基于单片机的LED点阵系统答辩演示

系统硬件设计
5.行驱动电路
由于16×16点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口，本电 路中加入了两个74HC164译码器，其输入是一个16进制码，解码输出为 低态扫描信号。同时选用三极管来将电流信号放大，驱动LED，本文选 用的是三极管8550 。
系统硬件设计
5.列驱动电路
列驱动电路由集成电路74HC595 构成。74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一 个8 位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的， 可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处 理的目的。
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系统硬件设计
1.晶振及复位单元
AT89S52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1如上图所示。晶振、 电容C1、C2及片内与非门构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频 率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间， 电容C1、C2取值范围在5～30pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ作 为系统的外部的晶振，电容取值为30pF。
系统硬件设计
2.通讯电路单元
由于电脑串口输出电压为+12V,而单片机的出入电压为 5+0.5V，直接与单片机连接会烧坏芯片，因此选用MAX232芯片 来进行电平转换。其中，MAX232芯片是美信公司专门为电脑的 RS-232标准串口设计的接口芯片,使用+5V单电源供电。内部结 构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路；第二部分是数 据转换通道；第三部分是供电。
系统硬件设计
3.电源电路单元
由于单片机VCC所需输入电压范围为5+0.5V，而由电源直接提供 电压通常不在此范围内，因此需要设计一个电源稳压电路确保对单片 机输入的准确提供。同时在系统中MAX232、74HC164、74HC595都需要 5V的供电电压，在系统开发过程中可以使用电脑USB供电。在实际的 大屏幕LED显示屏设计中，用电脑USB供电明显不切实际。此时需要对 民用的220V进行降压整流为5V直流电压为显示系统供电。
系统硬件设计
4.LED点阵的内部结构及工作原理
每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国家标准汉字库 中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为 一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个 汉字屏，不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任 何图形，例如“高”字的显示。
系统的背景及意义、技术路线
意义
基于单片机的LED点阵显示屏系统设计是从实际应用角度出发，针对 当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的LED点阵显示屏系统， 实用性比较强。目前大多数的LED点阵显示系统自带字库，其显示动态效 果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比 较方便，但显示只能按照预先的设计进行，不能随意进行动态显示。而且 一般的小型LED显示屏的体积还是比较大的，不适合随身携带只能放在固 定的位置显示信息。为了克服显示屏以上缺点，本设计需要能够方便的实 现数字、字母、汉字等预存信息，同时还要求实现信息的定时循环、上下 左右滚屏、LED显示亮度连续可调等扩展功能，来实现吸引别人注意达到 发布信息的目的。另外，本设计利用PC机来进行通讯，通过PC机串口来实 现显示信息的更新。 同时该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方 法，对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。为以后从事相关 行业的工作积累了实际工作经验。因此该课题不论是对自己的就业还是对 我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。
系统原理图浏览
系统原理图浏览
系统软件设计
1.主程序
开始 程序初始化 循环移动显示
是否有串行中断 Y 串口控制显示
N
系统软件设计
2.静态显示程序
开始 程序初始化 读取显示字符
依次选通列，行74 H C 164的C LK端置低，锁存器禁止输出
对应行数组元素与0x01相与， 相与结果写入单片机端口输出
系统的背景及意义、技术路线
技术路线
总体方案设计
硬件电路设计
软件设计
总体设计
电路总体设计 晶振及复位单元
主程序设计 基本子程序设计
设计论证 通讯电路单元 电源电路单元 点阵及驱动部 分设计
系统方案选择
