1、LED 点阵显示屏的设计（二）沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）I摘 要本设计采用AT89S52单片机作为主控制器，采用LED专用驱动芯片4953和译码器来驱动大小为12832 的 LED点阵显示屏。扩展AT29C系列并行FLASH存储器用于存储字符数据和控制信息。扩展外部并行静态RAM，以弥补51单片机内部RAM的不足，协助单片机实现各种滚动显示效果。主控单片机与通信单片机相互配合，完成显示信息和控制参数的更新以及时间和温度信息的实时采集。系统中的 LED 显示屏可以同时显示上下两行共 16 个 1616 点阵汉字或一行共4 个 3232 点阵汉字，并可以实时显示当前的时间和温度，
2、通过上位机软件还可以修改显示内容和显示效果。扩展的并行 FLASH 存储器，使本 LED 显示系统能够掉电存储 2000 个字符。因为每个 LED 显示单元是相互独立的，并且显示的字符数据是采用串行的传输方式，因此，系统的可扩展性得到了大大的提升，多个显示单元的级联也十分方便。LED 点阵显示屏产品不仅可以用于室内环境，还可用于复杂、恶劣的室外环境，具有很强的现实应用性。关键词：LED 点阵；单片机；并行存储；动态扫描沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）IIAbstractThis design uses AT89S52 MCU as the main controller,uses
3、the special driving chip 4953 and the decoder chip to drive the 12832 LED dot matrix display monitor. Series of AT29C parallel FLASH memory expansion used to store character data and control information.Expanded external parallel static RAM in order to compensate the shortage of RAM inside the 51-se
4、ries MCU, the external RAM assisted the Main Control MCU to accomplish each kind of trundle demonstration effect. The coordination between the Main Control MCU and The Communication MCU, update the character data and the control information as well as the time data and the temperature information re
5、al-time gathering.This LED display system can display two lines of 16 1616 lattice Chinese characters or one line of 4 3232 lattice Chinese characters,the current time and temperature can be displayed by this system,too. The display contents and the effects can be changed through the upper-computer
6、software. Extended parallel FLASH memory, so that the LED display system can save 2000 characters when the power is off. Each LED display unit is independent of each other,and uses the serial transmission mode to display the character data, therefore the extensibility of this system had greatly asce
7、nd, multiple LED display units of cascade is very convenient.LED dot matrix display products not only can be used for indoor environment, but also for complex, harsh outdoor environments, it has a strong practical applicability.Keywords: LED dot matrix;Microprocessor; Parallel store; Dynamic scannin
8、g沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）III目 录1 绪 论 .11.1 课题背景和研究的意义 .11.2 LED 点阵显示屏的发展过程 .11.3 LED 点阵显示屏的分类 .21.4 LED 显示屏的应用实例 .31.5 课题任务及要求 .32 LED 显示屏的总体方案设计与分析 .42.1 显示单元的设计 .42.2 传输方式和可扩展性的设计 .42.3 扫描方式的设计 .42.4 滚屏的实现 .52.5 字模数据的存储方式 .52.6 上位机与主控单片机的通信、实时时间和温度采集的设计 .62.7 信号的衰减和抗干扰设计 .62.8 系统总体结构框图 .72.9 系统的工作过程
9、 .73 LED 显示屏的硬件设计 .83.1 主控单片机电路 .83.1.1 AT89S52 单片机介绍 .83.1.2 AT89S52 单片机的标准功能 .83.1.3 单片机的复位电路 .93.1.4 单片机的时钟振荡电路 .103.2 LED 显示单元电路 .113.3 行、列驱动电路 .123.3.1 行驱动电路 .123.3.2 列驱动电路 .143.4 存储器的扩展电路 .16沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）IV4 LED 显示屏的软件设计 .184.1 开发工具介绍 .184.2 程序流程图 .204.2.1 主程序流程图 .204.2.2 静态模式程序流程图 .2
10、14.2.3 1616 上滚模式程序流程图 .214.2.4 3232 左滚模式程序流程图 .224.2.5 时间模式程序流程图 .234.2.6 主程序初始化程序流程图 .255 系统的仿真 .265.1 Proteus 仿真软件的介绍 .265.2 显示屏系统仿真的效果 .265.2.1 静态模式下的仿真效果 .265.2.2 1616 上滚模式下的仿真效果 .285.2.3 3232 左滚模式下的仿真效果 .295.2.4 时间模式下的仿真效果 .306 PCB 印刷电路板的设计 .336.1 PCB 设计软件 Protel 99SE 介绍 .336.2 元件布局及 PCB 整体结构工艺
11、 .336.3 布线工艺与准则 .336.4 PCB 实物照片 .357 LED 显示屏的整体调试 .397.1 LED 显示单元板和主控板的焊接组装 .397.2 整体调试 .417.2.1 LED 显示屏的调试 .417.2.2 通信单片机的通信调试 .417.2.3 主控板的整体调试 .427.3 实际显示效果图 .427.4 系统升级方案探讨 .45参考文献 .47总结 .48沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）V附录 LED 点阵显示单元电路图 .49附录 LED 点阵显示屏系统主控板电路图 .50附录 LED 显示屏系统元件清单 .51附录 LED 显示屏系统设计作品实物
