基于單片機(jī)的LED電子廣告牌設(shè)計實現(xiàn)

1、 課 程 設(shè) 計 報 告設(shè)計名稱 基于單片機(jī)的LED電子廣告牌的設(shè)計和實現(xiàn) 學(xué) 校 陜西電子科技職業(yè)學(xué)院 學(xué) 院 電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名 雷超凡 班 級 1507 指導(dǎo)教師 聶弘穎 時 間2017年10月21日 1 總括1.1 LED點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng)由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和高亮度LED 發(fā)光管的出現(xiàn),使得大屏幕高亮度電子廣告屏成為可能。與傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，LED顯示設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢：LED 屏色彩豐富，顯示方式變化多樣、亮度高；LED 屏可以隨意修改顯示內(nèi)容；LED 顯示屏可用來與計算機(jī)屏幕同步。另外，它以其超大畫面、超寬視覺、靈活多變的顯示方式等獨(dú)居一格的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于金融證券、銀行

2、利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面。 LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。由干采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體大小可按用戶要求靈活拼制，它的超高亮度，使它在戶內(nèi)外顯示中具有不可替代的作用。本文提供了一種成本低廉的漢字點(diǎn)陣LED顯示方案，該方案采用常用的5l系列單片機(jī)和可以級聯(lián)擴(kuò)展的顯示電路，可適用于許多需要漢字和圖形顯示的場合。本設(shè)計的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)采用字模提取軟件，其顯示和動態(tài)效果的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法方便，且易于實現(xiàn)。本文對點(diǎn)陣顯示原理進(jìn)行了深入的研究，對單片杌控制系統(tǒng)及顯示驅(qū)

3、動屯路進(jìn)行了分析。介紹了單片機(jī)控制程序的設(shè)計方法。設(shè)計和制作了基于5 1系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的641 6LED點(diǎn)陣顯示屏。該系統(tǒng)對LED顯示屏的驅(qū)動采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式，可以實現(xiàn)不同的動態(tài)顯示效果。 2 LED點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng)總體方案設(shè)計列顯示數(shù)據(jù)列驅(qū)動1664LED點(diǎn)陣行驅(qū)動行掃描控制電路2.1移位寄存器74HC595控制列（方案一）輸出數(shù)據(jù)緩沖33矩陣鍵盤片外RAM單片機(jī)AT89C51控制電路主要由單片機(jī)AT89C51、33矩陣鍵盤和片外RAM構(gòu)成。結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。80C51的PL口負(fù)責(zé)將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示電路。P0口與P2口負(fù)責(zé)于片外RAM及內(nèi)存通訊，即作數(shù)據(jù)線也作地址線。33矩陣

4、鍵盤控制實現(xiàn)不同的顯示方式、顯示不同的點(diǎn)陣漢字、調(diào)速。結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示 圖2.1 控制電路結(jié)構(gòu)框圖 顯示電路主要由兩片譯碼器74LS138、8片行驅(qū)動4953(每片控制兩行)、8片列驅(qū)動74HC595(每片控制八列)和16片1588共陽極二極管點(diǎn)陣模塊(88)構(gòu)成。這就決定了本LED顯示屏是1664點(diǎn)陣。本屏通過33矩陣鍵盤左移、右移顯示“通信學(xué)院電子信息工程”，控制點(diǎn)陣漢字的暫停、開始。結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2 輸入 圖2.2 顯示電路控制結(jié)構(gòu)框圖2.2 譯碼器74HC154控制列（方案二） 該系統(tǒng)由AT89C52最小系統(tǒng)、1664LED點(diǎn)陣顯示屏、列驅(qū)動電路、行驅(qū)動電路、33矩陣鍵盤構(gòu)成。

5、AT89C52為主控芯片，顯示屏由16塊88LED共陽極連接組成，其列驅(qū)動電路由4塊4-16線譯碼器74HC154構(gòu)成，輸出列選信號，行驅(qū)動電路由2片74LS273構(gòu)成。本屏通過33矩陣鍵盤左移、右移顯示“通信學(xué)院電子信息工程”，控制點(diǎn)陣漢字的暫停、開始。，控制顯示系統(tǒng)框圖如圖2.3 1664LED點(diǎn)陣顯示屏行驅(qū)動列驅(qū)動33矩陣控制鍵盤電源電路時鐘電路AT89C51復(fù)位電路 圖2.3 LED點(diǎn)陣系統(tǒng)框圖 方案一、方案二均可實現(xiàn)LED點(diǎn)陣漢字的顯示，均采用基于KEIL C51的編程，故都具有較好的移植功能，程序可讀性強(qiáng)。模塊化的設(shè)計使程序看起來更加簡潔，可非常方便地任意修改所要顯示的漢字。方案一