方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管 的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻 接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单， 驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节 ，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口， 只适合于较小的系统。 方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并 联在一起的LED发光管的一端(共阴极或共阳极)， LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。 该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且 节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设 计中采用方案二。
系统总体方案设计：系统总体结构
电源
上位PC机
MAX232 晶振及复位电路
AT89S52 单片机 控制单元
行驱动电路 列驱动电路
16X16LED显 示点阵
系统总体方案设计：LED点阵
构成LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极 管逐点连接起来；二是选用一些由单个发光二极管构 成的LED点阵子模块构成大的LED点阵模块，如下图。 单个发光二极管构成的LED点阵子模块（ 8×8 ）,4 个8×8点阵组合一个 16×16。
基于单片机的LED点阵显示屏系统设计
LOGO
主要内容 第一部分 背景及意义、技术路线
第二部分
第三部分
方案选择与总体结构
系统硬件设计
第四部分
第五部分
系统软件设计
系统调试及总结
LOGO
系统的背景及意义、技术路线
背景
作为21世纪是光电子与微电子紧密结合发挥作用的时代，以光通信为 龙头的信息光电子产业将成为21世纪的明星产业和支柱产业。 世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力，力争在数 年之内实现半导体白光照明的产业化。据CIR报告称，全球LED的市场销售 额在2008将增至56亿美元，其中高亮度LED（HB-LED）将增至26.4亿美元 ，超高亮度LED（UHB－LED）市场销售额则将赢得全球市场份额的22％。 在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗 小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点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。LED的发展前景极为广阔， 目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、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。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领 域，主要包括：证券交易、金融信息显示；机场航班动态信息显示；港口、 车站旅客引导信息显示；体育场馆信息显示；道路交通信息显示；调度指 挥中心信息显示；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；广告媒体新产品等。 总而言之，我国在研究复杂环境无线精确定位方面的工作不是很多， 能够实现的更少。由于无线传感器网络定位技术是一门新兴技术，国内与 国际水平的差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿 科技的研究，对整个国家、社会及经济将有重大的战略意义。
数组元素右移一位，对应 74HC164的CLK端置高
右移次数是否为8？
N
Y
锁存器允许输出
系统软件设计
3. 左移动/上移动显示程序
开始 读取显示字符
开始 读取显示字符
显示
显示
显示数组元素在数组中 的位置前/后移一位
显示数组元素左/右 移一位
移位次数是否为16
N
移位次数是否为16
N
Y
Y
系统软件设计
4. 中断服务程序
总结
目前LED显示系统已经得到了广泛应用，本文设计 是基于单片机的16ｘ16的点阵LED图文显示屏系统设计 ，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足， 可显示图形和文字，显示的图形和文字较稳定、清晰 。经过一段时间的工作，终于完成了单片机的LED显示 系统的设计，所要求的功能基本全部达到。通过这次 设计，不仅把自己学习数字电路和模拟电路理论知识 转化为实践成果，同时加强了自己动手能力和发现问 题能力。
系统硬件设计
4.LED点阵的内部结构及工作原理
先控制8个列的电平，由于第一行不显示，因此第一行从左到右8个发光二极管不用点亮， 在列线上施加高电平（用“1”表示）。然后控制行显示，由于是第一行，因此在在第一行 线上施加高电平（用“1”表示），其余为低电平（用“0”表示）。即列的二进制码为 11111111，转换为16进制为 0xFF。第二行要点亮4发光二极管，因此其列的二进制码为 10000111，转换为16进制为 0x87，同时第二行线上施加高电平（用“1”表示），其余为低 电平（用“0”表示）。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描8个8位，可以得出 汉字“B”的扫描代码为: 0xFF,0x87, 0xBB,0xBB, 0x87,0xBB, 0xBB,0x87
中断开始 N
RI=1?
串口接收数据
判断控制命令
控制命令赋值给控制字符 显示数据移入显示数组将中断返回Fra bibliotek结果验证
调试工作: （1）用万用表测试所有焊点是否有短路和虚焊的现象存在； （2）通电测试所有硬件芯片的输入输出电压是否在设计要求的范围内； （3）测试AT89S52单片机是否可以正常工作； （4）测试ISP下载线的功能是否能够实现； （5）测试串口系统的通信功能是否能够实现。