1、LED 点阵显示器摘要：本设计使用简单单片机 AT98S52 作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动 16*16 的点阵 LED 显示屏。利用烧录器可以很方便的实现单片机与 PC 机等外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，使信息的发布全面进入动屏时代,所以本设计具有很强的现实应用性。关键词：点阵 LED 单片机目 录16*16LED 点阵显示屏11 绪论 31.1 LED 简介31.2 LED 简介和构成31.3 LED 屏的分类41.3.1 颜色可以分为41.3.2 按显示器件分类51.3.3 按显示方式
2、分类51.3.4 按发光点直径分类61.3.5.按显示方式分类62 LED 点阵显示屏72.1 LED 显示屏的提出72.2 LED 显示屏的需求72.3 LED 显示屏的开发环境82.3.1 显示屏驱动电路的选择 82.3.2 亮度连续可调 82.3.3 串行口的选择 93 系统的具体设计与实现103.1 系统总框图103.2 硬件条件 103.3 驱动部分113.3.1 LED 显示屏行驱动电路113.3.2 LED 显示屏列驱动电路 123.4 亮度连续可调133.5 刷新频率的计算133.6 键盘 133.7 软件方面143.7.1 主程序的流程图143.7.2 按键程序153.7.3
3、 行列的扫描 154 AT89S52 部分程序码1616*16LED 点阵显示屏25 测试、结果及分析175.1 基本功能 175.2 发挥部分功能175.3 其他发挥部分功能176 总结18致谢19参考文献201 绪论1.1 概述16*16LED 点阵显示屏3LED 电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。 9它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 51.2 LED 简介
4、和构成LED（Light Emitting Diode）即发光二极管是利用半导体的 P-N 结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。 9 LED 具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。 4近几年来，它得到迅猛的发展和广泛的应用。从七十年代起，已有人开始用 LED 做为发光像素研制 LED 显示器。随着微机技术的发展和 LED 器件的成熟，LED 显示屏也得到迅猛的发展。目前已研制出多种规格的 LED 屏，从色彩上讲有单色、多色、全色显示屏，从显示尺寸上讲，LED 屏现已做到了数百平方米。 4现已形成了一个新兴的高科技产业。 最近，蓝色、纯绿色超高亮发光二极管相继研制成功并已商
5、品化，用 LED 制成室外“大彩电“已成为现实，它标志着 LED 显示技术达到了一个新的高度。LED 显示屏是用发光二极管作显示像素而构成的显示屏，受空间限制小，适合于几平方米到几百平方米的屏幕，在此范围内和其它几种屏幕相比有较强优势，可表现文字、图形、图像、动画和视频，能较好地适应各种使用环境。 5LED 显示屏系统一般由微机、发送控制板、接收控制板、显示屏屏体、稳压电源及金属框架等部分构成。 5（1） 微机微机主要用于大屏幕系统的操作和控制，体现在上层软件部分。用来制作、编辑欲显示的内容，包括文字、图像、表格，并设置各种节目的播放顺序及画面停留时间等。编辑完成后，微机用来运行播放制作好的内
6、容。微机播放时，内容在微机的显示器上显示出来。 （2） 发送控制板该部分的作用主要是将微机上显示的内容采集下来，进行数据处理和变换，转换成为大屏幕显示所需要的数据格式，并将信号进行功率放大，以发送给远处16*16LED 点阵显示屏4的大屏幕。（3）接收控制板该部分的作用主要是将发送控制板发送来的数据接收下来并送到大屏上的相应位置。 （4）显示屏屏体显示屏屏体主要是由 LED 发光管矩阵和驱动电路构成。它收到接收控制板送来的数据信号，驱动显示屏正面 LED 发光管矩阵的亮灭，使大屏幕显示出一幅幅画面。1.3 LED 屏的分类 51.3.1 按显示颜色可以分为单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）
7、。图 1.1 单基色显示屏双基色显示屏：红和绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜色。16*16LED 点阵显示屏5图 1.2 双基色显示屏全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。1.3.2 按显示器件分类 LED 数码显示屏：显示器件为 7 段码数码管，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：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 LED 视频显示屏：显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。 1.3.3 按使用环境分类室内显示屏：