6、用移位寄存器74HC595控制列，易于擴(kuò)展LED點(diǎn)陣，但行驅(qū)動、列驅(qū)動所用芯片過多，PCB版成本過高；方案二用4-16線譯碼器控制列，不易擴(kuò)展LED點(diǎn)陣，但使用芯片較少，制作簡單、方便，PCB版成本較低。通過比較，方案二成本低、制作方便，故選擇方案二實現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1芯片選擇1）ATC89C51單片機(jī)1.ATC89C51系列單片機(jī) ATC89C51是指INTEL公司于1980年推出的新一代8位單片機(jī)系列產(chǎn)品（8051）。從嚴(yán)格意義上講，其他所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)都不應(yīng)直接稱為ATC89C51系列單片機(jī)，ATMEL只是INTEL公司專用的單片機(jī)系列符號

7、。 ATC89C51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分為以下幾類： 基本型：典型產(chǎn)品有8031/8051/8751。基本型采用HMOS工藝，片內(nèi)集成有8位CPU，片內(nèi)駐留4K8位的ROM(8031片內(nèi)無)，128B的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）以及21個特殊功能寄存器，32條I/O接口線，1個全雙工的串行I/O口（UART）,2個16位的定時/計數(shù)器，5個中斷源和2級中斷。數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址能力為128KB，指令系統(tǒng)除加、減、乘、除運(yùn)算外，還提供了查表和位操作指令，主時鐘頻率為12MHZ，運(yùn)算速度增強(qiáng)。 增強(qiáng)型：典型產(chǎn)品有8032/8052/8752。與基本型的差異在于內(nèi)部RAM增到256B，80

8、52、8752的內(nèi)部程序存儲器擴(kuò)展到8KB，16位定時/計數(shù)器增至3個。 低功耗型：典型產(chǎn)品有80C31/87C51/80C51。其基本結(jié)構(gòu)和功能與基本型相同。由于采用CMOS工藝，因此適于電池供電或其他低功耗的場合。 專用型：典型產(chǎn)品有8044/8744。在基本型的基礎(chǔ)上用一個HSLC/SDLC通信控制器取代了基本型的UART，適用于總線分布式多機(jī)測控系統(tǒng)。 超8位型：典型產(chǎn)品有PHILIPS公司的80C552/87C552/83C552系列單片機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)和功能與ATC89C51系列完全相同，但又將ATC系列（16位單片機(jī)）I/O部件如高速輸入/輸出（HIS/HSO）、A/D轉(zhuǎn)換器、脈沖

9、寬度調(diào)制（PWM）、看門狗定時器（WDT）等移植進(jìn)來構(gòu)成新一代ATC89C51產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的功能介于ATC89C51和MSC-96之間，目前已得到了較廣泛的適用。 片內(nèi)閃爍存儲器：典型產(chǎn)品有ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)。其內(nèi)部含有FLASH存儲器，使得存儲和程序改寫更加方便，從而受到了應(yīng)用設(shè)計者的歡迎。 ATC89C51系列以及80C51系列單片機(jī)有多種類型，它們是具有ATC89C51內(nèi)核的各種型號單片機(jī)的基礎(chǔ)，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的核心。3.2 LED點(diǎn)陣漢字PROTUES仿真原理3.2.1 88LED點(diǎn)陣構(gòu)成1616LED點(diǎn)陣 從PROTUES元器件庫中找出“MATR

10、IX-8X8-RED”元器件，將4塊該元器件放在文本文檔區(qū)編輯窗口中。 然后行線連、列線分別相連，排列LED如圖3.5所示 圖3.5 排列LED 進(jìn)一步組合靠攏， 1616LED點(diǎn)陣如圖3.6所示 圖3.6 1616LED點(diǎn)陣 3.2.2 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的protues仿真整個電路主要由單片機(jī)控制及其接口電路、驅(qū)動顯示電路、電源電路、33矩陣鍵盤、1664LED點(diǎn)陣等部分組成。PROTUES仿真原理圖如圖3.7所示 圖3.7 PROTUES仿真原理圖 點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動是由單片機(jī)的P0口經(jīng)過2片輸出緩存器74LS237向1664LED點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動信號。點(diǎn)陣的陽極驅(qū)動由單片機(jī)P0口經(jīng)

