1、1江苏城市职业学院毕业设计（论文）（ 2012 届）设计（论文）题目 基 于 AT89S52 的 LED 汉 字 显 示 屏 的 设 计分 工 项 目 硬 件 设 计 办 学 点 （系） XX（ 电 子 工 程 系 ） 专 业 电 子 信 息 工 程 技 术 班 级 XXXXXXX 学 号 XXXXXXXXXX 学 生 姓 名 XXXX 起 讫 日 期 年 月 日 年 月 日 地 点 淮 安 指 导 教 师 XXX 职 称 XXX XXX 年 X 月 X 日2摘 要LED(LightEmittingDiode)行业已经成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。本文介绍了基于 AT89
2、S52单片机的 LED显示屏设计。其中着重介绍了 LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及详细的使用说明和工作流程。本文分为六部分，其中主要内容是系统总体分析，系统硬件设计系统软件设计等三部分。系统总体分析是基础，系统硬件设计是本文的关键，该部分首先简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计图论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口模块的功能及工作过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的设计。本设计具有操作简单、扩展功能较多、实用性强等特点。关键词：AT89S52 单片机 LED 点阵显示 硬件设计3目 录第一章 前言
3、51.1 LED显示屏的发展背景及国内外研究现状51.2 设计目标及思路51.2.1设计的目标51.2.2设计思路5第二章 系统总体分析72.1 LED显示屏的技术现状及发展趋势72.1.1 LED显示屏相关定义72.1.2 LED显示屏的分类72.1.3相关技术72.2 LED点阵驱动原理92.3 LED16*16点阵显示102.4系统硬件的总体结构及布局112.4.1 控制电路设计112.4.2 显示驱动电路122.5本章小结14第三章 硬件设计与实现153.1单片机系统的设计153.1.1 AT89S52主要功能列举如下153.1.2 AT89S52各引脚功能介绍163.2 驱动电路18
4、3.2.1 74LS138芯片简介183.2.2 驱 动 电 路 的 构 成 193.3 本章小结20第四章 汉字点阵显示原理及字库代码获取方法214.1汉字点阵显示原理214.2字库代码的获取方法214.3本章小结23第五章 程序的设计与调试245.1程序流程图245.2程序的设计245.3程序的输入以及 HEX文件的生成2745.3.1 keil的简介275.3.2 keil的使用说明285.4本章小结29第六章 总结与展望306.1 总结306.2展望30参考文献5第一章 前言1.1 LED 显示屏的发展背景及国内外研究现状在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所所
5、需要用 LED点阵显示图形和汉字。LED 行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED 显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站鲁克引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，LED 显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。LED点阵设计主要应用于显示屏，它是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面显示屏幕。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活
6、、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等有点，自 20世纪 80年代后期开始，随着 LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入 90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在 LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。1.2设计目标及思路1.2.1设计目标毕业设计是学生完成本专业教学计划达到培养目标的重要的教学环节，是教学计划中综合性最强的实践性教学环节，它对于培养学生正确的思想和工作作风，提高学生中综合运用专
7、业知识分析和解决实际问题的能力，达到工程技术人员所必须具备的基本素质等方面具有重要的意义。本设计的理论基础是单片机技术基础，微机原理，模拟和数字电路。比如AT89C51 芯片的一些工作原理是在 MCS51的基础上通过改进完成的。8255 芯片的工作方式是在微机原理介绍的。三极管和 74LS154的工作原理也分别在模拟和数字电路离介绍过。通过本设计不仅要把以前学过的知识重新温习，而且在查阅课外资料时还有好多芯片都是以学过的芯片为基础，并且在其基础上改进和完善的。通过这次毕业设计是我在学校学习的理论知识和实际应用有机的结合起来，同时也能培养我独立思考、勇于创新的科学态度和钻研精神，为我将要踏上工作
8、岗位做一次提前的锻炼。1.2.2设计思路利用单片机控制技术控制 LED的显示，再结合单片机的程序作线路布置，即硬6件设计。行列电路设计，分析电路图确定整个系统大概的规模。进行系统分析，通过系统分析，确定该系统该具有哪些功能，有哪些模块，各个模块之间是怎样联系的，以及怎样组合的。确定所需的元器件，然后通过电路图进行连接。集合程序调试，调试整个的系统模块的功能，看各个功能是否能正常运行，并找出程序中的错误，改正这些错误。最终能在 LED电路板上显示所要的图形或汉字。7第二章 系统总体分析本节是该设计的方案与比较部分，对设计中所采用的芯片从多方面综合的进行比较，最后经过仔细的研究后决定所选的器件。2
9、.1 LED 显示屏的技术现状及发展趋势LED显示屏的技术范围包括半导体光电器件技术、电子电路技术、集成电路技术、信息图像处理技术、计算机网络技术以及电子产品制造和电子产品安装工程相关技术。2.1.1 LED 显 示 屏 相 关 定 义(1)LED(light emitting diode):发光二极管(2)LED显示屏（LED panel）:由 LED器件组成的显示屏幕(3)显示单元（display unit）:由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成 LED显示屏的最小单元(4)全彩色 LED显示屏（all-colorLEDpanel）由红、绿蓝三基色 LED器件组成并可调处多种色彩的
10、LED显示屏2.1.2 LED 显 示 屏 的 分 类(1)根据使用环境。LED 显示屏分为室内显示屏和室外显示屏(2)根据显示颜色，LED 显示分为单基色 LED显示屏，双基色 LED显示屏和全彩色(三基色)LED 显示屏。按灰度级又可分为 16、32、64、128、256 级灰度 LED显示屏等。(3)根据显示性能，分为文本 LED显示显示屏、图文 LED显示屏、计算机视频LED显示屏，电视视频 LED显示屏和行情 LED显示屏。(4)根据基本发光点。室内 LED显示屏可以按照 LED单点直径分类；室外 LED 显示屏可以按照采用的象素直径分类。2.1.3 相 关 技 术(1)显示颜色、亮
