基于单片机的动态电子广告牌毕业论文

本科生毕业论文（设计）题目：基于单片机的动态电子广告牌设计学 院 电子信息工程学院 学科门类 工 学 专 业 电子信息工程 学 号 姓 名 指导教师 2016 年 03 月 12 日合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）I摘 要动态电子广告牌是一种基于 LED 的显示屏。基于 LED 的显示屏是由几十-几十万个LED 像素点均匀排列组成。它是一种通过控制 LED 的显示方式，用来显示字符、图形、图像、视频等各种信息的显示屏幕。LED 显示屏可分为图文显示屏与视频显示屏，均由 LED 矩阵模块组成。图文显示屏可与计算机通信并同步显示各种字符；视频显示屏采用微机控制技术，图文并茂，以实时、同步、清晰等特点播放各种信息，还可显示录像、电视、动画以及现场实况。LED显示屏所显示画面色彩鲜艳亮丽，立体感强，广泛应用于商场、宾馆、医院、车站、码头、机场、银行、证券市场、建筑市场等公共场所。LED 显示屏具有如下特点：1.可实现超高密度；2.混色好；3.可靠性能强；4.可视角度大；5.通透性高；6.亮度高等。LED 显示屏可以动态显示数字、文字、图像；可以广泛应用于室内外环境，是投影仪、液晶屏无法比拟的。LED 具有：工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击等特点，故 LED 显示屏功耗低，性能稳定。关键词：LED 半导体发光二极;单片机；串并行通信合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）IIAbstractDynamic electronic billboard is a based on LED display. Based on LED display is composed by the dozens, hundreds of thousands of LED pixels are evenly arranged. It is a kind of control led by the display, to display characters, graphics, images, video and other information on the display screen.LED display can be divided into graphic display and video display, are composed of LED matrix module, graphic display can and computer communication and synchronous display a variety of characters; computer control technology is adopted in the video display, illustrations, in real-time, synchronization, the characteristics of clear play each kind of information, also can display the video, television, animation and live, LED display shows screen bright color, three-dimensional sense of strong, widely used in shopping malls, hotels, hospitals, railway stations, wharves, airports, banks, securities market and building market in public places.LED display has the following characteristics: 1 to achieve ultra-high density; 2 mixed color good; 3 reliable performance; 4 visual angle of view; 5 high permeability; 6 brightness.LED display can dynamically display numbers, text, images; can be widely used in indoor and outdoor environment, is the projector, LCD screen can not match.LED has the characteristics of low operating voltage, low power consumption, long service life, impact resistance, etc. Therefore, the LED display has low power consumption and stable performance.Key Words: LED semiconductor light emitting diode; MCU; Serial parallel communication合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）1目 录摘 要 .IAbstract.II目 录 .III1. 