16x32led点阵式电子广告设计

1、湖南理工职业技术学院湖南理工职业技术学院毕业设计（论文）题 目：LED点阵式电子广告牌设计与实现 年级专业： 电 信 1081 学生姓名： 罗 镇 指导教师： 文 其 知 老 师 2010 年 12 月 24 日 摘 要LED电子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。论文详细介绍了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，采用十六选一译码器74HC154产生行扫描选通信号，分16行进行动态扫描。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；动态扫描目 录第一章 概述41.1 LED电子点阵显示屏现状41

2、.2 LED电子点阵显示屏解决方案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7第三章 LED点阵电子广告详细设计73.1 显示单元73.2元器件选择73.5 数据的存储103.6电路设计113.6.1列驱动电路设计113.6.2行驱动电路设计113.6.3驱动电路参数计算123.7 软件设计133.7.1 写数据程序143.7.2 显示程序15第四章 制作与调试174.1硬件调试174.2软件调试17总结18致谢19参考文献19附件A 材料清单20附件B 电路原理图21附件C 程序源代码22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。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。1.1 LED电子点阵显示屏现状目前大多数的电子广告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。从点阵电子显示屏的实际应用需求出发，要求不仅可以显示电子广告牌的信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容

3、量，为了醒目，还可以产生诸多闪动，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电子点阵显示屏解决方案 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

4、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。由于在Proteus软件目前版本中还没有16x16点阵模块，要良好的显示一个汉字，则至少需要16x16点阵，所以显示一个汉字则需采用4块8x8点阵来组成，显示汉字的原理与8x8点阵显示字符是一样的。为了在较远距离还能获得清晰的视觉效果，本设计采用8块8x8点阵组成16x32点阵的LED阵列，本

5、设计要求整个屏幕能够同时显示两个字。图1.1 8x8单基色LED模块内部电路图1.2 用动态扫描显示“B”的过程第二章 LED点阵电子显示屏总体设计2.1 总体结构设计点阵电路大体上可以分成单片机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。此显示电路采用行扫描方式进行显示，每行有一个行驱动器，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送数据，扫描。 硬件电路框图如图所示。2.2 工作原理一、扫描显示：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）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。二、移动处理：通过程序修改发送的数据，就是对hc595_ds内数据的移动，不断输出左移2个字节的长度为8个字节的数据，实现对显示字符的移动。第三章 LED点阵电子广告详细设计采用AT89S52作为主控制器，连接16*32 LED电子点

6、阵，通过程序使16x32 LED电子点阵实现同时最多显示两个字符的循环左移的滚屏显示。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LED点阵电路等。由于在Proteus软件目前版本中还没有16x16点阵模块，要正常的显示一个汉字，则至少需要16x16点阵，所以显示一个汉字则需采用4块8x8点阵来组成，显示汉字的原理与8x8点阵显示字符是一样的。为了能同时显示更多的内容，因此采用8块8x8电子点阵组成16x32点阵的LED阵列，来实现整个屏幕能够同时最多显示两个字符。3.2 元器件选择整个电路由单片机AT89S52，4块74HC595，1块2402存储器，1块4-16线译码器74LS154，8个8x8的LED电子点阵。组成一个16x32的条形电子点阵。74LS154 为 4 线16 线译码器，74LS154的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门。当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。 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

7、)G1、G2 选通端(低电平有效) 015 输出端(低电平有效)74HC595功能：74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器时钟信号分开输入。数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。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位具备三态的总线输出，当使能端OE为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线。图3.2 74HC595管脚图和功能表AT89S52功能：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于其将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51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。因此将AT89S52作为选择对象。 AT89S52的特点：功能齐全；价格便宜

8、，性价比高；集成度高，体积小，可靠性好；低功耗、低电压；易扩展。 图3.3 单片机系统电路3.5 数据的存储因为对所需存储的数据内存要求不大，所以采用24C02串行存储器。2402功能介绍:24C02是2KB串行CMOS EEPROM。CATALYST 公司先进CMOS 技术减少了器件的功耗。 24C02有一个16 字节页写缓冲器。该器件通过I2C 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能.图3.4 24C02管脚图和功能表图3.4 24C02管脚图与功能表3.6 电路设计3.6.1 列驱动电路设计电路中每列8x8点阵的列驱动电路由一片8位移位锁存器74HC595构成。是Motorla的SPI总线开发的一款串并联转换芯片。由于74HC595的输入电平兼容LSTTL,NMOS,CMOS电平，具有较强的输出负载能力，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供电的时候能够达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流和拉电流。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。它输入端允许500ns的上升（下降）时间，可过滤受到严重干扰的时钟信号。这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使得抗干扰能力得到增强。 74HC595并行输出端与LED模块列线之间通过20的电阻连接，这里的电阻起到分压的作用。由于LED显示屏的工作电流时刻在变化，造成了系统电压波动，这种电压波动

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