单片机的LED点阵屏显示学习资料
51单片机的LED点阵屏设计
1 引言
点阵显示是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的新型显示方式。由于其具有色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大多数的公交车招牌都是采用固定的板块显示，显示的信息量少，内容固定，修改站点信息比较麻烦，不能快速、便捷的更新站点信息。本文提出一种方案，采用LED点阵显示模块，克服了上述缺点，不仅可以静态的显示公交车站点信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容量。为了醒目，还可以产生诸如闪动、滚动等显示效果。
1.1 车内显示器的发展现状
随着电子技术和计算机控制技术在客车上的日益广泛的应用，客车内的路牌显示器也经历了从灯光路牌、翻板式电子模块路牌、CRT显示、LCD液晶显示和LED 点阵显示等几种发展类型；显示信息也从固定内容发展到任意内容的多种显示方式；对显示信息的编辑、修改，也由遥控键盘有线通讯模式发展到用计算机编辑文字，在经专用无线控制器将其发射到各站点的通讯模式。以后的发展趋势是卫星定位系统站点显示器，客车内站牌显示器由天线、卫星定位模块、微处理器、LED点阵驱动电路、LED点阵站牌和电可擦写存储器构成。
目前在客车内广泛的显示器由LED点阵显示器和LCD液晶显示器，还有部分CRT 显示器，由于CRT显示器耗电量多、体积较大，且本质量较重，与LED点阵显示器和LCD液晶显示器相比，已处于下风，目前LED和LCD显示器成为现代人们选择之一，它们各有优缺点。LCD液晶显示器具有图像清晰、体积小、功耗低等优点，但它的成本高、亮度低、寿命短、可视距离和角度很有限。而LED显示屏具有亮度高、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富等优点。
1.2 LED点阵显示系统
点阵显示是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的新型显示方式。由于其具有色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大
多数的公交车招牌都是采用固定的板块显示，显示的信息量少，内容固定，修改站点信息比较麻烦，不能快速、便捷的更新站点信息。本文提出一种方案，采用LED点阵显示模块，克服了上述缺点，不仅可以静态的显示公交车站点信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容量。为了醒目，还可以产生诸如闪动、滚动等显示效果。
目前LED显示屏的种类越来越多，从使用场合及亮度考虑可分为室内与室外屏，从扫描方式可分为动态扫描显示屏和静态扫描显示屏。室外使用的交通诱导屏，通常采用计算机同步控制的静态扫描显示，每个像素由几个高亮LED发光管组成，可做成多色或全色。其优点在于播放的内容信息量大，实时性强，且由于采用静态显示，亮度高；其缺点是硬件电路复杂，成本高。室内使用的由8×8LED 点阵拼成的显示屏也有同步和异步之分，同步控制显示屏由计算机作为主控器，异步控制显示屏的主控器可采用单片机。单片机控制的单色显示屏由于结构简单，成本低廉，适合作为客车广告屏。
本文介绍的客车广告屏屏系统是智能交通系统的一部分，它是利用先进的显示、及通信等技术手段，动态地、实时地显示公交车的站点信息，最大限度的提高公交车站牌的信息显示量。本系统采用的STC89C516RD+(宏晶科技)单片机是新一代增强型8051单片机标准的制定者，致力于提供满足用户需求的世界级高性能单片机技术，在业内处于领先地位，销售网络覆盖全国。在保证质量的基础上，以极低的价格和完善的服务赢得了用户的长期信赖。在广受欢迎的STC89C51全系列单片机的基础上，现全力推出“1个时钟/机器周期”的单片机,全面提升8051单片机性能。用该单片机作为系统的中央控制单元，负责产生和控制扫描信号、读出显示缓冲区的数据送给扫描驱动电路，使LED点阵屏按照一定的要求显示。根据设计要求，显示方式要具有掉电存储功能，因此，在单片机外围电路加上I2C总线的EEPROM，利用单片机外部中断功能检测出来所需要的显示方式，并把它存储在该EEPROM内，这样，即使断电显示方式也仍然存储在该EEPROM
里面，单片机再重新读取该EEPROM里面的内容，也就是断电前的显示方式。结合KEIL软件编程，实现了PC机通信、控制界面以及安全措施，从而大大丰富了系统功能，提高了系统的可操作性，使达到交互式与智能化，符合未来交通系统
智能化、网络化的发展方向。利用该系统，可以实现同一站牌不同方向客车站点的静态显示、动态显示和定时显示控制，另外用来应对交通突发事件，作为应急告示，达到疏散交通，保护人们安全的目的。
设计时考虑到系统的扩展加上升级模块，可以实现系统的远程升级；加上公交车到站时间预测模块，可以预测到公交车到站的时间，方便行人；加上网络模块，可以连接互联网，直接通过互联网进行控制，也为以后的智能交通打下基础。
2 LED点阵显示的理论基础
LED点阵显示的基础理论包括光电子学、半导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个方面，既有硬件又有软件。上述各个领域都有自成体系，本文无法一一尽述，只能以显示屏为主线进行讨论，主要阐述了LED器件的应用基础和工作原理，以及LED点阵模块的构成和工作原理。
2.1 LED器件的应用基础
LED器件种类繁多。早期LED产品是单个的发光灯，随着数字化设备的出现，LED 数码管和字符管得到了广泛的应用。
LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯等。
LED发光灯的外形由PN结、阳极引脚、阴极引脚和环氧树脂封装外壳组成。其核心部分是具有注入复合发光功能的PN结。环氧树脂封装外壳除具有保护芯片的作用外，还具有透光聚光的能力，以增强显示效果。
LED器件通常用砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）等半导体材料制成。当向LED 器件施加正向电压时，器件内部的电子与空穴直接复合而产生能量，以光的形式释放出来，产生半导体发光。因此LED的驱动就是如何使它的PN结处于正偏状态，而且为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方法可以分为直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等[2]。
2.2 LED点阵模块
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器件组成LED显示屏的最小单元，也叫点阵显示模块。
点阵显示屏是由上万个或几十万个LED发光二极管组成，每个发光二极管称为一个像素。为了取得良好的显示一致性并简化器件结构，八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成，即所谓的点阵模块。点阵模块具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。按照颜色的不同分为单基色、双基色和三基色三类，可显示红、黄、绿、蓝、橙等颜色。按照点阵规模大小分有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、32×32、40×40等。按照像素的直径大小分有φ3、φ3.75、φ5、φ10、φ20等。
（a）外部结构
（b）内部结构
图1 8×8点阵结构
图1为8×8单基色点阵的结构图，从内部结构可以看出8×8点阵共需要64个发光二极管，且每个发光二极管是放置在各行和列的交叉点上。当对应的某一列置高电平，另一列置低电平时，则在该行和列的交叉点上相应的二极管就亮。LED显示屏就是由若干个点阵模块组成的，它通过一定的控制方式，就可以显示文字、文本、图形、图像、动画等各种信息，以及电视、录像信号。
3 方案设计
从前两节的论述中可以看出LED点阵显示技术已经相当成熟。实现方案非常多。本文要设计的是客车内LED点阵显示屏，根据客车内的特殊环境，选择方案时就要考虑公交车的车身尺寸、震动、温度等对显示屏的影响，以及客车内电源的局限性，为了节约电能，采用太阳能电池供电，就要使显示屏功耗降到最低。
3.1 显示方案
根据论文的设计要求，本文提出了以下几种方案，对比论证，选取较合适的方案。（1）CRT监视器设计方案：在站牌出安装一小型彩色监视屏，将站点信息显示在CRT监视器上，供行人查阅。站点信息放在存储器内，通过无线广播的方式进行数据更新。这种方案的优点：是成本比较低，可以采用淘汰下来的电视机作为监视器；缺点是：耗电量巨大， CRT显示器在阳光下的显示效果不理想。
（2）LED点阵显示屏设计方案：整个站牌由LED显示屏构成，站点信息在点阵屏幕上显示，并且可以以静态的方式固定显示站点或者以动态的方式轮流显示所有的站点。系统通过RS485或者互联网进行更新、升级。这种方案的优点是：成本相对比较低廉，能及时动态的显示站点信息，显示的信息容量也比较大，便于远程控制和升级。缺点是：受目前LED显示技术的限制，对于图像和视频显示的效果不是很理想。