引言 .11.1 课题的背景及意义 .11.2 国内外研究现状及趋势 .11.3 任务分析与实现 .22. 硬件设计 .22.1 硬件电路总体设计方案 .22.2 单片机原理及应用 .32.2.1 STC89C52 单片机特点 .32.2.2 STC89C52 单片机管脚说明 .42.3 单片机系统电路设计 .62.3.1 时钟电路 .62.3.2 复位电路 .62.3.3 切换按键电路设计 .72.3.4 行驱动电路设计 .72.3.5 列驱动电路设计 .82.4 LED 点阵屏设计 .82.5 硬件电路原理图 .103. 软件设计 .103.1 编程语言介绍 .113.2 程序流程图 .113.3 子程序设计 .113.3.1 中断服务程序设计 .113.3.2 显示程序设计 .134. 系统仿真与调试 .144.1 软件仿真 .144.2 硬件焊接与调试 .175. 总结与展望 .185.1 总结 .185.2 展望 .18参考文献 .20附 录 .21致 谢 .29合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）21. 引言1.1 课题的背景及意义随着我国社会经济文化等的不断发展，民众的消费标准也在发生着不断的变化,户外灯箱广告更是扮演着越来越重要的宣传角色，在车站、商场、学校单位等场合都会见到霓虹灯之类的广告。但是传统的霓虹灯广告牌不管是在显示色彩效果、用电量还是在可修改性上都已经无法满足当今日新月异的社会需求，传统的霓虹灯广告在社会快速发展中需要更多的改进。电子控制技术的高速发展和 LED 发光二级管制造工艺的进展为高亮度大屏幕的诞生创造了条件。由于 LED 显示屏相对于传统的霓虹灯之类的广告牌有很多方面的优势，所以发展很快，得到了广大应用厂商的认可。这一种刚刚兴起的 LED 大屏幕技术成为了广大民众目光的聚焦焦点。与之前的显示设备比较，首先，LED 显示屏可以显示几乎所有常用色彩,色彩丰富，三基色的发光管可以显示全彩色，显示方式又是多种多样的,无限变化（文字、图形、动画、视频、电视画面等），这一个产品就集合了电子技术领域多个学科的相关知识，是一中高新技术产品。可以用来显示各种文字图形，并且可以与计算机相连接同步显示计算机屏幕的信息，相当于投影仪。其次，LED 显示屏的像素点是LED 发光二极管，将多个发光二极管以大小间距相同的排列形式组合成 LED 显示阵列，这种显示屏具有成本低、耗电量低、亮度和清晰度高、寿命长等众多优点，而且 LED 显示屏不受空间的限制，可以根据用户要求设计屏的大小，需要多大的尺寸就可以做多大的尺寸.具有全彩色效果，可视角度大，是这个信息时代在传播介质方面划时代的产物。最后，LED 显示屏应用范围很广，金融证券、股票炒股、银行利率等信息显示、商业广告播放、文化娱乐等方面，显示的效果亮度高且清晰稳定，越来越多的地方开始使用LED 电子显示屏，有巨大的社会效益和经济效益。 LED 显示屏集众家之长，在国际领域得到了广泛的应用。1.2 国内外研究现状及趋势 LED 显示屏发光效率高，能够很好的适应室内室外等应用区域的环境，自上世纪90 年代前期开始，随着 LED 制造业的技术水平有了新的进展，理论等相关技术框架基本形成，在国外得到大范围多领域的应用。而在我们中国改革开放 30 年的发展之后，主要是进入上世纪 90 年代我国的经济得到了飞速的发展，快速的提高，经济发展的背景下各合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）3种商业信息的传播在整个市场上有很大需求，LED 显示屏及时的出现很好的满足了当时社会和市场的需要，LED 显示屏的研发与加工技术水平也得到了相应的提高，适用范围领域也得以扩展。在 LED 显示屏快速发展的过程中，从开始出现到大范围多领域的应用也是经历了一个过程，总的来说，LED 显示屏经历了单色、双色到红绿蓝三基色全彩多灰度级显示的一个过程。目前关于 LED 显示屏的理论框架和相关制造加工技术等已经相当成熟，lED 显示屏的像素点越做越小，红绿蓝三基色全彩屏的分辨率越来越高，并朝着高亮度、低功耗、大视角的方向发展。相关理论也日臻完善。据 CCID 微电子研究所预计，在未来的 5 年时间内，我国 LED 显示屏将在电信、邮政、金融系统、商业系统、交通系统、体育场馆等领域不断开拓市场，寻求新的发展空间以及应用领域，与此同时 LED 显示屏在市场上的需求正以大约平均每年 30%的速度递增，发展趋势如下：1.高亮度、全彩化 2.标准化、规范化 3.产品结构多元化发展。 1.3 任务分析与实现本设计的任务是：以 STC89C51 单片机作为主控芯片实现 LED 显示屏信息的显示。屏幕规格为 16*48，采用 5VUSB 电源供电，因 LED 功耗低，故有足够的驱动能力，而且STC89C52 单片机有很好的稳定性，能够很好地实现信息的显示。本系统依赖稳定的硬件电路可以实现字符“*Disney*”的动态显示。并且通过按键的控制可以切换不同的滚动显示效果和不同的滚动速度。动态显示功能，可以做小型广告牌，本设计可以应用在大小店铺显示各种商品信息，因系统能够显示文字、简单图像信息，故足以满足大小店铺的显示需求。