8、发光点较小，一般 3mm-8mm，显示面积一般几至十几平方米。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、防水功能1.3.4 按发光点直径分类室内屏：3mm、3.75mm、5mm 即 P7.62mm、8mm室外屏：16*16LED 点阵显示屏610mm、12mm、16mm、19mm、20mm、21mm、22mm、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、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发 1.3.5.按显示方式分类有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动 12 块（最多可控制 24 块）8X8 点阵，共 16X48
9、 点阵（或 32X48 点阵） ，是单块MAX7219（或 PS7219、HD7279、ZLG7289 及 8279 等类似 LED 显示驱动模块）3 LED 显示屏的技术16*16LED 点阵显示屏72 LED 点阵显示屏2.1 LED 显示屏的提出LED 显示屏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，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。2.2 LED 显示屏的需求分析信息化社会的到来，促进了现代信息显示技
10、术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP 等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着 LED 材料技术和工艺的提升，LED 显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。这一领域的 LED 显示屏占到了前几年国内 LED 显示屏需求量的 50%以上，目前仍有较大的需求。（2）机场航班动态信息显示。民航机场建设对住处显示的要求非常明确，LED 显示屏是航班住处显示系统FIDS（Flight information Display system）的首选产品。（3）港口、
11、车站旅客引导信息显示。以 LED 显示民间为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容。（4）体育场馆信息显示。LED 显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及 CRT 显示屏，在现代化体育场馆成为必备的比赛设施。（5）道路交通信息显示。智能效通系统（ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域，LED 显示民间作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。 16*16LED 点阵显示屏8（6）调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调高度管理等，也在逐步
12、采用高密度的 LED显示屏。（7）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。（8）广告媒体新产品。除单一大型户内、户外显示屏做为广告媒体外，集群 LED 显示屏广告系统、列车LED 显示屏广告发布系统等也已得到采用并正在推广。（9）演出和集会。大型显示屏越来越普遍的用于公共和政治目的的视频直播，如在我国建国50 周年大庆、世界各地的新千年庆典等重大节日中，大型显示屏在播放实况和广告信息发布方面发挥了卓越的作用。（10）展览会。LED 显示大屏幕作为展览组织者提供的重要服务内容之一，向参展商提供有偿服务，国外还有一些较大的 LED 大屏幕的专业性租赁公司，也有一些规模较大的制造商提
13、供租赁服务。2.3 LED 显示屏的开发环境2.3.1 显示屏驱动电路的选择方案一 在禁止使用专用的 LED 控制芯片的情况下采用通用芯片 74LS595，其具有 8 位锁存、串并移位寄存器和三态输出，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新。其特点是控制信号简单，级联方便，芯片数量少。方案二 我们可以用移位寄存器 74HC164 和译码器 74HC138 配合三级管来实现 LED 点阵显示的行列控制.但由于三极管需要量太大使电源超负荷，将导致屏幕暗亮。综合考虑，我们采用方案一。2.3.2 亮度连续可调方案一 通过在软件中调节刷新频率。刷新频率高的时候,连续点亮的时间短,显示屏亮度低,当刷新