11、過1片輸出緩存器74LS237，再經(jīng)過4-16線譯碼器74HC154譯碼后輸出列選信號，對1664LED點(diǎn)陣進(jìn)行列掃描，1片74HC154控制4個88LED，因此需要4片74HC154，在進(jìn)行漢字分批顯示輸出時采用逐列掃描方式。 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由LED單片機(jī)P1口連接33矩陣鍵盤，通過鍵盤掃描控制LED點(diǎn)陣顯示屏漢字的左右移動方向、移動速度、不同漢字間的切換、暫停等。 1664LED顯示屏通過鍵盤控制左移顯示漢字字符“通信學(xué)院電子信息工程”、“祝天下有情人終成眷屬”、“浮名本是身外物”，右移顯示“通信學(xué)院電子信息工程”、“不著分寸也風(fēng)流”、“祝天下有情人終成眷屬”、“世事如棋，乾坤莫測，笑

12、盡英雄”。這些漢字可通過建立數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行，通過1616點(diǎn)陣漢字字模提取軟件，可提取各顯示漢字的字模數(shù)據(jù)。通過列掃描方式把字符碼傳給LED點(diǎn)陣顯示屏。某一時刻，只有L行或L列發(fā)光二極管被對應(yīng)的字模數(shù)據(jù)驅(qū)動點(diǎn)亮，但只要掃描間隔時間合適(一般為數(shù)毫秒)，利用人眼的視覺暫留特性，看上去整批字符就顯示在LED點(diǎn)陣顯示器上。3.2.3LED點(diǎn)陣系統(tǒng)顯示仿真結(jié)果（1） 右移顯示“祝天下有情人終成眷屬”，仿真結(jié)果如圖3.1所示 圖3.1 右移顯現(xiàn)“祝天下有情人終成眷屬”（2） 左移顯示“世事如棋，乾坤莫測，笑盡英雄！”，仿真結(jié)果如圖3.2所示圖3.2 左移顯示“世事如棋，乾坤莫測，笑盡英雄！”3.3 L

13、ED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計單片機(jī)AT89C51最小系統(tǒng)應(yīng)該有電源，復(fù)位電路，時鐘振蕩電路。下面是單片機(jī)最小系統(tǒng)時鐘、復(fù)位電路簡介：（1）時鐘源電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALL和XTAL2跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，可以根據(jù)情況選擇6MHZ、12MHZ或24MHZ等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30PF左右的瓷片電容。（2）復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)

14、操作使單片機(jī)復(fù)位。本次采用手動按鍵復(fù)位。3.3.2 33矩陣鍵盤 把所有按鍵排列成行列矩陣形式的鍵盤，選用P1端口中的P1.4P1.6為四根行線，P1.0P1.2為四根列線，行線和列線的交叉處放置一按鍵，當(dāng)健按下時行列線接通，構(gòu)成一個33的矩陣鍵盤，可定義9個按鍵。80C51的I/O口具有輸出鎖存和輸入緩沖的功能，因而用它們組成鍵盤電路時，可以省掉輸出鎖存器和輸入緩沖器。 該LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的鍵盤由ATC89C51單片機(jī)本身的P1口來構(gòu)成33矩陣式鍵盤。LED點(diǎn)陣屏的33矩陣式控制鍵盤： S1、S4、S7：控制右移字體顯示速度，S1最快，S7最慢；S3、S6、S9：控制左移字體顯示速度，S3

15、最快，S9最慢；S2：切換不同的左移顯示漢字；S8：切換不同的右移顯示漢字；S5：暫停。 鍵盤掃描過程 1）.判斷是否有鍵按下 2）.鍵盤消抖 3）.再次判斷是否有鍵按下 4）.識別鍵碼3.3.3 LED點(diǎn)陣顯示模塊1664LED點(diǎn)陣顯示驅(qū)動 點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動是由單片機(jī)的P0口經(jīng)過2片輸出緩存器74LS237向1664LED點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動信號。點(diǎn)陣的陽極驅(qū)動由單片機(jī)P0口經(jīng)過1片輸出緩存器74LS237。4 軟件程序設(shè)計4.1 LED點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序流程圖 LED點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示 開始鍵盤掃描 有鍵按下嗎？點(diǎn)陣顯示 Y系統(tǒng)初始化 N 圖4.1 主程序流程圖 4.2 LE

