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1、毕业设计（论文）题 目：LED点阵式电子广告屏设计与实现 年级专业： 电 信 1081 学生姓名： 指导教师： 年 月 日 摘 要LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。本文详细介绍了16X32 LED点阵电子显示屏的设计。使用AT89S52单片机作为主控制器，采用串行EEPROM 24C02储存点阵字型码数据。字型码依次通过串入并出移位寄存器74HC595输出，采用4-16译
2、码器74HC154产生行扫描选通信号，分16行进行动态扫描。行采用三极管驱动，其中行驱动电路采用三个三极管并联，以增大行驱动电流。通过改变行扫描的顺序，可实现显示内容上下滚屏；通过依次将字型码移位后再输出的方式可实现显示内容左右滚屏。关键词： LED点阵；显示屏；动态扫描；滚屏目 录第一章 概述41.1 LED点阵电子显示屏的现状41.2 LED点阵电子显示屏的解决方案4第二章 LED点阵电子显示屏总体设计62.1 总体结构设计62.2工作原理6第三章 LED点阵电子显示屏详细设计73.1 显示单元73.2主要元器件选择73.2.1 74LS154简介73.2.2 74HC595简介：83.2
3、.3 AT89S52简介：93.3 点阵数据的存储103.4详细硬件电路设计113.4.1列驱动电路设计113.4.2行扫描驱动电路设计123.4.3驱动电路参数计算133.5 软件设计143.5.1 往74HC595写一字节子程序程序153.5.2 主程序15第四章 制作与调试184.1硬件调试184.2软件调试18总结19致谢20参考文献21附件A 材料清单22附件B 电路原理图22附图C 程序清单23附图D 样机实物图27第一章 概述LED点阵显示屏（Light Emitting DiodePanel）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
4、广亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。1.1 LED点阵电子显示屏的现状目前LED显示屏的种类越来越多，从使用场合及亮度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发光二极管组成，可做成多色和全色。其优点在于播放的内容信息量大实时性强，而且由于采用静态亮度高；其缺点是硬件电路复杂，成本高。室内使用的由8X8LED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，适合作为电子广告屏。1.2 LED点阵电子显
5、示屏的解决方案 LED点阵显示屏通常采用动态扫描的方式实现。动态扫描的方法有以下两种：（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：此时用一个端口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个端口输出行码（列数据），决定该行上哪个LED亮（相当于段码）。点亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：此时用一个端口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个端口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵旋转90度的数据）决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。点亮的行从上向下扫描完16
6、行（相当于位码循环移位16次）即显示一帧完整的图像。 本设计采用第二种扫描方法，即逐行扫描。图1.1为8X8单基色点阵的结构图，从内部结构可以看出8X8点阵共需64个发光二极管，并且每个发光二极管是放置在各行和各列的交叉点上，当对应的某一行置1电平，另一列置0电平时，则相应的二极管点亮。若要是一行亮，则对应的行置1，而列则采用扫描依次输出0来实现。若要使某一列亮，则对应的列置1，而列则采用扫描依次输出0来实现。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、图形等各种信息，以及电视、录像信号。 图1.1 8 X 8单基色LED模块内部电路 图1.2 用动态扫
7、描显示“B”的过程第二章 LED点阵电子显示屏总体设计2.1 总体结构设计LED点阵电子显示屏电路大体可分为：单片机本身的硬件电路、显示驱动电路、控制信号电路三部分。此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行都有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描。 硬件电路框图如图2.1所示。图 2.1 硬件电路框图2.2 工作原理先由AT89S52的P2.1（hc595_ds）将第n行的数据发送到74HC595中锁存，再通过P2.4-P2.7口控制74LS154选中点阵第n行，然后通过P2.2（hc595_stcp）发送时钟信号（上升沿
8、）控制74HC595将锁存的数据输送到电子点阵中显示，如此循环显示16行数据，完成同时显示两个字符。第三章 LED点阵电子显示屏详细设计用AT89S52单片机作为主控制器，采用串行EEPROM 24C02储存点阵字型码数据。字型码依次通过串入并出移位寄存器74HC595输出，采用4-16译码器74HC154产生行扫描选通信号，分16行进行动态扫描。行采用三极管驱动，其中行驱动电路采用三个三极管并联，以增大行驱动电流。通过改变行扫描的顺序，可实现显示内容上下滚屏；通过依次将字型码移位后再输出的方式可实现显示内容左右滚屏。3.1 显示单元 电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和L
9、ED点阵显示屏电路等。要完整的显示一个汉字，则至少需要16 X 16点阵，所以显示一个汉字则需采用4块8 X 8点阵来组成，显示汉字的原理与8 X 8点阵显示字符是一样的。本设计采用8块8 X 8点阵组成16 X 32点阵显示屏，这样才能同时显示两个汉字。3.2 主要元器件选择整个电路由单片机AT89S52，4个74HC595，1个24C02存储器，1个4-16线译码器74LS154,8个88的LED点阵等组成。3.2.1 74LS154简介74LS154 为 4 线16 线译码器（如图3.1所示），74LS154的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时。当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地
10、址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。 如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。 图3.1 74LS154管脚图引脚功能介绍：A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效)G1、G2 选通端(低电平有效) 015 输出端(低电平有效)3.2.2 74HC595简介：74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器的芯片，且有三态输出功能。数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入到寄存器中去。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位
11、的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。 8位串行输入 /8位串行或并行输出存储状态寄存器，输出寄存器可以直接清除 100MHz的移位频率。（并行输出，总线驱动，串行输出）74HC595参考数据：Cpd决定动态的能耗， PdCpdVCCf1+(CLVCC2f0) F1输入频率，CL输出电容 f0输出频率（MHz） Vcc=电源电压表1 74HC595参数表图3.2 74HC595管脚图图3.3 74HC595功能表3.2.3 AT89S52简介： AT89S52是一种带4KB可编程可擦除只读
12、存储器的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，本设计将AT89S52作为单片机选择对象。 AT89S52的特点：1、价格便宜，即性价比高；2、集成度高，体积小，可靠性好；3、低功耗、低电压；4、易扩展。 图3.4 单片机系统电路3.3 点阵数据的存储考虑到点阵数据存储量通常不大，本设计采用串行EEPROM 24
13、C02储存点阵字型码。串行EEPROM 24C02能储存2K字节。一个16*16点阵的汉字字模数据需要32字节的EEPROM空间来存储，也就是说本设计采用的串行EEPROM 24C02最多能显示63个字。24C02是一个2K位串行CMOS EEPROM, 内部含有256个8 位字节.24C02有一个16 字节页写缓冲器.该器件通过I2C 总线接口进行数据存取。图3.5 24C02管脚图图3.6 24C02的功能表3.4 详细硬件电路设计3.4.1 列驱动电路设计本设计中每列88点阵的列驱动电路由一片8位移位锁存器74HC595构成。由于74HC595的输入电平兼容LSTTL,NMOS,CMOS电平，且具有较强的输出负载能力，而被广泛地运用于MCU（微控制器）、MPU（微处理器）的I/O口的扩展。 74HC595在5V电源供电时能达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流。这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动LED。它的输入端允许500ns的上升（下降）时间，这样就可以容纳较大的传输线对地兼容，从而增强了抗干扰能力。 74HC595并行输出端与LED模块列线之间通过20的电阻连接，这里的电阻起到限流的作用。 由于L
