单片机专业课程设计模板测控二学位.doc

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

课 程 单片机课程设计
题 目 16*16 LED点阵广告屏
院 系 电气信息工程学院测控系
专业班级
学生姓名
学生学号
指导老师

7 月 30日

东北石油大学课程设计任务书

课程 单片机课程设计
题目 16E*16 LED点阵广告屏
专业 测控技术和仪器 姓名 学号
一、任务
设计一款基于AT89C51单片机汉字16*16 LED点阵广告屏，实现汉字移动显示。
二、设计要求
[1] 用8*8 LED点阵组成汉字16*16 LED点阵广告屏。
[2] 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。
[3] 写出具体设计汇报。
[4] 给出全部电路和源程序。
三、参考资料
[1] 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18.
[2] 刘润华,刘立山.模拟电子技术[J].山东:石油大学出版社,.
[3] 苏成富.彩灯控制器[J].北京:电机电器技术,，（01）.
[4] 祝富林.音乐彩灯电路CS9482[J].北京:电子世界,1995，（12）.
[5] 彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社,1997.

完成期限 .3.19至.3.30
指导老师
专业责任人 曹广华

3月 28 日
目录

第1章 绪论 2
1.1 LED点阵显示器概述 2
1.2 LED显示器控制技术情况 3
1.3 本设计任务 4
第2章 总体方案论证和设计 4
2.1 LED驱动模块 4
2.2 数据存放模块 5
2.3 总体硬件组成框图 5
第3章 系统硬件设计 7
3.1 LED驱动模块硬件设计 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章 系统软件设计 11
4.1 下位机软件步骤 11
4.2 上位机软件 12
第5章 系统调试和测试结果分析 14
5.1 使用仪器仪表 14
5.2 系统调试 14
5.3 测试结果 14
结 论 15
参考文件 16
附录1 程序 17
附录2 仿真效果图 19

第1章 绪论
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 章 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章 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所表示。

图3-1 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3-2 LED驱动电路原理图

图3-2 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3-3和表3-1

图3-3 24C256引脚排列图

表3-1引脚功效描述
指令
代码
指令
代码
Read ROM(读ROM)
[33H]
Write Scratchpad(写暂存存放器)
[4EH]
Match ROM(匹配ROM)
[55H]
Read Scratchpad(读暂存存放器)
[BEH]
Skip ROM(跳过ROM）
[CCH]
Copy Scratchpad(复制暂存存放器)
[48H]
Search ROM(搜索ROM)
[F0H]
Convert Temperature(温度变换)
[44H]

数据存放器设计原理图图3-4所表示：

图3-4 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3-5所表示：

图3-5 通信原理图
图3-5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章 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 主程序设计
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4-1所表示。
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4-1 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
开机

4.2 驱动显示子程序设计
驱动显示程序关键是经过用指向字模指针 p 每次从外部数据存放器按次序提取出字模中两个字模信息，经过字模处理程序将其转换成2进制信息，既两个字模信息最终成为16个0，1形式信息，再经过给74HC595各个功效端口跳变及上升跳变使这些1，0信息控制一排16个灯亮和灭（1代表高电平，0代表低电平），每次进行完，指针p再指向下两个指针，进行相同操作，以后依次类推，同时4-16译码器一直全部在从1到16进行扫描，从而实现了点阵行驱动和列驱动统一，将字模信息显示在LED点阵上，当指针指到字模信息最终一位时，重新指回字模首位，延时一段时间后反复上述工作，实现了汉字往复循环显示。
开始
Y
N
初始化驱动器件
字模处理程序
调整指向字模指针
给驱动器件跳变完驱动
p是否指到结束位
指针指回字模数组首位
延时

图4-2 驱动显示程序步骤图

第5章 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。

结 论
针对传统汉字显示系统显示方法单一，字模更换难度大问题，设计了本系统，系统是以AT89C52单片机为关键，采取并行ISP下载，串行数据传输、动态扫描技术，利用人眼视觉暂留现象实现汉字移动显示并可和PC机进行通信16*64LED汉字显示器。
系统总体电路由通信电路，驱动电路和外部存放电路组成。通信电路由MAX232进行电平转换实现单片机和上位机通信，完成将字模向外部字模数组传输过程。74LS154和74HC595共同作用完成对显示器驱动，实现字模信息于LED点阵上小灯亮灭转变过程。74LS373和EEPROM2864完成外部数据存放功效。
经过软硬件仿真调试，实现了此次设计基础功效：汉字左移显示，并可和上位机进行通信，实现显示汉字更新。但在实际应用中，功效不仅仅于此，经过对程序稍做修改，能够实现汉字静态显示，左移，右移显示，和依据要求来控制移动速度和每次移动距离，而且全部能够和上位机进行通信实现汉字更新。

参考文件
[1] 吴杰.基于ISP 技术电子公告牌系统[J].科技资讯.NO.14：83-87.
[2] 殷晓安，吴明亮.基于单片机LED点阵显示条屏控制系统设计[J].,4月.154-155.
[3] M.R.Krames,O.B. Shchekin, R. Mueller-Mach, et al,“Status and Future High-Power Light-Emitting Diodes for Solid-State Lighting,”[J] Journal of Display Technology, vol. 3,No. 2, pp. 160-175, June .
[4] 田金云.基于单片机LED 汉字点阵显示系统设计[J].《工业控制计算机》. (6)：87-88.
[5] 李川，汪秋蒙.ISP技术原理及实现方法[J].科技资讯.，35期：93-94.
[6] 万光毅.单片机试验和实践教程[M].北京航空航天大学出版社..1.
[7] 张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社.:160-190.
[8] 诸昌钤.LED 显示器系统原理及工程技术. 成全部:电子科技大学出版社..
[9] 张红.基于单片机控制LED 点阵显示器系统[J]. 微计算机信息..25期 1-2卷：92-93.
[10] Philips .74HC595 .datasheet.Philips Semiconductors . Jun 25
[11] 胡烨,姚鹏翼,陈明.Protel 99SE原理图和PCB设计教程[M].机械工业出版社.：23-99.
[12] 马忠梅.单片机C 语言应用程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社.
[13] Labcenter Electronics.Intelligent Schematic User Manual[M].Labcenter Elec- tronics,:34-167.
[14] 周润景.基于Proteus电路和单片机仿真系统设计和仿真[M].北京航空航天大学出版社. .
[15] 金炯泰,金奎焕. 怎样使用KEIL8051C编译器[M ]. 北京航空航天大学出版社..

附录1 程序
#include <reg52.h>
typedef unsigned char byte;
typedef unsigned int word;
sbit datah595=P3^2;
sbit clk595=P3^3;
sbit hc154=P3^5;
sbit str595=P3^4;
word data datah;
word counth,r=32*4;
byte biao=0;

byte xdata displaydata[]= //——定义外部数组——//
{

附录2 仿真效果图

东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
单片机课程设计
题目名称
16*16LED点阵广告屏
学生姓名

学号

指导教
师姓名
刘霞
刘继承
职称
副教授
教授
序号
评价项目
指 标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满完成了要求任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于和她人合作。
20

2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练正确，分析问题思绪清楚，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45

3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有部分改善或有一定应用价值。
5

4
答辩
能正确回复指导老师所提出问题。
30

总分

评语：

指导老师： 年 月 日