整理版]基于51单片机的led点阵显示屏系统的设计与实现

整理版]基于51单片机的led点阵显示屏系统的设计与实现内容摘要：

成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个 LED 出现问题时同在一个模块的所有 LED 都必须被更换。 这就加大了维修的成本。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯 妥炮十略役渡狰喊疥 两种方法相比较，决定采取模块构成的方法来制作一个 LED 点阵显示屏。 为了避免模块的缺点，选择点阵数较小的模块来减小出现这一问题的风险。 所以构建一个 1616 的 LED 点阵屏选用四块 88 点阵模块。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 图 22 LED 点阵图 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生 毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 一个 1616 的 LED 显示屏行和列各有 16 支引脚，不能单靠 51 单片机的端口驱动所以必须要对单片机的端口个数进行扩展。 经常采用的端口扩展方法是用串并转换芯片进行译码。 常用的串并转换芯片有 74LS154（ 4 线 16 线译码器）、 74LS164（ 8 位串并转换器）、 74HC595 等。 51 系列单片机端口低电平时，吸入电流可达２０ｍＡ，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出 电流仅数十 μＡ甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），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 [7]。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 硬件设计方案 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良 既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭 旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 系统软件方案 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊 昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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。 具体结构 如图 24 所示。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 通 信 程 序控 制 程 序主 程 序静 态 显 示 程 序特 效 显 示 程 序 图 24 软件功能结构框图 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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。 基于 51单 片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 单片机编程语言 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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。 基 于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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 [8]。 基于 51单 片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 上位机控制传输软件 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 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 [10]。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟 奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 第 3 章 系统硬件设计 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 硬件整体设计概述及功能分析 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II 本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊 昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 显示系统具体设计主要由上位机，通信系统，单片机系统，译码电路，显示驱动电路和 1616 的点阵屏六部分组成。 具体工作流程为：上位 PC 机通过通信系统向单片机发送控制指令和显示代码内容，单片机接收后执行控制指令处理显示代码将显示内容通过 I/O 口串行输出并且控制译码电路完成串并转换并行输出，最后由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到 LED 显示屏的显示电流，电压要求进而使显示屏显示内容 [11]。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 根据硬件的功能结构图选取合适器件，器件不但要求能实现所要求的功能还要能兼容至整个系统之中。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 该系统所 要实现的功能和要求有以下几点： 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 （ 1） LED 显示屏的面积必须满足至少显示一个汉字的标准。 并且显示要清晰。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役 渡狰喊疥 （ 2）驱动电路要能提供 LED 显示所需范围内的电压和电流要求。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 （ 3） 译码电路的高低电平的区分能力以及译码的输入输出频率必须满足单片机以及驱动电路的要求。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成 杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 （ 4）单片机要能接收上位机的指令和显示内容且能够处理后控制 LED 显示屏的显示，并且端口驱动能力要足以驱动译码电路。 执行频率要能达到扫描显示的最低要求。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 （ 5）单片机由 ISP 下载线下载程序和供电，可不设立专用供电电源。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 （ 6）由串口完成单片机与上位机的通信，通信速度和数据传输的可靠性要达到显示要求。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 控制单元设计 基于 51单 片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1II本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用 51 系列单片机为核心器件，用来和上位机通信处理上位机发送的控制指令和显示内容。 并且直接输出数据通过译码电路控制 LED 显示屏的显示内容和显示状态。 基于 51单片机的 LED点阵显示屏系统的设计与实现 1I I本科生毕业论文 课程设计 盟奋漂告身良既潍缉尸吱障怎畴品鳃菊昭旭砖障窿疥 原轩挞婶推拟娃成杜肝澡赂惶粗吠戍冬谤舟咆枷性撰蠢靶激像耶手矢驭斯妥炮十略役渡狰喊疥 在 51 系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯片。 根据题目的要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力，因为在软件设计时方便的程序下载对程序的验证和编写非常有用。 还有就是为了提高 LE。