（3）液晶显示器（或者等离子）设计方案：由液晶（等离子）显示器构成站牌，不但能显示站点信息，还可以显示图象或者视频信息，站点信息经过专用电缆或者互联网络传送。这种方案的优点是能在有限的站牌上显示更多的信息，尤其是图像和视频信息，缺点是成本太高，数据传输量巨大，不适合推广使用。
通过比较上述三种方案，可以发现LED点阵显示方案有很大的可行性，而且其系统的升级也比较方便，便于推广使用，适应现代化建设的发展需求。
3.2 控制电路方案
控制电路有两种选择，数字电路控制和CPLD控制。
数字电路控制的原理是LED点阵显示屏由单片机控制电路和显示驱动电路两大部分组成，一般的单片机控制部分采用ATMEL公司的51系列单片机，考虑到它的ROM相对较小，这里采用增强型的51单片机STC89C516RD+(宏晶科技)单片机，显示驱动部分由16片8×8 LED点阵模块和相应的驱动电路组成，位码扫描信号和段码信号都有单片机提供。
由CPLD器件组成的控制电路，具有很高的可靠性和设计灵活性，所实现的显示效果样式较多，但采用可编程逻辑器件CPLD的设计成本相对较高。
由于采用由单片机组成的控制电路已能完成设计的要求，且其性价比要优于采用由CPLD组成的控制电路。因此，本文采用前者作为控制电路。
3.3 系统框图
整个系统由两大模块组成：主控制单元和辅助控制单元模块。其框图如下所示。
图2 主控制单元结构框图
图2为主控制单元结构框图，它主要完成的功能是LED点阵的显示和定时显示控制。DS1302为时钟芯片，为显示准确的时间； DS18B02是温度控制芯片，显示车内的温度；AT24C256是容量为256Kbit的E2ROM，用来保存扫描方式的数据的信息，以及广告信息和更新广告信息等其它待显示的信息。RS232通信模块用来更新显示信息和升级系统。
4 系统硬件设计
4.1 显示屏驱动显示电路
显示屏分成屏体和控制器两部分，屏体的主要部分是显示阵列以及有行列驱动电
路。根据安装环境的空间以及考虑成本造价，决定使用多大尺寸的显示屏，从而决定了显示模块的数量，这里以8×8点阵为例，模块单位为256点阵，即需要16块点阵模块，如图4示。汉字一般是256点阵，那么该屏可以一次显示4个汉字。
采用扫描方式进行显示时，分成两步，对于每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器，由单片机给出行选通信号，从第一行开始依次对各行进行扫描，对于列，根据各列所存数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，那么该行该列的LED将亮，以同样方法进行显示全部各行都扫描一遍之后(一个扫描周期)，再从第一行开始，进行下一个周期的扫描。只要一个扫描周期的时间比人眼1/25秒的滞留时间短，就不会感觉出闪烁现象。
显示数据从驱动芯片到显示模块是以并行方式传输的，但显示数据从单片机到驱动芯片是以串行方式传输的，由于串行传输的控制电路简单，设计容易，缺点是串行数据传输需要很长的时间，不过这可以由软件来弥补，也可考虑单片机的控制速度。
显示驱动电路由74HC595组成。74HC595输入端是8位串行移位寄存器，输出端是8位并行缓存器具有锁存功能。由于CLK、LOAD端相连，而数据线分开，这样在同一脉冲下，行列的数据可以同时进行传入，行列数据准备好后，启动LOAD 信号使所有数据同时输出并锁存，这样的设计较之传统方法提高了4倍的速度，占用I/O口少，由于CLK， LOAD引线较长，为避免线间干扰，在驱动6片74Ls595之后再加驱动芯片74L5244以驱动下一级驱动电路。
行列扫描驱动相当于对发光管脉冲供电，要获得与直流驱动方式相当的发光强度，脉冲驱动电流的平均电流I1与直流电流I2相同，它们与脉冲电流幅值If 的关系为If=Ton/Th，×I1是扫描周期，Ton是导通时间，占空比是1/16，扫描频率应大于24HZ，I取8mA，那么I=8×16=128mA，发光管压降取2V，那么每个发光管应串接50的电阻。行驱动最大瞬间电流能达到128×80=10.240A。
LED显示屏驱动电路的设计，与所用控制系统相配合，通常分为动态扫描型驱动及静态锁存型驱动二大类。以下就动态扫描型驱动电路的设计为例为进行分析：动态扫描型驱动方式是指显示屏上的4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使得每行LED的点亮时间占总时间
的1/n，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。常规型驱动电路的设计一般是用串入并出的通用集成电路芯片如74HC595或MC14094等作为列数据锁存，以8050等小功率NPN三极管为行驱动，而以达林顿三极管如TIP127等作为行扫描管。如动态扫描型驱动方式是指显示屏上的4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使得每行LED的点亮时间占总时间的1/n，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。常规型驱动电路的设计一般是用串入并出的通用集成电路芯片如74HC595或MC14094等作为列数据锁存，以8050等小功率NPN
图3 显示驱动电路
三极管为列驱动，而以达林顿三极管如TIP127等作为行扫描管。如以单色点阵、16行×64列为一个基本单元，则需用8片74HC595、16个行扫描管，其工作原理为：将八片74HC595级连，共用一个串行时钟CLK及数据锁存信号STR。当第一行需要显示的数据经过8×8=64个CLK时钟后将全部移入74HC595中，此时产生一个数据锁存信号STR，使数据锁存在74HC595的后级锁存器中，同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高平，显然第一行LED管子的亮、灭取决于74HC595中所锁存的信号；在第一行LED
管子点亮的同时，在74HC595中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，并同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管子点亮……以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像，其工作时序见图4。
图4 串行移位工作时序图
4.2 显示屏主控制电路
在控制领域51系列、PIC系列以及AVR系列单片机是常用的微型控制器，每个系列都有自己的优缺点，在某些方面都有自己的长处。在具体的设计当中要综合考虑，如单片机的资源是否满足系统要求，系统是否有严格的速度要求，系统对控制器的抗干扰能力，硬件的加密性，外围电路是否简单，是否有比较齐全的成熟的开发、调试工具，如果要生产的话，则还要考虑价格和供货渠道等因素。
4.2.1 控制器的比较及选型
PIC系列单片机：PIC单片机采用精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。PIC有优越开发环境。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器
控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。
AVR系列单片机：是一种新型的单片机。运行速度快，一个时钟周期执行一条指令。硬件应用哈佛(Harvard)结构，具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。AVR单片机是多累加器型，数据处理速度快。超功能精简指令，具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。相当多的单片机只有一个累加器，就像一条独木桥，所有事都要通过累加器，速度慢。AVR单片机系列中有128B～4KB 的SRAM静态随机数据存储器，可灵活使用指令运算、存放数据，中断响应速度快。AVR像8051一样，有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。高级C 语言编程效率高。从高级语言C代码完成同一任务实例来比较，8 MHz AVR单片机的速度相当于224 MHz的80C51单片机，AVR比80C51快28倍。AVR是低功耗单片机，具有休眠省电功能(Power Down)及闲置(Idle)低功耗功能。一般耗电在1～2.5 mA；对于典型功耗情况，WDT关闭时为100 nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。可多次烧写的Flash，且具有多重密码保护锁死(Lock)功能。I/O口功能强、驱动能力大，具有输入/输出、三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，以便于应用到各种所需的场合(多功能I/O口)。
