本科毕业论文]基于51单片机led显示屏的设计-工学学士

本科毕业论文]基于51单片机led显示屏的设计-工学学士内容摘要：

基本上没有驱动能力，所以单片机不能直接驱动LED 显示屏显示。 在单片机和显示屏之间还需要增加以功能放大位目的的驱动电路。 硬件设计 方案 最终方案如图 23 所示，以 PC机作为上位机存储和处理显示内容用串行通信的方式将显示内容和控制指令传输到单片机系统，单片机根据上位机传输来的内容和指令通过端口译码扩展后驱动 4块 88LED 点阵模块构成的 1616 的 LED点阵显示屏。 题目将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。 单片机译码电路1 6 1 6 L E D显 示 屏显示驱动电路串行通信P C 机 图 23 硬件设计方案 系统软件方案 软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写，方便下载和编译。 设计目标和硬件总体结构确定的情况下，软件可以分为主程序，显 示子程序，各种特效显示子程序，通信程序三个主要部分组成。 软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中执行。 编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。 最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。 单片机编程语言 现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和 C语言。 两种语言相比较各有优点。 汇编语言 (Assembly Language)是面向机器的程序设计语言，是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性 并能直接控制硬件的语言。 其具有执行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植。 C语言是一种源于编写 UNIX 操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。 C语言结构是以括号 { }而不是子和特殊符号的语言。 C 可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。 与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对 51的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不 同的函数。 这种方式可使程序结构化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。 C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持， C 语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。 基于以上理由决定采用 C语言为该显示系统的编程语言。 系统软件编译器介绍 C 语言编写的程序并不能被单片机直接执行还 需要编译为单片机可执行的机器语言。 因此在系统软件设计中，编译器必不可少。 支持 MCS－ 51 用 C 语言编程的编译器主要有两种： Franklin C51 编译器和 KELLC51 编译器。 目前在单片机开发中普 遍都是使用 KELL C51 来进行编译。 因此软件设计最终方案为采用 C 语言为程序语言， KELLC51 为编译工具按照控制、通信、显示等几个功能模块来编写程序。 上位机控制传输软件 其中系统采用现在已经非常普遍的 PC 机作为上位机，这样对该显示系统的硬件要求便降低了，增加了系统的通用性。 上位机的作用是存储并处理 显示内容，然后通过通信系统传送到控制系统驱动显示。 LED 显示上位机的内容一般有实时显示和存储显示两种方法。 实时显示及上位机屏幕上的内容同时显示在 LED 显示屏上，上位机上内容变化 LED 显示屏也跟着变化。 存储显示是将显示内容处理过后存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏显示 [9]。 两种显示方法相比较：实时显示屏幕能及时反应上位机内容的变化，显示的效果和内容的实时性好多用于新闻播报、实况转播用，但实时显示硬件开销大，对通信系统要求高，工艺复杂，成本高；存储显示虽实时性不高但硬件开销小，成本低廉。 课题设计题目对显 示的实时性要求较低且所设计的显示屏尺寸不大同时显示的内容不多，所以实时显示就没有必要。 所以上位机选择存储显示的方法，控制 LED显示屏的显示内容。 第 3 章 系统软件设计 程序设计 系统软件采用 C 语言编写，按照模块化的设计思路设计。 首先分析程序所要实现的功能，程序要实现串口通信，静态显示，动态显示三大功能。 其功能结构如图24 所示。 通信程序接收上位机数据，交给主程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。 主程序的工作流程如图 31所示： 图 31 主程序流程图 图 32 中断服务程序流程图 程序开始时首先必须对单片机进行初始化，其中初始化的内容包括：中断优先级的设定，中断初始化，串行通信时通信方式的选择和波特率的设定，各 IO 口功能的设定等。 初始化完成后程序进入待机状态等待中断的发生，该程序中主要用到了两个外部中断源和串行中断。 外部中断源由按键的电平变化触发， 外部中断主要功能是选择 LED 点阵显示屏的控制方式是由按键控制还是上位机控制和显示状态是静态显示还是动态显示。 串行中断包括发送中断和接收中断都是由软件触发。 中断产生后由预先初始化时设定跳转执行中断子程序。 中断程序设定了 LED 点阵显示屏所要显示的内容和显示的方式，最后执行的是各种显示程序。 按照设定的方式和内容系 统 初 始化 从显示数组读取数据到显示寄存器 读取显示控制命令选择显示方式 调用相应显示程序 RI=1? 起始位。 接收显示数据及控制命令 将显示数据移入显示数组将控制命令赋值给控制字符 N N Y Y 开 始 中断开始 中 断 返 回 显示出所需要的内容。 显示程序的设计 LED 显示屏的显示方式 LED 点阵屏显示方式主要由静态显示和动态扫描显示两种。 对静态显示来说，每一个发光二极管都需要一套驱动电路，一帧 画面输入以后便可一劳永逸地显示，除非我们改变了显示内容，需要重新输出新的点阵数据．这种方式系统原理相对简单一些，但所需的译码驱动装量很多，引线多而繁杂，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也较低． 另一种动态扫描显示是把整个 LED 屏幕分成若干部分，每一幅画面的显示是显示完一部分后，又显示第二部分直到显示完最后一部分又重新开始显示第一部分，重复循环进行．在重复扫描速度足够快的情况下，我们看到的就是一幅稳定的画面．也就是说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新．在这种方式下其显示驱动电路可重复利用，引线也大大减 少，从而使硬件成本降低，且屏幕上的发光二极管轮流发光，使用时的耗电量大大降低．大屏幕的制造、维护要容易许多，可靠性也增加了． 两种显示方式的比较再结合 51单片机 I/O口数量有限的原因决定采用动态扫描的方式进行显示。 动态扫描分为行扫描和列扫描两种方式区别在于选通端和数据输入端分别是行还是列。 在该显示系统中扫描显示的工作原理如图 33 所示，先选通列然后再从行送入对应列的数据，这样从第 1 列到第 16 列循环往复，只要切换的速度足够的快利用人眼的延时特性就可以看见一幅稳定的画面。 从 数 据 中 读 取第 1 列 对 应 的行 数 据选 通 第 2 列读 取 所 需 要 显示 的 数 据 至 显示 寄 存 器选 通 第 1 列 选 通 第 1 6 列从 数 据 中 读 取第 2 列 对 应 的行 数 据从 数 据 中 读 取第 1 6 列 对 应 的行 数 据1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D选 通 L E D 第1 6 列选 通 L E D 第1 列选 通 L E D 第2 列按 数 据 导 通相 应 行按 数 据 导 通相 应 行按 数 据 导 通相 应 行 图 33 扫描显示程序原理图 点阵数据表达方式 该显示系统的显示数据采取纵向取模方向正向的数据存储方式如图 34， 图 34 点阵数据原理图 即数据是。