14、频率调低时,连续点亮的时间延长,显示屏变亮。因此通过调节占空比来实现显示屏亮度的调整。但是由于软件调节亮度变化不连续.不能实现连续的亮度调节。并且会出现闪烁。调节的效果不明显。16*16LED 点阵显示屏9方案二 通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。调节电位器实现线形电压调整,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节范围较大，因此用此方法来调节。考综合虑，我们采用方案二。图 2.1 简单单片机处理框图2.3.3 串行口的选择方案一 采用 RS485 来进行长距离（1200M）的传输，RS-485 总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传
15、输速率适当等特点而被广泛应用. 2但 RS485 总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障而且总线本身存在许多的局限性，效率低，实时性差，通信的可靠性低，应用不灵活。方案二 采用 MAX232 来进行串行的传输, 用串行通讯的好处是简单，抗干扰性强.由于本系统有寄存器,因此不需要远距离传输,因此 MAX232 已经足够满足要求。并且可直接和 PC 机接口， 2不用外加协议转换电路。综上所述，方案二比较合理。16*16LED 点阵显示屏103 系统的具体设计与实现3.1 系统总框图图 3.1 系统原理图3.2 硬件条件用常用的 AT89S52
16、 控制。技术比较熟练，应用广泛， 9现在的 51 系列技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。都是 8051 的内核，只不过 52 的内部资源比 51 稍多， 8比如增加了一个 16位的计数器 T2，当然相应的特殊寄存器(SFR)也有了一点变化，另外 52 的内存也从 51 的 128 字节提高到了 256 字节，ROM 也从 2K 提高到 4K，可以装下更大的程序，但是若单从运算速度来讲，由于二者都是 8051 的直系后代，基本上可以认为二者运算性能相同。 1 16*16LED 点阵显示屏11考虑到内存的增加对较复杂的程序带来的好处，
17、52 的总体性能是要比 51 好不少的。 1另外 S52 比 C51 还增加了 ISP 功能， 1就是在线可编程功能，这可是很有用的功能哦，首先是省去购买编程器的钱，另外，对于买不起仿真器或希望能板上调试（就是插在成品电路板上调试）的人来说十分有价值，你可以随时更新插在电路板上的单片机的程序，十分方便。当然 S51 也具备这一功能，C51 和 C52 都不具备，不过他们也已经停产了， 7现在电子市场能买到的大都是 S 系列的。图 3.2 8*8 点阵外观及引脚图采用 4 个 8*8LED 显示模块，构成 16 行*16 列点阵显示点阵显示屏。4 片8*8 点阵 LED 显示模块利用总线形组成一
18、个 16*16 的 LED 点阵，用于同时显示 1个 1616 点阵汉字或 4 个 168 点阵的字母字符或数字。 4单元显示屏可以接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容。3.3 软件部分3.3.1 LED 显示屏驱动电路 4采用 74HC154 译码器。将从 AT89S52 里出来的列信号通过 74HC154 级联而成的 16 位的信号输出端连接到 16*16 的点阵 LED 的输入端，作为点阵的行驱动信16*16LED 点
19、阵显示屏12号。从 89S52 输出四个信号分别输入到级联的 74HC154 译码器， 2然后输出 16位行信号，经过 16 个 200 欧姆的电阻，再输入到 16 个 PNP（8550）三极管的 B极来进行对行信号的放大，其中所有的三极管的 E 极相连接+5V 的电源，所有的C 极接 16 个 LED 点阵的行型号引脚，得到的信号作为点阵 LED 的行输入信号。通过对 154 的四个输入信号进行控制，改变行信号来控制二极管的亮、灭来显示出所要求的字符、汉字。行驱动电路：每个 LED 管亮需要 7mA 的电流，那么 64 个同时亮就需要448mA 的电流，所以我们要对列进行驱动，我们采用晶体管
20、 8550 对列信号进行放大，使 LED 点阵能够正常显示。其驱动电路如下：图 3.3 74HC154 行驱动线路图3.3.2 LED 显示器列驱动电路 4此电路是由集成电路两个级联 74HC595 构成的，它具有一个 8 位串入并出的移位寄存器，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。16*16LED 点阵显示屏13图 3.4 74HC595 列驱动线路图3.4 亮度连续可调用一个 200 欧姆的电阻和 8550 的三极管组成，可以对 LED 的压降进行调节，以到达连续改变亮度。 5此是作为对亮度的调节的方法。3.5 刷新频率的计算根据人眼的视觉的暂留特性，50HZ 是适宜的刷
21、新频率，所以 CPU 的刷新频率一般不低于 60HZ，但是刷新频率太高的话，会使显示屏的亮度降低，所以刷新频率有最高值要求，本设计最高刷新频率为 600HZ。 13.6 键盘键盘是使用比较简单的独立式键盘，而且具有指示功能模块电路图如图图 3.5 按键开关线路图16*16LED 点阵显示屏14键盘各项功能如下：显示模式键：键可以模式选择五种模式，预存汉字、预存符号、SD 卡信息、时钟和 PC 数据显示。滚动模式键：可以控制二种滚动模式，在正常显示模式下实现左、右滚动。循环模式键：可以控制定时循环模式。时间调整键：即时间设定键，在时钟显示模式下，可配合加减键循环设置时、分、秒。定时键：按下时，显