51系列单片机：51系列是指是兼容Intel公司51指令集的单片机系列的统名称。这种单片机所包括的硬件资源有：
（1）一个8位的微处理器；
（2）片内数据存储器RAM，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以欲显示的数据等；
（3）片内程序存储器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；
（4）四个8位并行I/O接口P0～P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出；（5）两个（或三个）定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时
的结果实现计算机控制；
（6）五（或六个）个中断源的中断控制系统；
（7）一个全双工UART接口（通用异步接收发送器）的串行I/O，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容须要外接。可以看出MCS-51系列单片机也是一款功能强大的单片机。
STC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/ 高速/ 低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟 / 机器周期和6
时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。
特点如下：
（1）.增强6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU；
（2）工作电压：5.5V~3.4V（5V单片机）/3.8V~2.0V（3V单片机）；
（3）工作频率范围：0~40MHz，相当于普通8051的0～80MHz实际工作频率可达48MHz；
（4）用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；
（5）片上集成1280字节/512字节RAM；
（6）通用I /O口（32/36个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8 051传统I /O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I /O 口用时，需加上拉电阻；
（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片；
（8）EEPROM功能；
（9）看门狗；
（10）内部集成 MAX810 专用复位电路（D 版本才有），外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路；
（11）共3 个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；
（12）外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；
（13）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；
（14）工作温度范围：0~75℃/－40~+85℃；
（15）封装：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。
从以上几种型号单片机的比较中可以看出，PIC单片机、AVR单片机虽然在很多方面都有其特点，如在运行速度上，内部资源的配置等。但因其价格高，开发工具不及使用51系列单片机齐全，再考虑本系统对CPU的要求并不是很高，综合考虑还是选用已经普及的51内核的单片机。
4.2.2 EEPROM存储器的选用
为了能将系统所设定的常数，如更新的站点信息，设定的定时显示时间在系统掉电之后仍能恢复，在设计时必须考虑将常数保存起来。由于STC89C516RD+单片机片内没有EEPROM，须采用外部扩展方式。在系统的设计过程中，为了取得较大的系统余量，常采取存储芯片AT24C256，按照16×16的点阵来算，可以存储1000个字符，对于一个客车广告屏屏来说容量已经足够。
AT24C256接口采用I2C总线接口方式。I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。连接总线的器件的输出必须是集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率可达400kbit/s。它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线和连在总线上的上位机进行通信，并根据地址识别每个器件。采用I2C
总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行检测，从而实现对硬件系统既简单又灵活的扩展与控制。
表1 24C256的管脚介绍
4.2.3 控制单元和存储单元电路
用PC机实现的主要功能包括单片机显示子系统的(选择显示方式选择，包括静态、闪动、滚动、打字等)，滚动方向选择（包括上下滚动和左右滚动），动态显示速度调节（即文字闪动频率、滚动速度、打字)，显示速度等。显示采用定时器中断方式进行行扫描，每次中断显示一行，定时中断时间为1.25ms，这样整屏的刷新率为50Hz，因而无闪烁感。实现动态显示速度调节的方法通常是改变定时器的中断时间，但是当显示速度很慢的时候，该方法容易使整屏的刷新率降低，从而使显示内容出现闪烁。因此，本设计采用一种“软定时”方法，即在程序中命名一个变量作为“软定时器”，以用来设定两次动态显示的时间间隔。在对定时中断调用计数时，如果调用次数达到设定值，则改变显示内容。为保证能够正常显示，“软定时器”的设定值必须大于整屏显示周期。由于显示屏每行显示1.25ms，整屏显示周期为20ms，考虑到余量的情况，可将软定时器的设定值定在大于30ms。如此循环计数，即可实现动态显示。“软定时器”的设定值可以通过上位机PC机来改变，这样既可实现LED动态显示的速度调节，又可保持显示内容的流畅和无闪烁感。
以上提到的静态、闪动、滚动和打字等4种显示方式，实际上是单片机定时中断程序进行行扫描处理的不同方法。下面将分别说明如何实现这4种显示方式。静态显示只需在定时中断处理程序中从显示缓冲区调入相应的一行显示数据，然后选中该行即可实现该行的显示，如此循环，便可显示整个内容。
闪动显示与此类似，不同的是要间隔一个“软定时器”的定时时间，在行扫描时，行移位寄存器的D端打入的数据全为0，可使得整屏不显示，以确保黑屏的时间
与显示当然时间相等，从而实现汉字或图符的闪动显示。
滚动显示要求需要显示的内容每隔一定时间向指定方向这里以从右向左为例移动一列，这样显示屏可以显示更多的内容。为此，需要在下次移动显示之前对显示缓冲区的内容进行更改，从而完成相应点阵数据的移位操作。具体操作方法是：设置一个显示缓冲区，该区应包括两部分，一部分用来保存当前LED显示屏上显示的4个汉字点阵数据；另一部分为点阵数据预装载区，用来保存即将进入LED 显示屏的1个汉字的点阵数据。滚动指针始终指向显示屏的最右边原点。当滚动指针移动到需要显示的点阵数据存储区的第1个汉字的首地址时，内容。需要注意的是，要确保该操作能在1.25ms的中断时间内完成（这里STC89C516RD+采用24MHz晶振实验证明可以实现该操作）。这样，在一个扫描周期后，整个汉字将左移一列，而显示缓冲区的内容也同时更改。由于预装载区保存了1个汉字点阵数据，即16×16点阵，所以当前显示缓冲区的内容只能移动16列。当下一个滚动到来时，滚动指针将移动到点阵数据存储区的下一个汉字的首地址，并在预装载区存入该汉字的点阵数据。然后重复执行上述操作便可实现滚动显示。特殊字符或图形的显示与此类似，这里不再赘述。打字显示要求汉字在显示屏上按从左到右的顺序一个个的出现，如同打字的效果。设计时可采用如下方法：首先将LED显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即LED显示空白，然后每间隔一个“软定时器”设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个汉字点阵数据并进行扫描显示，这样就可达到打字显示的效果。
DS1302慢速充电时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月，月末的日期自动进行调整，还包括了闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24小时或带AM（上午）/PM（下午）的12小时格式。使用同步串行通信，简化了DS1302与微处理器的通信。与时钟/RAM通信仅需三根线：（1）RST（复位）、（2）DO（数据线）和（3）SCLK（串行时钟）。数据可以以每次一个字节或多达31字节的多字节形式传送至时钟/RAM或从其中送出。DS 1302设计成能在非常低的功耗下工作，消耗小于1微瓦的功率便能保存数据和时钟信息。