并且稳定性高、用电量低、亮度大。传统的电子广告牌动态显示使只有一种模式，本设计一改传统，设定了多种滚动模式。2. 硬件设计电子广告牌的硬件电路部分是基础部分，它包括电源部分、单片机系统、切换按键、行驱动电路、列驱动电路，LED 点阵屏部分。本节将要对各部分模块的器件及工作原理作详细的介绍。合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）42.1 硬件电路总体设计方案图 1-1 系统总体设计框图2.2 单片机原理及应用STC89C52 是一种带 8K 字节可编程、高性能的 CMOS8 位微处理器，俗称STC89C52 单片机，是典型的嵌入式微控制器。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。自上世纪 70 年代问世以来，已广泛应用在工业自动化、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子等各个方面 4。图 2-2 STC89C51 单片机2.2.1 STC89C52 单片机特点 (1) 看门狗复位电路MCU控制单元显示模块时钟电路切换按键电源电路驱动模块合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）5(2) 用异步串行口 (UART)(3) 用户应用程序空间： 8K 字节(4) 有 2 个 16 位定时器/计数器(5) 工作温度范围： 0 - 75(6) 通 SPI 同步通信口，主模式/从模式(7) 增强型 1T 流水线指令集结构 8051CPU(8) 外部中断 2 路，下降沿中断或低电平触发中断(9) PWM (4 路）/ PCA（可编程计数器阵列）(10) 工作电压： 3.4V - 5.5V（5V 单片机）(11) 工作频率范围： 035 MHz(12) 无需专用编程器(13) 可通过串口直接下载用户程序，而且下载迅速(14) 外部晶体 20M 以下时，无需外部复位电路(15) 通用 I/O 接口可设置成四种模式，每个 I/O 口的驱动能力都可达到 20mA，但整体不能超过 55mA(16) 时钟源：当用户在下载程序时，需要选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体时钟2.2.2 STC89C52 单片机管脚说明 STC89C52 单片机有 40 个引脚，32 个 I/O 口引脚、4 个控制引脚和 4 个电源及时钟引脚，其管脚分配如图 2-3 所示。(1) VCC：接+5V 电压。 (2) GND：接地。(3) RST：复位输入。当振荡器复位时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。(4) P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口。当扩展外部储存器及 I/O 接口芯片时，P0 作为地址总线（低 8 位）及数据总线的分时复用端口。P0 口也可用作通用的 I/O口使用，当需要加上拉电阻，这时为准双向口。 (5) P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能够接收和输出 4TTL 门电流。当 P1 口管脚被写入 1 时，当内部上拉为高时，可用作输入，当 P1引脚被外部下拉成低电平时，将输出电流，这是因为内部存在上拉。 (6) P2 口：P2 口是一个由内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收和输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 管脚被写入 1 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，作为输入。合肥师范学院 2016 届本科生毕业论文（设计）6(7) ALE/PROG：当访问外部的存储器时，地址锁存允许的输出电平将用于锁存地址的低位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端则以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可以用作对外部输出的脉冲或者用于定时目的。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20 (A8)P2.0 21(A9)P2.1 22(A10)P2.2 23(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.5 26(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7)P0.7 32(AD6)P0.6 33(AD5)P0.5 34(AD4)P0.4 35(AD3)P0.3 36(AD2)P0.2 37(AD1)P0.1 38(AD0)P0.0 39VCC 40U189C51/52图 2-3 STC89C52 单片机各引脚(8) P3 口：P3 口是一个由内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 口缓