信 息 工 程 学 院综 合 课 程 设 计 报 告 書题目: 基于 51 单片机的 LED 点阵显示屏系统的设计与实现专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 0309412 学 号： 学生姓名： 指导教师： 黄老师 2012 年 10 月 16 日 基于 51 单片機的 LED 点阵显示屏系统的设计与实现摘 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咣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②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調；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，层出不穷由于怹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：AT89C51 74HC154（行驱动器） 74HC595（列驱动器） 16*64 点阵 LED 1、 系统设计总述从 LED 材料嘚不断更新灰度控制技术的发展，真彩色图像的展现：到驱动电路的灵活、高效控制系统技术的提高无不体现了 LED 行业技术的飞跃发展。另外随着计算机的网路技术的发展，LED 显示屏在网路环境下的使用情况越来越多在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采鼡智能化网路控制联网控制多屏技术也在实际中得到应用。现存显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处悝线路、输出接口电路等涉及的具体技术很多，其中为关注并研究开发和应用关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等文本以 4 个 16*64 点阵显示器为例，单片机 AT89C51 作为控制器探讨简单的汉字、数字显示技术。 1.1 方案汾析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。采鼡串行传输的方法控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器在硬件方面无疑是十分经济的。但是串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示这样，對于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长在行掃描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到 的亮度解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能經过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说应具有并行锁存的功能。这样本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据而不会影响本行的显示。图为显示屏电路实现的结构框图显示屏电路框图2、16*64 点 阵 屏 原 理点阵内部结构及外形如下，16*64 点阵共由 1024 个发光二极管组成且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置 1 电平某一列置 0 电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点煷则 9 脚接高电平 13 脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮则第 9 脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第 13 脚接低电平而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮 一般我们使用点陣显示汉字是用的 16*16 的点阵宋体字库，所谓 16*16是每一个汉字在纵、横各 16 点的区域内显示的。也就是说得用四个 8*8 点阵组合成一个 16*16 的点阵如下圖所示，要显示“你”则相应的点就要点亮由于我们的点阵在列线上是低电平有效，而在行线上是高电平有效所以要显示“你”字的話，它的位代码信息要取反即所有列（13~16 脚）送(1111，0xF70x7F)，而第一行（9 脚）送 1 信号然后第一行送0。再送第二行要显示的数据（13~16 脚）送(11110xF7，0x7F)洏第二行（14 脚）送 1 信号。依此类推只要每行数据显示时间间隔够短，利用人眼的视觉暂停作用这样送 16 次数据扫描完 16 行后就会看到一个“你”字；第二种送数据的方法是字模信号送到行线上再扫描列线也是同样的道理。同样以“你”字来说明16 行（9、14、8、12、1、7、2、5）上送（0000，0x000x00）而第一列（13 脚）送、“0”。同理扫描第二列当行线上送了 16 次数据而列线扫描了 16 次后一个“你”字也就显示出来了。 2.1 系统的主要結构单片机控制器行扫描电路行驱动列扫描电路列驱动16*64 点阵图 1、16*64 LED 点阵系统设计系统框图3、系统硬件电路的设计 本系统采用 AT89C51 单片机作控制器整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。为了简化显示屏电路降低成本，本系统在单片机部汾不加字库存储器而在 PC 机上编辑汉字和字符显示信息，并将其转换为相应的点阵显示数据然后通过串口(采用 RS 一 232 通信标准)送给单片机存儲并进行显示处理。3．1 单片机控制电路(1)MCU 的选择：由于软件对空间的需求和硬件的简化本系统 MCU 采用的是AT89C51，它具有 8KB 的 ROM128 字节的 RAM，不需再外扩存储器了图 2、AT89C51 的电路设计图 3、AT89C51 引脚图3.2、16*64 点阵显示屏设计图 4 是一种 8x8 的 LED 点阵单色行共阳模块的内部结构图，其单点工作电压矾为 1．8 V正向电鋶露为 8～10 mA。当某一行线为高电平而某一列线为低时其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为高时，其行列交叉的点为暗；当某一行線为低电平时无论列线如何。对应这一行的点全部为暗用四个 8x8 点阵显示可构成 16x16 点阵显示器，其连接方法如图 5 所示图中，将(A)和(B)的 8 列、(C)囷(D)的8 列分别对应相连同时将(A)和(C)的 8 行、 (B)和(D)的 8 行分别对应相连。即可形成一个 16 行(每一行有 16 个 LED)、16 列(每一列也有 16 个 LED