传感器部分采用美国dallas半导体公司的DS18B20.温度测量范围为-55℃～
+125℃，DS18B20是一种继DS1820之后新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测的温度。DS18B20是支持“一线总线”接口的温度传感器，对DS18B20读出或写入信息仅需要一条线路，因此电路连接简单，一条线上可同时扩展多个传感器，以增加测量的准确性，该传感器支持3.0V～5.5V的电压范围，可靠性高，体积小，更经济，更灵活。
4.2.4 远程通信电路
在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。
在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”，-5—-15V；逻辑“0” +5— +15V 。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V
的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座，通常插头在DCE端，插座在DTE端。一些设备与PC机连接的RS-232-C接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺。电路原理如图11所示，使用RS-232C的4、6和1、7、8分别进行短接，将2、3脚引出通过MAX232电平转换后连接到单片机的串口，在通信的时候，尽量要选用低的波特率，这样不容易出现错误，单片机的晶振频率最好选用11.0592MHZ，有利于正确传输数据[12]。
图5 远程通信电路
5 系统软件设计
5.1 显示屏主体显示
本设计采用LED点阵显示屏设计方案，初步实现了在同一公交站牌显示不同公交车次，以及动态和静态的显示。
程序在初始化后将存储在ROM内部的站点信息读出，送至单片机的RAM，初步的进行汉字点阵转换，转换后的数据再经过显示效果处理，比如站点信息的左移显示、右移显示、上下移动显示、滚动显示、等等。最后送入数据缓冲区，调用显示子程序，完成广告信息的显示。主程序的流程图如图12所示。
显示子程序的任务是将缓冲区的数据读出，然后送到点阵屏显示。点阵显示的原理是按照列进行选择，然后通过串并转换，将一列的显示数据送至选择的列排点阵中，然后选择下一列，重复这样的步骤，就可以实现数据的显示。显示子程序的流程图如图13所示。
图6 主程序流程
图图7 显示流程图
5.2 显示屏显示效果
显示添加上效果处理后，增添了动态效果，能达到更好的显示效果。主程序在开始的时候设置要显示的效果，在显示效果子程序中，程序判断需要显示的效果后调用不同的显示效果处理程序，对缓冲区内的数据进行效果处理，最后再送入显示缓冲区，等待显示调用。其程序流程图如图14所示。
图8 显示效果流程图
5.3 远程通信设计
在远程通信程序中单片机主要完成接收PC机通过串口发送过来的公交车站点数据。采用中断接收方式。在中断服务子程序中，为了区别所接收的信号是联络信号还是字节数、是数据还是校验和，需要对接收到的数据进行辨别。首先在主程序开始中进行设定，若接受到的是01H，则判定为接收联络信号；接收到的是02H，则判定为接收命令信号；若接收到的是03H，则判定为接收数据信号；接收到的是04H，判定为接收数据开始标志信号；接收到05H，判定为结束接收数据标志信号[13]。
程序在初始化后，首先调用单片机内部ROM区存储的站点信息，当有远程通信的数据到来时候，先将接收到的数据送到单片机内部的数据缓冲区，进行数据辨别和处理之后，再送到外部的E2 ROM中，将这些处理之后，再开始调用外部存储器的站点信息。
单片机远程通信程序的流程图如图16所示。
设置STC89C516RD+的串行口工作于第3种方式：9位异步传输，波特率由定时器1的溢出率决定。数据帧共12位，四个用于起停和命令标志位，8位数据放在四
位标志位之后，接收时存入RB8，发送时取TB8中的值，由硬件自动完成。波特率设定为9600bps，串行口初始化后，需有一个时间延迟再接收数据，数据接收完后也需一个时间延迟后再转入接收状态。
在串行通信RS232收发器控制方面，平时置P1.0为低，使串行口处于侦听状态，当有串行中断时，则置P1.0为高，发送应答信息，然后再置P1.0为低接收控制指令，继续保持Pl.0为低，使串行收发器处于接收状态，在这些过程中，涉及收、发等功能转换。
图9 远程通信流程图
6 系统测试结果
系统在测试的过程中，硬件电路相比较复杂，加上对点阵电路的研究不够深入，刚开始设计的时候，走了很多的弯路。尽管没有出现大的异常情况。但在软件调
试过程中，出现一些问题：
（1）单片机输出的信号在点阵屏幕上显示为乱码，不能正确显示字符，通过示波器的跟踪观察，确定为输入锁存芯片74SC244信号选择端没有正确连接所致，通过将电路修改后解决问题。
（2）芯片编程出现错误，更换芯片后仍不能解决问题，经仔细查找后发现刚开始选用的AT89S52的ROM空间不够所致，所烧写的程序代码已经超过AT89S52
内部的4KB的ROM空间，选用宏晶科技的STC89C516RD+单片机并且外加一片
AT24C256芯片后解决问题。
7 结论
本文所讨论的客车广告屏的设计采用了宏晶科技的STC89C516RD+单片机作为系统的中央控制单元，并结合软件编程，实现同一站点不同方向客车的静态显示、动态显示，简化了系统操作，丰富了系统功能，符合未来交通智能化、网络化的发展方向。
本系统经过改进后还可以应用到广告宣传的领域，通过远程通信实现对点阵屏幕的远程控制。在通信网络日益完善、通信工具日趋普及的今天，是一种很值得推广的技术。该系统具有较高的性能价格比，由此开发出的智能信息显示产品符合未来智能交通的发展方向，很具市场发展潜力。
致谢
在本次挑战杯设计过程当中，指导老师赵明富和其他老师以及同学们都给予了很大的帮助支持，赵老师严谨的治学态度和务实的求知精神给我留下了很深的印象，他们鼓励我孜孜不倦，锐意进取，特别是在困难的时候，他有意识地培养我独立思考和解决问题的能力。赵老师的严格要求，令我以后的工作和生活当中受益匪浅。在此，对他们所给予的指导和帮助表示最衷心的感谢。
参考文献
［１］王宏民.LED点阵显示屏驱动方案［J］.黑龙江电子技术，1999(5):1～2．［２］眭碧霞.用单片机串行口实现动态扫描LED显示［J］.电子工程师， 2006(6) ［３］李熹霖.谈LED大屏的刷新频率和换帧频率［J］.现代显示， 2004(1) ［４］庞家成.多功能LED信息显示屏的设计［J］.现代显示技术， 2006(9)
LED点阵显示屏实验报告解析
16?16点阵LED电子显示屏的设计 摘要：文章介绍了基于单片机AT89C51的16?16点阵LED电子显示屏的设计。分别阐述了显示屏显示的基本原理，硬件设计、控制方法及其程序的实现。经过调试和分析，设计的结果能够实现对汉字的静态和动态显示，动态显示的内容有多种方式，同时又可通过上位机更新显示的内容。 关键字：AT89C51；16?16点阵；LED；显示屏 一绪论 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。 1 LED点阵显示屏概述 LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。 目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。 2 LED显示屏控制技术状况 显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。
基于单片机控制的LED汉字显示
分类号 TP 单位代码 11395 密级公开学号 0605230 学生毕业设计（论文） 题目LED汉字显示 作者 院 (系) 能源工程学院 专业电气工程及自动化 指导教师 答辩日期2010年月日
毕业设计（论文）诚信责任书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年月日
LED汉字显示 摘要 目前，作为方便、快捷的信息显示方式，LED汉字显示的应用非常广泛。车站、银行、超市等大型公共场所的即时信息及广告的显示，无不应用LED汉字显示屏。在能源日渐危机以及信息日渐重要的今天，具有低耗能、频更新、易维护的LED汉字显示屏必将受到广泛的应用，其具有非常的发展前景。 本文从LED的发展及单片机的简单原理开始，深入的研究了基于AT89C51单片机16×16 LED汉字滚动显示屏的设计并运用Proteus软件的仿真和实现。主要介绍了LED汉字显示屏的硬件电路设计、汇编程序设计与调试、Proteus 软件仿真和实物制作等方面的内容，本显示屏的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易实现等优点。能帮助广大电子爱好者了解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。 关键词：单片机 LED 点阵 Proteus仿真