11、度和视角基础半导体工业的迅猛发展，带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃，高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。首先要按照亮度指标选泽 LED或显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例的一种作为亮度基准。当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种或两种。显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流，以平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮度。显示屏幕的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了达到亮度要求，将每一种颜色都
12、达到最大的亮度，那么就失去了颜色的平衡，例如：双色屏幕的黄颜8色偏红，或者偏绿。目前 LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的红色 LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。在显示屏制作上采用 SMD表贴技术的 LED器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。(2)灰度控制技术LED显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜色的组合，一般可做到 16级、64 级、256 级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出现了非线性
13、级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的“级差一致性” 。目前 LED显示屏灰度控制一般都在256级，通过采用非线性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。实际上、受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商讨的。(3)驱动电路LED正向导通电压的典型值 3.0V4.0V，驱动电流为 20mA。如果只是用一个固定的正向电压驱动 LED，可能会产生变化范围较大的正向电流，例如用 3.4V驱动 6只 LED，相应的正向电流差别较大；10mA44mA，取决于具体的 LED特性曲线。为保证可靠性，驱动 LED的电流必须低于
14、 LED额定值的要求，典型最大值一般为30mA，但是，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50时电流需限制在 20mA以内。LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术性比较强。通用 IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动 IC的发展较快并受到重视和广泛应用。恒流驱动技术根据 LED器件的发光与驱动电流高度祥光的特点，大大提高了 LED显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使 LED显示屏更可靠、亮丽。(4)系统控制技术控制系统是位了达到实现
15、用“计算机”来控制“LED 电子显示屏”而专门设计的。显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为业内关注并研究开发和应用的关键技术包括：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。(5)通信传输和网络控制9对于信息的发送方式：一种是用 232通讯，利用计算机串行口 COM1-COM4通讯，此方式通讯速度较慢，且距离不能太远，只有 30米左右；另一种是采用在计算机上加插一块通讯卡的 422通讯方式，此方式通讯速度快，且距离远，可达 1000米左右。另外、随着计算机网络技术的发展，LED 显示
16、屏在网络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，采用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。现在一般把显示图形或文字的 LED显示屏称为图文屏，其实 LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，这里所谓的图形，是指由单色固定亮度的点阵线条组成的任意图形，其中 LED点阵发光器件或发光或熄灭，即只有两种状态。本系统设计正是基于 LED图文显示屏实际应用，着重实现 LED显示屏的图文编辑及设备驱动。2.2 LED 点 阵 驱 动 原 理发光二极管的结构主要由 PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的
17、低能态跃迁到不稳定的高能态；当是同由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式释放出来，就会产生发光现象。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的 N区有很多迁移率很高的电子，P 区有较多的迁移率较低的空穴。图 2-1 LED通电图由于 PN结阻挡层的限制，在常态下，而这不能发生自燃复合。而当给 PN结加以正向电压时，导带中的电子则可越过 PN结的势垒进入到 P区一侧。于是在 PN结附近稍偏于 P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇后便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg。LED 发光二极管分为正负二个脚当正负之间加
18、入一定的电压时 LED会点亮。10图 2-2 LED显示电路LED发光时一般电流为 3至 30mA左右，LED 有一定的稳压作用点亮时 LED的正负之间的电压为 1.8V至 2.1V左右，LED 加入电压时必须限流，否则会损坏LED。根据发光亮度的需要，LED 的限流电阻可为 1K至 3K之间这是流过几毫安的电流，当需要较高亮度的显示时，可加入较大的电流。例如使用+5V 供电串接 100R的限流电阻则在 100R的电阻上有 3V的压降，因为 LED压降约为 2V则电流约为30mA至 50mA，LED 点阵由数个 LED按一定规律排列而成。LED 显示屏以发光二极管为像素，由 LED点阵显示单元
19、拼接而成。最常见的 LED点阵显示单元有5*7,7*9,8*8,结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符。2.3 LED16*16 点 阵 显 示显示部分是本次设计的最核心的部分，我先对 LED*8点阵显示进行选择然后再其改基础上扩展成 LED16*16。图 2-3 16*16点阵对于 LED8*8点阵显示有以下两种方案：(1)静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0和 1表示，若为0，则表示 LED无电流，即暗状态；若为 1则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路，一幅画面输入以后，所有 LED的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，成本高，且可靠性也较