22、示当前的循环间隔的时间，可利用加减键进行间隔控制调整。刷新频率键：按下后，显示刷新频率，可利用加减键调整。滚动速度键：按下后可以显示当前的速度，利用加减键调节滚动速度。加、减键：配合其他键，在各种模式下，实现调整。复位键：复位系统。3.7 软件方面本系统的显示处理采用动态扫描法，而键盘处理采用查询法并注意按键的消抖处理。整个程序可以分为键盘扫描、点阵行列的扫描、串口传输。3.7.1 主程序的流程图否是否是 开始初始化寄存器、变量、I/O是否按键按下？ 按键处理子程序模块是否收到串口命令？ 处理命令子程序模块16*16LED 点阵显示屏153.7.2 按键程序本系统中的按键程序分为按键扫描子程序
23、和按键功能执行子程序。而且在按键中使用了定时器 Time0 来实现按键消抖的功能。是 否是否3.7.3 行列的扫描本系统中利用 89S52 来实现点阵显示屏的行列的扫描，其软件的流程图如下图清中断送扫描行数据扫描当前行行数加 1清中断按键扫描是否有键按下？ 计数器清 0计数器加 1计数器是否大于 10？中断结束置按键有效标志16*16LED 点阵显示屏164 AT89S52 部分主要程序代码 326/以下程序为主函数/void main(void)SCON=0x00; /串口工作模式 0：移位寄存器方式TMOD=0x01; /定时器 T0 工作方式 1：16 位方式TR0=1; /启动定时器
24、T0P1=0x3f;/P1 端口初值：允许接收，锁存，显示IE=0x82;/允许定时器 T0 中断P2=0x00;/P2.0 接无线电接收模块中的第 11 脚(B 键),P2.1 接 12 脚(C 键),P2.2接 13 脚(D 键), 初始化为没有/按键按下while(1)if(P2/即如果 P2.2 脚出现高电平,说明 D 键被按下,点阵显示渝工三校院到了 else if(P2/即如果 P2.1 脚出现高电平 ,说明 C 键被按下,点阵显示渝工学院到了else if(P2/即如果 P2.0 脚出现高电平 ,说明 B 键被按下,点阵显示优惠区到了/end while(1)delay(3000
25、);for(i=0;i7;dispraml*BLKN+1=dispraml*BLKN+1(8-k);16*16LED 点阵显示屏175 测试、结果及分析5.1 基本功能表 5.1要实现的功能 测试的结果LED 显示 实现了 16*16 的点阵显示显示屏无闪烁，亮度适中 达到要求按键控制切换数字和字母 实现了此功能能显示特定汉字和字符 能实现5.2 发挥部分功能表 5.2功能 是否实现？描述亮度连续可调 实现滚屏显示 能实现左右滚屏预存信息 能扩展到 4 组（每组汉字 4 个或 8个字符）掉电保护 实现5.3 其他发挥部分表 5.3功能 是否实现？描述多字体显示 实现，非预置信息可选两种不同的字
26、体滚屏显示 实现了上下滚屏阴阳字 实现混合显示 实现了字符汉字混合显示循环 实现了多条信息首尾相连，连续水平左滚动显示16*16LED 点阵显示屏186 总结本系统完成了 LED 点阵电子显示屏和控制器的制作。经调试，显示屏的显示亮度适中，并能实现持续可调，滚屏显示和实时时间显示。通过和 PC 机的通讯，使显示的信息能实时的更新。整个系统简洁，可靠性高，性能稳定。本系统达到了设计的基本要求和发挥部分的要求，并且在其他发挥项目中扩充了很多设计。 经过本次设计，对 AT89S52，74HC595，74HC154 等芯片功能有了更深层次的理设计中还有欠缺的方面今后的学习工作中会加以注意。16*16L
27、ED 点阵显示屏19致谢而本文的顺利完成，首先要感谢的是樊金巧老师，从选题到定稿，都是在樊金巧老师的悉心指导下完成的，樊金巧老师学识渊博，对待工作一丝不苟、治学严谨的态度使我不仅在做论文的过程中受益匪浅，更是对我在今后的生活、工作和学习都将具有长远的指导意义。感谢父母对我的养育之恩，将我培养成人，我将无以为报，祝你们健康长寿。将近四年的大学生活，让我学到了很多，收获了很多。能一路走来，我感谢我的同学转眼四年仿佛就在昨天,四年里大家一起生活、学习,让我在这个远离家乡的城市有着家一般的融洽,你们给了我最纯正的友情,最真诚的帮助.在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，
28、有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！16*16LED 点阵显示屏20参考文献：1吴金戎、沈庆阳、郭庭吉，8051 单片机实践与应用，清华大学出版社 2002。2胡汉才，单片机原理及其接口技术，清华大学出版社 1995。3马忠梅、籍顺心、张凯，单片机的 C 语言应用程序设计（第 3 版） ，北京航空航天大学出版社 2003。4周志敏、周纪海、纪爱华， LED 驱动电路设计实例电子工业出版社 2008。5编委会，最新 LED 驱动电路设计、应用与制造新技术新工艺实用手册，中国科学技术文献出版社 2008。6王田苗，嵌入式系统设计与实例开发，清华大学出版社 2005。7 Http：/8 Http：/9 Http：/