基于单片机的LED点阵显示
设计 题目 姓名 焦作大学机电 工程学院 中图分类号： 基于单片机的LED点阵显示 专业名称： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 学号： 焦作大学机电工程学院 2012年12 月 毕业设计
中图分类号：密级： UDC：单位代码： 基于单片机的LED点阵显示 LED-based LCD display microcontroller design 姓名学制 专业研究方向 导师职称 提交日期答辩日期 焦作大学机电工程学院
焦作大学机电工程学院毕业设计摘要 摘要 单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。 本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并用STC12C5410AD单片机的片上资源设计出适当的最小系统；并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（量程自动转换的电压表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。 关键字：单片机仿真器 LED点阵显示屏
Abstract MCU in modern life has been widely applied in the life of the very important position. It features becoming strong, involving various electronic applications. The work process for data collection, data processing and display, receiving terminals. Including specific control, display, A / D converter, level translation interface, such as personal computers. ADC0809 used to design 8-way data sampling, the use of MCS-51 microcontroller serial port to send and receive data. Show 8155, 75452, 7407 and in part by a LED digital display. Hardware design applications for electronic design automation tools, software design is modular programming method Key W ords: Single Chip Microcomputer Emulator LED dot matrix display
EDA(LED点阵显示屏控制系统设计)
《EDA技术与应用》 课程设计报告 题目： LED点阵显示屏控制系统设计院（系）：机电与自动化学院 专业班级：自动化 学生姓名： 学号： 2014 指导教师： 2017年6月 19日至2017年 6 月23 日 *******
《EDA技术及应用》课程设计任务书
摘要：我国经济正处于发展的高峰期，也需要广大的公共场合信息公示平台，而利用LED点阵滚动显示正好符合情况，且这种方式已经成为信息传递的一种重要手段。因此，在日常生活中，点阵随处可见。通过多种控制手段，点阵还可以实现各种文字甚至图案的动态显示。在不同的应用场合，点阵的设计要求也是不同的。传统思路一般是应用单片机实现点阵控制，但该方法有一定的局限性。 该次课程设计主要研究利用VHDL语言编程来设计汉字的显示。首先描述相应的设计电路；然后叙述在16*16矩阵显示汉字的原理；最后给出描述功能的VHDL设计语言。并通过编程、调试、仿真、下载正确实现汉字滚动、扫描显示结果。 关键词： LED点阵；FPGA；VHDL语言；汉字滚动显示。
目录 1．实验要求及总体方案 (1) 1.1 实验要求 (1) 1.2 扫描显示 (1) 1.3 滚动显示 (1) 2．LED点阵显示原理 (1) 2.1 LED点阵原理 (1) 2.2汉字取模 (2) 3．扫描显示 (3) 3.1 设计基本原理 (3) 3.2计数器设计 (3) 3.3 列驱动设计 (4) 3.4 行驱动设计 (4) 4.仿真图原理图及实物图 (4) 4.1仿真图 (4) 4.2原理图 (5) 4.3实物图 (6) 5.程序 (7) 参考文献： (10)
单片机LED点阵显示方法与程序代码
单片机LED点阵显示方法与程序代码 点阵的接法有共阴和共阳两种（共阳指的是对每一行LED来讲是共阳）。 由于51单片机驱动能力有限，亮度不够，所以一般需要三极管驱动，下图为一个8X8点阵原理图，仅仅是仿真，如果需要接实物的话，加上三极管才足够亮。 显示的方法有两种： 1、逐列扫描方式。如下图所示，P1口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），P2口输出行码（列数据）决定列上哪些LED亮（相当于段码），能亮的列从左向右扫描完8列（相当于位码循环移位8次）即显示出一帧完整的图像。 2、逐行扫描方式，与逐列扫描调换，即P2口输出位码，P1口输出段码，扫描完8行显示出一帧图像。 以逐行扫描为例，从上图可以很明了的知道点阵的显示原理了（红色表示高电平，绿色表示低电平），当把扫描速度加快，人的视觉停留，看见的就是一幅图或一个字了，如下图所示。
一、行扫描静态显示， 用51单片机实现上图静态显示的程序如下： #include
基于51单片机的led点阵显示
项目名称：基于51单片机的LED点阵显示器 目录 一、项目介绍 (2) 1.1 项目背景 1.2 功能介绍 二、电路结构 (3) 三、实现模块 (5) 四、运行程序 (7) 一、项目介绍 1.1项目背景 当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。因此点阵式显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。目前，点阵式显示器件具体包括LED显示模块和LCD显示模块等。现在发展的LCD比较先进，LCD的优点较为明显，他体积小，容易控制，功能强，价格适宜，能够适应显示器的发展方向，因而在通信、家电、大屏幕投影等领域得到了越来越广泛的应用；随着社会经济的迅猛发展，工业生产逐渐实现了自动化，其中，设备的工
作状态和生产过程状态的显示与监控起到了非常重要的作用，对于那些需要显示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，他可以显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型，显示亮度较高，并且对环境条件要求比较低。LED显示又可以分为单色显示和双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。 1.2功能介绍 2本次设计的用单片机控制的显示电路使用比较简单，操作方便。它主要是通过一个8×8点阵来显示图案，通过不同的按键来选择控制图案的种类及显示方式。在通电以后，显示屏全亮，随后进入逐字显示状态。按下复位键K1，系统自动复位，显示diligent，随后进入待命状态。按键1、2、3、4分别控制不同的图案。另外，我们可以通k5键来控制字符移动速度的快慢。 二、电路结构 单片机最小系统设计 2.2.1 各部分具体电路 1 单片机的时钟电路 AT89C52单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。AT89C52的时钟产生方式有两种：内部时钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。 内部时钟方式：利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 XTAL1和XTAL2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图2-1电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为6MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。
单片机设计8X8LED点阵显示原理与编程技术
＃i nclude
