愈加方便和灵活性，我们对系统硬件做了精心设计。硬件电路包含LED驱动模块、数据存放模块、PC机通信模块等三大模块。
3.1 LED驱动模块硬件设计
LED驱动模块是LED显示器设计关键部分，驱动电路设计好坏直接关系到LED显示器亮度、稳定度等关键指标。此次设计中LED驱动是采取三极管和74LS154实现。

3.1.1 74 LS154芯片介绍
74LS154是一个4—16译码器，其真值表图3-1-1所表示。

图3-1-1 74LS154真值表

3.1.2 驱动电路设计
此系统中驱动电路是由74LS154和三极管组成，原理图图3-1-2所表示。

图3-1-2 LED驱动电路原理图
图3-1-2 LED行扫描端接到单片机89C51P0口，列扫描端接置三极管发射极。列扫描端（B1—B8）用于LED数据扫描，经过74LS154译码和三极管驱动，使LED发光。（A1—A8）经过P0口为LED显示给出对应数据。

3.2数据存放电路设计
数据存放电路由串行EEPROM 24C256组成。24C256是美国CATALYST 企业出品一个1-256K位支持I2C总线数据传送协议串行CMOS E2PROM，可用电擦除，可编程自定时写周期（包含自动擦除时间不超出10ms 经典时间为5ms）串行E2PROM。 该芯片有两种写入方法，一个是字节写入方法，还有另一个页写入方法。许可在一个写周期内同时对1个字节到一页若干字节编程写入。24C256引脚排列及引脚功效描述图3-2-1和表3-2-1

图3-2-1 24C256引脚排列图

表3-2-1引脚功效描述

数据存放器设计原理图图3-2-2所表示：

图3-2-2 数据存放电路设计原理图

该存放电路仅由芯片24C256组成，SCL为串行时钟引脚，用于产生器件全部数据发送或接收时钟。SDA为串行数据/地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和全部数据发送或接收。当LED显示器控制系统工作时，单片机89C51经过读SDA和SCL脚读取24C256中内容，并将其显示于LED显示器上。也能够经过上位机（PC机）将编辑好数据内容下载到24C256芯片内。

3.3 PC机通信模块设计
该部分电路由芯片MAX232组成。其电路原理图图3-3-1所表示：

图3-3-1 通信原理图
图3-3-1所表示，单片机串口经过MAX232将TTL电平转换成EAI适合电平，实现了单片机和PC机之间通信。

第4节 系统软件设计
软件是该LED显示器控制系统关键组成部分，在系统软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统各部分功效编写成子模块形式，这么增强了系统软件可读性和可移植性。
4.1 下位机软件步骤
本系统中下位机（单片机89C51）关键功效就是实现LED显示器上字样移位、显示、数据读取等功效。其主程序步骤图4-2-1所表示。
开机 机
系统初始化
否
是
判定是否处于通信状态？
移位显示
读取显示内容
图4-2-1 主程序步骤图
读取24C256标志位
等候
判定是否有中止标志？
是
否

4.2上位机软件
本系统上位机软件关键是编辑LED显示器显示内容，在设计中采取Visual Basic语言编写了LED显示器控制系统内容下载软件。软件界面图4-2-1所表示。

该VB软件关键难点在于将上位机数据写入下位机，其子函数以下：
Private Sub ComWrite_Click()
If READ = False Then
If TEXTSEND.Text <> "" Then
Call TEXTSEND_Change
ComWrite.Enabled = False
Time = 0
Timer2.Enabled = True
READ = False
wWrite = True
Big = 0
MSComm1.OutBufferCount = 0
MSComm1.InBufferCount = 0
MSComm1.RThreshold = 1
HEXtxt = TEXTSEND.Text
MSComm1.Settings = "9600,o,8,1"
cc(0) = 144 + ChipIndex '芯片选择，在单片机中已确定该位，当发送该位和单片机中确实定为相同时
MSComm1.Output = cc '在发完发送标志位170后，单片机将向PC机6发送应答位AA
cc(0) = 170 '发送标志位170
MSComm1.Output = cc
WirteN = 1
LenTxt = Len(HEXtxt) / 2
LabState.Caption = "状态： 正在写数据……"
Else
LabState.Caption = "状态： 没有数据可写！"
End If
End If
End Sub

第5节 系统调试和测试结果分析
5.1 使用仪器仪表
数字万用表　　　　　　　　DT9203
单片机仿真器　　　　　　　WAVE6000
烧写器 GF2100
双踪稳压稳流电源　　　　　DH1718E-5
5.2 系统调试
依据系统设计方案，本系统调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。因为在系统设计中采取模块设计法，所以方便对各电路模块功效进行逐层测试：LED驱动模块调试，数据存放模块调试，PC机通信模块调试等，最终将各模块组合后进行整体测试。

5.2.1硬件调试
对各个模块功效进行调试，关键调试各模块能否实现指定功效。
5.2.2软件调试
软件调试采取单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好程序进行调试，关键是检验语法错误。
5.2.3硬件软件联调
将调试好硬件和软件进行联调，关键调试系统实现功效。
5.3 测试结果
此次系统设计结果很好，LED显示器能很好显示信息。LED显示器由八块8*8LED小模块组成，整个显示器能够显示两个16*16汉字，汉字从右到左移动显示，显示亮度也恰好。

附1 实物图

实物正面

实物反面

附2 电路总设计原理图

附3 PCB图