16、D點(diǎn)陣系統(tǒng)主程序關(guān)鍵代碼 void main() while(1) uchar s=1; while(s) P1=0x70; if(P1!=0x70) s=0; key=key_scan(); while(!s) P1=0x70; if(P1=0x70) s=1; switch(key) case 1:case 2:case 3:youyi();break;case 9:case 8:case 7:zuoyi();break;case 4:r+;if(r=3)r=0;break;case 5:zanting(); break;case 6:l+;if(l=4)l=0;break; 4.3 33

17、的矩陣鍵盤掃描流程圖矩陣鍵盤掃描程序如圖4.2所示 N軟件延時，跳出逐行處理程序段開始 Y 散轉(zhuǎn)程序段置位有鍵按下列狀態(tài)均為0？全行輸出1，全列讀入有鍵按下=1？N | 圖4.2 矩陣鍵盤掃描程序4.4 33的矩陣鍵盤掃描程序 unsigned char key_scan() unsigned char i,j,key; P1=0x70; while(P1!=0x70) delay(10); P1=0x70; while(P1!=0x70) for(i=0;i=2;i+) P1=ksp0i; if(P1!=ksp0i) break; for(j=0;j=2;j+) P1=ksp1j; if(P

18、1!=ksp1j) break; key=i*3+j+1; return(key); return(0); return(0); 總結(jié)經(jīng)過了兩個多月的查閱資料、學(xué)習(xí)和實踐，終于完成了LED點(diǎn)陣廣告牌的設(shè)計的設(shè)計。從開始接觸LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)時的一片茫然，無從下手，到LED點(diǎn)陣系統(tǒng)仿真、PCB板設(shè)計、焊接調(diào)試、再到論文的完成，對我來說每一步都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。這是大學(xué)四年中我唯一一次獨(dú)立完成設(shè)計、焊接、調(diào)試。學(xué)到了知識的同時也鍛煉了自己查閱資料、自學(xué)知識、遇到問題時提出問題解決問題的能力。此外，整個設(shè)計過程中悲喜交加，有時遇到問題整夜冥思苦想，偶爾夢到自己在做畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)過不斷地學(xué)習(xí)、多次嘗試解

19、決問題之后，往往給自己帶來無比的興奮。畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料和電腦制圖等能力水平，而且通過多次去電子市場，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼

20、續(xù)進(jìn)步。附錄. LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)電路圖 圖一 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)電路圖附錄. LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)主要程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define hang0 XBYTE0X7FFF#define hang1 XBYTE0XbFFF#define lie XBYTE0XDFFFuchar key=0,l=0,r=0;unsigned char key_code=0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;uchar ksp03=0x76

21、,0x75,0x73;uchar ksp13=0x37,0x57,0x67;void delay(uchar);uchar key_scan();void youyi();void zanting();void kaishi();void zuoyi();char code *tabler;char code *tablel;/*字符碼略*/*mian funcation*/void main() while(1) uchar s=1; while(s) P1=0x70; if(P1!=0x70) s=0; key=key_scan(); while(!s) P1=0x70; if(P1=0x

22、70) s=1; switch(key) case 1:case 2:case 3:youyi();break;case 9:case 8:case 7:zuoyi();break;case 4:r+;if(r=3)r=0;break;case 5:zanting(); break;case 6:l+;if(l=4)l=0;break; /鍵盤掃描unsigned char key_scan() unsigned char i,j,key; P1=0x70; while(P1!=0x70) delay(10); P1=0x70; while(P1!=0x70) for(i=0;i=2;i+)

23、P1=ksp0i; if(P1!=ksp0i) break; for(j=0;j=2;j+) P1=ksp1j; if(P1!=ksp1j) break; key=i*3+j+1; return(key); return(0); return(0); /*delay time funcation*/void delay(uchar c) uchar i; for(i=0;ic;i+); void zuoyi() uint b=0; /顯示偏移控制，char類型最多只能顯示14個漢字+一個空白位字符 uchar a=0; /控制移動間隔時間uchar i,j,k; /i:每個字的顯示循環(huán)；j每個

24、字的顯示碼除以2；k每列刷新次數(shù) uchar m,n;m=key; if(m=7)n=2;else if(m=8)n=4;else if (m=9)n=5;else n=5;if(l=0)tablel=tablel1;else if(l=1)tablel=tablel2;else if(l=2)tablel=tablel3;else if(l=3)tablel=tablel4;while(1) j=0; if(a=6) /移動間隔時間；取值0-255 a=n; b+=2; key=0;key=key_scan(); if(key!=0) return;/unsigned char n; if(b=448) /顯示到最后一個字，回頭顯示，判斷值=字?jǐn)?shù)*32 b=0;for(i=0;i64;i+) lie=i; /for(;jn;j