for(j=0;j<3;j++)//from left to right 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=taba[i]; P1=0xff; delay1(); } } for(j=0;j<3;j++)//from right to left 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=taba[7-i]; P1=0xff; delay1(); } } for(j=0;j<3;j++)//from top to bottom 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=0x00; P1=tabb[7-i]; delay1(); } }
LED显示屏基础知识
LED显示屏基础知识 （一）、概述： LED电子显示屏是集计算机技术、光电技术、微电子技术等一身的现代高科技产品。它广泛应用在车站、码头、办公大厅等公共场所，是广告宣传、新闻发布的最佳首选媒体，它不但可以播放文字、图像还可以播放VCD、DVD、TV等多媒体节目，能对其播放的文件进行编辑，利用计算机应用软件进行特殊处理后播放，还能显示时钟、天气温度等信息。 （二）、系统组成(参见LED显示屏连接示意图) 1、电子显示屏屏体 2、计算机及网络控制系统 3、通信系统 4、显示屏供配电系统 5、多媒体音、视频编辑、制作、播放系统 （三）、显卡的设置 在显示器桌面空白处单击鼠标右键，进入“属性”设置项，单击“屏幕保护程序”，将屏幕保护程序设为“无”，然后单击右下脚“电源”项，将电源使用方案下的“关闭监视口、关闭硬盘、系统待机、系统休眠”全设为“全不”然后应用该设置 回到主设置菜单，单击“设置”选项。将显示屏分辨率设为1024X768，颜色质量设为“最高32位”应用设置。 单击右下角“高级”选项，单击“监视器”项设屏幕刷新频率为60HZ， 单击“显示”项，使第四项即PDF项按扭显示为绿色，应用该设置显卡设置完毕. （四）、网线制作 使用普通8芯5类网线传输距离在100米内。 网线压线线序为：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕，即国标网线568B压法。
一、相关配件说明 1、框架结构图，此图仅供参考（图1-1） 1-1 2、箱体后视结构 2.1 B、C为RJ45水晶头插座,用于连接各箱体之间的信号线。 3、控制系统 3.1 显示卡如图(1-3) ·P为数字视频输出口(DVI) ·Q为CRT显示接口 3.2发送卡如图(1-4) 1-3 ·DVI为数字视频输入口 ·U、D为RJ45信号线输出口 ·232为串口信号输入 3.3 接收卡如图（1-5） ·P为接收卡电源线输入端 ·A为RJ45信号线输入口 ·B为RJ45信号线输出口 U D 232 DVI P A B 1-4 1-5
题目：16×16点阵LED电子显示屏的设计
机器人创新设计 课程设计报告书 题目：16×16点阵LED电子显示屏的设计 姓名：张津 学号：1613010320 专业：国际经济与贸易
指导老师：于大泳 设计时间：2017年3月 管理学院 目录 1. 引言 (3) 1.1 设计意义 (3) 1.2 系统功能要求 (3) 2. 方案设计 (4) 3. 硬件设计 (5) 4. 软件设计 (8)
5. 系统调试 (9) 6. 设计总结 (11) 7. 附录A.：源程序 (11) 8. 附录B.：作品实物照片 (16) 9. 参考文献 (17) 16×16点阵LED电子显示屏的设计 1.引言 1.1 设计意义 目前广告牌具有显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。
1.2 系统功能要求 本设计是一16×16点阵LED电子显示屏的设计。整机以40脚单片机AT89C51为核心，通过该芯片控制列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示1个汉字。显示可以采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。开关控制显示“矿大电气五班”、“电子综合设计”的字幕。 同时还要实现的功能：5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给74HC154芯片同时给E1和E2低电平，74LS154才能正常的工作。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y，16*16LED点阵如图1.2.1所示。 图1.2.1 2.方案设计 16X16点阵LED工作原理说明 : 16X16点阵共需要256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，当对应的某一列置1 电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的
基于51单片机的led点阵显示
项目名称：基于51单片机的LED点阵显示器 目录 一、项目介绍 (2) 1.1 项目背景 1.2 功能介绍 二、电路结构 (3) 三、实现模块 (5) 四、运行程序 (7) 一、项目介绍 1.1项目背景 当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。因此点阵式显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。目前，点阵式显示器件具体包括LED显示模块和LCD显示模块等。现在发展的LCD比较先进，LCD的优点较为明显，他体积小，容易控制，功能强，价格适宜，能够适应显示器的发展方向，因而在通信、家电、大屏幕投影等领域得到了越来越广泛的应用；随着社会经济的迅猛发展，工业生产逐渐实现了自动化，其中，设备的工作状态和生产过程状态的显示与监控起到了非常重要的作用，对于那些需要显示
的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，他可以显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型，显示亮度较高，并且对环境条件要求比较低。LED显示又可以分为单色显示和双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。 1.2功能介绍 2本次设计的用单片机控制的显示电路使用比较简单，操作方便。它主要是通过一个8×8点阵来显示图案，通过不同的按键来选择控制图案的种类及显示方式。在通电以后，显示屏全亮，随后进入逐字显示状态。按下复位键K1，系统自动复位，显示diligent，随后进入待命状态。按键1、2、3、4分别控制不同的图案。另外，我们可以通k5键来控制字符移动速度的快慢。 二、电路结构 单片机最小系统设计 2.2.1 各部分具体电路 1 单片机的时钟电路 AT89C52单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。AT89C52的时钟产生方式有两种：内部时钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。 内部时钟方式：利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 XTAL1和XTAL2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图2-1电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为6MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。
LED显示屏知识大全(扫盲专用)
LED显示屏知识大全（扫盲专用） 2017年5月
目录 2017年5月 (1) 一．LED显示屏的分类 (3) 二．LED显示屏的基本构成 (3) 三．LED显示屏涉及的名词概念 (4) 1、像素： (4) 2、显示模块： (4) 3、显示模组： (5) 4、LED显示屏屏体： (6) 5、点距： (8) 6、扫描方式： (8) 四．LED显示屏的两种常规组装方式 (9) 五．LED显示屏显示原理 (10) 六．单元板/模组认识 (11) 七．显示板芯片简介 (13) 八．控制信号与显示接口 (17) 1、单元板： (18) 2、电源： (18) 3、控制卡： (19) 4、连线： (19) 5、配件制作： (19) 6、布线指南： (20) 7. 外框制作： (22) 十．08接口转12接口原理 (29) 十二．汇总LED显示屏中的常见IC (30)