12、.52附录 设计作品实际效果图 .54附录 主控单片机程序清单 .57沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）11 绪 论1.1 课题背景和研究的意义随着社会的飞速发展以及人们生活水平的不断提高，作为人机信息视觉传播媒体的 LED 点阵显示屏以其高亮度、低工作电压、小功耗、长寿命等优点迅速成长为平板显示的主流产品。LED 点阵显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像以及视频流媒体，它不仅可以用于室内环境，如金融证券、体育场馆、邮政电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示；还可以用于复杂、恶劣的室外环境，如道路交通、商铺的广告灯箱以及广场宣传等，而且其应用于室外环境时具有投影仪、电视
13、墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED 点阵显示屏是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统，是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，也是目前国际上极为先进的显示媒体，所以 LED 点阵显示屏的发展前景是被公认为最具潜力也是最广阔的。1.2 LED 点阵显示屏的发展过程第一阶段，1990 年以前是 LED 显示屏的成长时期。一方面，受 LED 材料器件的限制，LED 显示屏的应用领域没有广泛开展；另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的 LED 显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，灰度等级为单点 4
14、级调灰，成本较高。第二阶段，19901995 年，这一阶段是 LED 显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速发展，信息技术的各个领域不断突破，LED 显示屏在 LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED显示屏进入市场。电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现 16 级灰度和 64 级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）2路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是 1993 年证券股票业
15、的发展更引发了 LED 显示屏需求量的大幅增长。LED 显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，成为新兴的高科技产业。第三阶段，1995 年以来，LED 显示屏的发展进入一个总体稳步提高、产业格局基本完善的时期。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入 WTO、北京申奥成功、上海世博会的召开等，成为 LED 显示屏产业发展的契机，LED 显示屏必将得到飞跃发展。1.3 LED 点阵显示屏的分类按颜色分类单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色） 。 双基色显示屏：红和绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示
16、一千六百多万种颜色。按显示器件分类LED 数码显示屏：显示器件为 7 段数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。LED 点阵图文显示屏：显示器件是许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于显示文字、图像信息。按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般 3mm8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防尘等功能。按发光点直径分类室内屏：3mm、3.75mm、5mm、室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光
17、二极管封在一个塑料筒内共同发光，增强亮度。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）31.4 LED 显示屏的应用实例LED 条形屏应用实例如图 1.1 所示。图 1.1 LED 条形屏应用实例LED 图文屏应用实例如图 1.2 所示。图 1.2 LED 图文屏应用实例1.5 课题任务及要求本设计主要利用 AT89S52 单片机控制大小为 12832 的 LED 点阵显示屏显示文字信息，通过与 VB 编写的上位机软件进行串行通信，可以随时改变 LED 显示屏的显示内容和显示方式。设计一个 LED 显示屏，应具有以下功能：同时显示两行共 16 个 1616 点阵汉字或一行共 4 个 3232
18、点阵汉字。可以有多种文字的运动方式和显示样式，如文字的上移、下移、左移、右移等，以及阴文和阳文样式。在显示汉字信息的同时，可以实时显示时间、日期、温度等信息。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）42 LED 显示屏的总体方案设计与分析2.1 显示单元的设计用 LED 点阵模块显示一个汉字字符，通常需要 4 块 88 的点阵模块组合成大小为 1616 的 LED 点阵显示矩阵来实现。考虑到驱动电路的能力和安装更换的方便，本设计将 8 块 88 的点阵模块组合成大小为 3216 的 LED 点阵显示矩阵作为一个 LED 显示单元来使用。根据设计要求，整个屏幕应能同时显示两行共 16 个16
19、16 点阵汉字或一行共 4 个 3232 点阵汉字。因此本设计需要用 8 个 LED 显示单元模块拼接成大小为 12832 的 LED 点阵显示屏。2.2 传输方式和可扩展性的设计本设计要求的 LED 显示屏大小为 12832。如果采用并行的数据传输方式，这就需要相当多的列数据线，一方面需要占用主控单片机大量的 I/O 端口，另一方面因受到列数据锁存器地址线数目的制约，不能随意的增添显示单元，为日后扩展升级带来极大的麻烦，而且采用并行的数据传输方式会造成每个显示单元的电路结构不同，进而导致单元板 PCB 电路结构也不同，完全不符合模块化设计的要求。因此摒弃了传统的并行传输方式，采用独特的串行锁存技术，本设计中通过控制四根控制总线就能实现各显示单元之间的列数据的锁存。采用串行锁存技术的的优点：每个显示单元的电路结构完全相同，不涉及到列数据的地址分配，降低了PCB 布局及布线的难度。每个显示单元的 PCB 结构都是完全一样的，可以方便于批量生产，降低了成本。可以随意改变显示单元的在整个显示屏中的位置，安装、维修方便简单。2.3 扫描方式的设计LED 点阵显示系统中的显示方式可分为静态和动态显示两种。静态显示原理简