一．LED 显示屏的分类 分类方式 品 种 说 明 使用环境 室内LED 显示屏 室内LED 显示屏在室内环境下使用，此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高，适合较近距离观看。 室外LED 显示屏 室外LED 显示屏在室外环境下使用，此类显示屏亮度高、混色距离远、 防护等级高、防水和抗紫外线能力强，适合远距离观看。 显示颜色 单基色LED 显示屏 单基色LED 显示屏由一种颜色的LED 灯组成，仅可显示单一颜色，如红色、绿色、橙色等。 双基色LED 显示屏 双基色LED 显示屏由红色和绿色LED 灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65,536种颜色（双色屏可显示红、绿、黄3种颜色）。 全彩色LED 显示屏 全彩色LED 显示屏由红色、绿色和蓝色LED 灯组成，可显示白平衡和16,777,216种颜色。 显示功能 图文LED 显示屏(异步屏) 图文LED 显示屏可显示文字文本、图形图片等信息内容。可联网脱机显示。 视频LED 显示屏 (同步屏) 视频LED 显示屏可实时、同步地显示各种信息，如二维或三维动画、录像、电视、影碟以及现场实况等多种视频信息内容。 二．LED 显示屏的基本构成 1、异步屏： 2、同步屏：
基于单片机的STC89C52的LED点阵显示屏系统的设计
目录i 摘要 本文介绍了一款以单片机STC89C52的LED点阵显示屏系统的设计。该系统可实现宋体汉字的静态显示和动态特效显示。系统采用PC机作为上位机，上位机向单片机发送控制命令和上位机所存储的显示代码，STC89C52单片机接收并处理PC机的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动一个16×16分辨率的LED 点阵显示屏的扫描显示。上位机软件部分主要通过软件编写一个字模转换发送的界面；实现上位机与下位机的通信；控制部分主芯片是STC89C52，是系统的核心，再利用C语言编程下载实现对单片机各引脚的控制；LED点阵显示屏包括驱动电路和显示屏，74HC138译码器输出控制显示屏的行扫描，74HC573（八位数据锁存器）控制显示屏的列，由于人眼视觉的滞留现象，行列驱动电路通过动态控制便实现了汉字的显示。 关键词：STC89C52 LED点阵屏单片机74HC138 74HC573
ii 目录 ABSTRACT This paper introduced a system design of LED dot matrix display which based on a single-chip controller STC89C52 . The system can display Arial static and dynamic character effects display. System uses a PC as a PC, the PC sends control commands to the microcontroller and PC display code stored, STC89C52 microcontroller receives and processes the command and control of the PC display code, by the display driver module to drive a 16 × 16 resolution LED dot matrix display scan display. PC software software development, mainly through VB interface to send a font conversion; Between PC and the next crew of communication; controlling part of the main chip is STC89C52, is the core of the system, and then use the C programming language download each pin of the microcontroller to achieve control; LED dot matrix display includes a drive circuit and display, 74HC138 decoder output control display line scan, 74HC573 (eight data latches) control the display of the column, because the human visual retention phenomenon, the ranks driving circuit through the dynamic control will achieve a display of Chinese characters. Keywords: STC89C52 LED dot matrix display microcontroller 74HC138 74HC573
史上最全的LED显示屏知识大全
史上最全的LED显示屏知 识大全
转载文档： 一．LED显示屏的分类 二．LED显示屏的基本构成1、异步屏：
一般由显示单元板（模组）、条屏卡、开关电源、HUB板（可选）组成。通过串口线与计算机连接，进行显示文字的更改，之后可以脱开计算机工作。 2、同步屏： 同步屏系统比较复杂，系统可大可小，一般由计算机、DVI显卡、数据发送卡、同步数据接收卡、HUB板、网线、LED显示屏等组成。系统始终需要联机计算机工作，将计算机上的图像文字显示在LED大屏幕上。 三．LED显示屏涉及的名词概念 1、像素： 是LED显示屏的最小成像单元。俗称“点”或“像素点”。 上图所示由2红2绿组成1个显示像素点 2、显示模块： 由若干个显示像素组成的，结构上独立的组成LED显示屏的最小单元。 ·室内屏用的是8x8的显示模块，即每个显示模块有64个像素 ·室外屏使用的是单个的灯珠，通常由1-3个相同或不同颜色的灯珠组成模块的一个像素点。 如上面右图的室外屏模组就是由2个红色灯珠组成1个显示像素点 3、显示模组： 由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的独立单元。简单说就是为便于组装和显示，出厂的半成品通常是以显示模组形式提供的，将多个显示模块加显示驱动做在一起。室内屏俗称“单元板”；室外屏俗称“模组”，再将若干个模组加上机箱、风扇、电源等构在一起成为“箱体”，多用于大型的全
彩屏。 ·室内屏单元板通常有64x32（64列32行、由32个模块组成）、64x16 （64列16行、由16个模块组成）等。下图是一个64x16的单元板： 室内屏单元板正面室内屏单元板背面 ·室外屏模组通常有64x32、32x32、32x16、16x16、16x8多种 上图为16x8(2红)的室外屏模组。加了防水结构用于全户外，我们可以看到塑料壳体，最右侧是它的整个结构刨图：显示板上插的是灯珠、背板上是显示驱动电路，这是分体结构的，也有的是将显示板和显示驱动电路做在一块电路板上的整体结构的，下面的两个图我们可以看到区别。面板、后壳其实是一个塑料罩壳，面板上对应灯珠位置开有孔，以使灯珠漏出头，后壳上有用于安装的螺丝孔或磁柱，使模块便于组装。模块的前面灌有显示屏专用的防水胶。 室外屏模块正面 室外屏模组背面室外屏模组背面 （显示板和驱动板为分离结构）（显示板和驱动板为整体结构） 大型室外全彩屏所用箱体通常由若干个模组+机箱+风扇+电源组成 4、LED显示屏屏体： 将单元板/模组/箱体按一定方式拼接在一起，加上控制卡/控制系统、电源和框架等就构成为LED显示屏。 室内屏：显示单元板+控制卡+电源+铝型框架 室外屏：显示模组+控制卡+电源+铝型框架 全彩屏：显示箱体+控制系统+计算机+通讯网络+架体等组成
基于单片机的LED点阵显示课程设计
1 LED电子显示屏原理 1.1 L ED电子显示屏概述 LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.2 LED显示屏动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式：有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
基于单片机的Led点阵广告牌设计
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。 基于单片机的LED广告牌设计 班级电子2班姓名秦地学号0902214075 成绩 一、设计背景 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED 显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。 二、任务要求 设计一个简易的LED广告牌，用于显示自己的名字或其它个性信息。显示的字符用LED 发光二极管排列成固定形状，在控制电路驱动下各字符轮流循环点亮。或者用LED点阵显示，显示内容可更新。汉字一般是以点阵式方式存储的，如16×16,24×24点阵。汉字的字模其实是汉字字形的图形化。所谓16点阵字模，就是把汉字写在一个16×16的网格内，汉字的笔划通过某网格时该网格就对应1，否则该网格对应0，这样，每一网格均对应1或0，把对应1的网格连起来看，就是这个汉字。汉字就是这样通过字节表示其点阵存储在字形中的。为了方便查找所需要汉字的点阵，每个汉字都与一个双字节的内码相对应。通过汉字的内码可以计算出它的点阵起始字节。 三、整体设计方案 如图所示，本设计通过单片机来控制行列驱动器使LED显示屏显示出汉字，单片机选用AT89C52芯片，行驱动器采用74HC154的P0口，列驱动器选用74HC595芯片。该系统主要由AT89C52芯片、电源、行驱动器、列驱动器、16×64LED点阵5部分组成。
基于单片机的LED显示系统设计
-14- 引言 随着社会的发展，LED显示户外广告是 目前一种重要的广告形式。LED显示具有功耗 低、寿命长、清晰度高的特点，随着广告内容 的多样化，对LED显示的要求也越来越高。数 码管显示是LED显示的最基本功能，但是其只 能通过各个段位来实现10位数字和少量字母的 显示，一般适用于纯数字显示领域。LED显示 屏是由多个发光二极管组成显示屏幕，通过控 制二极管的亮灭来对内容进行显示，能够实现 对图形、文字、视频等多种信息的显示。 一、单片机的选择 单片机又被称作单片微控制器，它是系统 控制和设计的核心。单片机的选择非常重要， 选择合适的单片机不仅能够提高所设计系统的 性能、简化外围电路和程序的设计，而且能 够降低设计的成本，使所设计的系统更具有实 际意义。本文采用功耗低、I/O口资源丰富、 价格便宜的AVR系列单片机中的ATmega16作为 显示系统控制的核心。针对LED显示系统的特 点，本文选择ATmega16单片机的原因主要有： (1)性能高，功耗低。ATmega16的高速数 据吞吐率很好的解决了功耗和处理速度之间的 矛盾，对于太阳能光伏系统来说，因为产生的 电能非常宝贵，因此功耗小的控制器能为系统 节省更多的能源。 (2)I/O口资源丰富，且功能多样。ATmega16 具有三十二个I/O口，在这些I/O口中，PA口具 有10位精度的ADC，可对单端输入电压进行采 集。本系统需要对多路模拟信号进行采集，利 用ATmega16可以方便的进行数据采集，不必再 进行另外的电路设计，简化了电路。 (3)能够通过对相关定时器的简便的设置 实现PWM波信号的产生和调节。ATmega16有两 个8位和一个16位的定时计数器，可以通过简 单的指令产生频率、相位和占空比可调的PWM 信号，且具有多种PWM信号模式，能够满足不 同的需求。 (4)与Protues硬件仿真软件具有很好的 兼容性。通过Code Vision AVR编译的应用在 Protues中的程序，能够通过编译器直接下载 的单片机中使用，方便了系统的调试。 图1 8×8点阵显示屏内部结构图 二、LED显示原理 LED数码管和点阵显示屏显示的基本原理 都是通过控制发光二极管的亮灭，来形成不同 的字形或者图案。对于点阵显示屏来说，因为 其彩色显示的需要，有时候需要对发光二极管 的颜色进行控制。点阵显示屏的发光二极管数 基于单片机的LED显示系统设计 中山市技师学院 李 威 【摘要】LED显示作为一种重要的数字化显示方式，从起初的纯数字显示功能发展到目前的图像、视频等多种媒体显示功能，给人们带来了完美的视觉享受。本文在对单片机选型的基础上，阐述了LED显示的原理，并且针对LED点阵显示屏，设计了以ATmega16单片机为核心的LED显示控制系统。该系统主要的优点是功耗小、成本低且工作速率快，非常适合室外多媒体和产业化的要求。 【关键词】LED显示；ATmega16；单片机 量较多，因此显示原理也比较复杂，如图1所 示是共阳极LED显示屏的内部结构图。点阵显 示屏一般具有多个LED发光二极管，不能直接 通过单片机的I/O口来控制其亮灭，一般都采 用动态扫描的方法，对点阵进行逐行或者逐列 的控制。对于共阳型的点阵来说，根据要显示 的字形，设置每一行和每一列的数据，从第一 行第一列开始，先对应第一行二极管的亮灭送 出列数据并锁存，然后选通第一行，送行数 据，延迟一段时间后送行数据00H;然后选通第 二行，采取相同的方法来控制二极管亮灭，直 至8行扫描结束，然后重复扫描。因为扫描的 速度非常快，由于人眼的余辉效应，就可以再 显示屏上看到稳定显示的字形。 三、系统硬件电路设计 本系统采用ATmega16单片机作为显示控 制的核心，采用8×8点阵单色点阵显示屏来进 行显示，同时系统还包括行驱动器、列驱动器 以及相关电源电路。系统的整体框图如图2所 图2 系统整体设计框图 图3 晶振电路图 1.ATmega16单片机最小系统设计 单独的一个单片机是不能发挥其控制作用 的，只有通过相关辅助电路的设计，使其构成 一个最小系统，才能发挥其强大的微控制器功 能。 (1)晶振电路的设计 ATmega16单片机内部具有RC振荡电路，可 实现四种振荡频率。但是内置振荡电路产生的 振荡信号不是很准确，因此在某些对振荡频率 要求比较高的情况下，例如定时器准确定时等 情况，一般都采用外部振荡电路为单片机提供 振荡频率。一般在外部晶振电路设计中，都要 求接22pF左右的电容。其电路图如图3所示。 (2)复位电路设计 对于ATmega16单片机来说，其内部已经设 置了上电复位，通过对相应熔丝位的控制，可 以实现对复位时间长短的控制，因此单片机外 部的复位电路设计就简化了许多，具体做法是 在外部接一个上拉电阻R 到VCC，本文选择10K 的上拉电阻。 本文设计的复位电路图如图4，在设计的 过程中，为了增加电路的可靠性，一般会增加 一个滤波电容来实现消除杂波和干扰的功能， 本文采用增加一个0.1uF的电容。电路中的二 极管D3(1N4148)的主要有两个主要功能：功能 一是当系统突然断电后，将上拉电阻短路，同 时使滤波电容C 实现快速放电，当系统再次通 电时，保证复位的有效性；功能二是系统在复 位时将其输入电压限制在VCC±0.5V之间。本 课题采用按键方式进行复位，当单片机正常工 作时，按下复位开关，由于电路的设计复位脚 输入相应的低电平信号，对系统进行复位。 图4 最小系统复位电路设计 (3)电源电路设计 AVR单片机最常用的是5V与3.3V两种电 压。本线路以开关切换两种电压，并且以双 色二极管指示(5V时为绿灯，3.3V时为红灯)。 二极管D1防止用户插错电源极性。D2可以允许 用户将电压倒灌入此电路内，不会损坏1117－ ADJ，系统电源电路如图5所示。 图5 电源电路设计图 1117-ADJ的特性为1脚会有50uA的电流输 出，1-2脚会有1.25V电压。利用这个特点，可 以计算出要求得出输出电压： 当SW开关打向左边时，R6上的电流为 1.25/0.33=3.78ma。R8上的电流为1117-ADJ1脚 电流加上R6上的电流，即0.05+3.78=3.83ma。 可以计算得R8上的电压为3.84V。于是得出 VCC=1.25+3.83=5.08V。误差在2%以内。 当SW开关打向右边时，R6上的电流为 1.25/0.62= 2.02ma。R8上的电流为1117-ADJ1脚 电流加上R6上的电流，即0.05+2.02=2.07ma。 可以计算得R8上的电压为2.07V。于是得出 VCC=1.25+2.07=3.32V。误差在1%以内。
单片机的LED点阵屏显示学习资料
51单片机的LED点阵屏设计 1 引言 点阵显示是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的新型显示方式。由于其具有色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大多数的公交车招牌都是采用固定的板块显示，显示的信息量少，内容固定，修改站点信息比较麻烦，不能快速、便捷的更新站点信息。本文提出一种方案，采用LED点阵显示模块，克服了上述缺点，不仅可以静态的显示公交车站点信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容量。为了醒目，还可以产生诸如闪动、滚动等显示效果。 1.1 车内显示器的发展现状 随着电子技术和计算机控制技术在客车上的日益广泛的应用，客车内的路牌显示器也经历了从灯光路牌、翻板式电子模块路牌、CRT显示、LCD液晶显示和LED 点阵显示等几种发展类型；显示信息也从固定内容发展到任意内容的多种显示方式；对显示信息的编辑、修改，也由遥控键盘有线通讯模式发展到用计算机编辑文字，在经专用无线控制器将其发射到各站点的通讯模式。以后的发展趋势是卫星定位系统站点显示器，客车内站牌显示器由天线、卫星定位模块、微处理器、LED点阵驱动电路、LED点阵站牌和电可擦写存储器构成。 目前在客车内广泛的显示器由LED点阵显示器和LCD液晶显示器，还有部分CRT 显示器，由于CRT显示器耗电量多、体积较大，且本质量较重，与LED点阵显示器和LCD液晶显示器相比，已处于下风，目前LED和LCD显示器成为现代人们选择之一，它们各有优缺点。LCD液晶显示器具有图像清晰、体积小、功耗低等优点，但它的成本高、亮度低、寿命短、可视距离和角度很有限。而LED显示屏具有亮度高、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富等优点。 1.2 LED点阵显示系统 点阵显示是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的新型显示方式。由于其具有色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大