基于STC89C52单片机的模拟屏显示控制系统毕业设计

　　基于STC89C52单片机的模拟屏显示控制系统

　　摘 要：

　　论文阐述了基于STC89C52单片机的模拟屏控制系统的硬件电路原理图设计，以及系统软件设计中的时序控制部分和片选部分的实现过程和方法。该系统采用STC89C52单片机为控制中心,并用MAX232芯片来实时采集传输外部数据，通过单片机的控制，实现相应数据在模拟显示屏上的显示。系统包括地址锁存模块，时序控制模块，片选模块，显示报警模块四个部分，能够实现报警数据的实时采集和处理，时序控制模块，液晶屏不同显示模式的切换以及报警等功能。

　　关键词：单片机AT89C51；液晶显示；按键控制

　　本次课程设计是依据51单片机的最小系统做的一次系统扩展，该系统的主要设计目的是对一些高危工作区域或者易发事故区域进行监控，能在事故发生后第一时间知道哪一区域发生了问题，从而采取相应的应对措施。该系统利用51单片机进行系统控制，利用74系列芯片控制时序信号的发生以及输出显示，使得系统高效实用。

　　关键字： 74HC161；74HC74；74HC595；74HC165；74HC245；74HC573；74HC139；RS232 ；STC单片机

　　Abstract

　　This paper introduces a AT89S51 single-chip for the controller system destem design the system can realize the display and dynamic in both English and Chinese characters and special effects can be through the level that the way that even to expand the size of the screen in order to

　　achieve the purpose of that increase the content system adopts PC as a PC, PC to the single chip microcomputer control command and the upper machine sent to store display code, receiving and deal with AT89S51 PC control commands and display code, the display driver modules drive a 16 and resolution of LED dot matrix display scan showed that the PC and of

　　communication between the microcontroller using RS 232 C communication standards to achieve chooses AT89S51 is inexpensive program written to the convenient characteristics make Key word: 74HC161；74HC74；74HC595；74HC165；74HC245；74HC573；74HC139； RS232; Single chip microcomputer

　　目 录

　　目 录 ............................................................................................................................................. 1

　　第1章 引 言 ......................................................................................................................... 1

　　1.1 选题背景及意义 .............................................................................................................. 1

　　1.1.1 选题的背景 ............................................................................................................... 1

　　1.1.2 选题的意义 ............................................................................................................... 3

　　1.2 论文的整体构架 .............................................................................................................. 3

　　第2章 开发工具简介 ................................................................................................................... 5

　　2.1 KEIL C51软件简介 ......................................................................................................... 5

　　2.2 Protel 软件简介 ............................................................................................................... 5

　　第3章 设计方案 ........................................................................................................................... 7

　　3.1 总体设计思路 .................................................................................................................. 7

　　3.2 方案论证 .......................................................................................................................... 8

　　3.2.1 方案一 无MCU设计方案 ...................................................................................... 8

　　3.2.2 方案二 无74HC595设计方案 ............................................................................... 8

　　3.2.3 方案三 单片机控制下的移位时钟方案 ................................................................. 9

　　3.2.4 方案确定 ................................................................................................................... 9

　　第4章 硬件设计 ......................................................................................................................... 10

　　4.1 系统设计原理图 ............................................................................................................ 10

　　4.1.1 原理图绘制 ............................................................................................................. 10

　　4.1.2 PCB板制图 ............................................................................................................. 11

　　4.2 系统各模块介绍 ............................................................................................................ 12

　　4.2.1 地址锁存器模块 ..................................................................................................... 12

　　4.2.2 时序信号产生模块 ................................................................................................. 13

　　4.2.3 组合逻辑应用 ......................................................................................................... 15

　　第5章 调试结果及分析 ............................................................................................................. 17

　　5.1 调试结果 ........................................................................................................................ 17

　　5.2 结果分析 ........................................................................................................................ 17

　　第6章 结 论 ........................................................................................................................... 18

　　6.1 设计结论 ........................................................................................................................ 18

　　6.2 心得体会 ........................................................................................................................ 18

　　参 考 文 献 ................................................................................................................................. 19

　　附 录 一 ....................................................................................................................................... 20

　　附一 芯片驱动程序 ............................................................................................................. 20

　　附二 RS-232接口通讯协议解析 ........................................................................................ 21

　　致 谢 ......................................................................................................................................... 25

　　LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。 LED显示屏是一种迅速发展起来的新型信息显示媒体。随着我国经济的不断发展,已被广泛应用于车站、宾馆、银行、医院等公共场合。显示屏电源是其重要组成部分，主要用来给显示屏发光二极管提供必要的工作电流，保证屏体正常显示。为简单起见，通常采用由一小功率电源带3到4个显示驱动板的供电方案。这样,一个较大面积的显示屏需要配接许多电源模块，例如一个2m1.5m的屏体，就需要提供24个5V/20A的模块电源。该设计存在以下的缺点。 1）接线复杂每一个电源均需单独地配置交流输入线、直流输出线。 2）电源冗余度差在大多数情况下，屏体显示内容为文字、动画、图片，每个显示驱动板消耗的电流不一样，可能某些电源模块过载，而另一些模块空载。此外，若某一电源失效，会造成屏体的一部分黑屏。 3）电源过载能力差，利用率低屏体在工作时消耗的电流随画面的内容、颜色、亮度而变化，大部分时间电流较小，而大面积高亮度的画面虽消耗电流大，但持续时间短。考虑到LED是恒流驱动的，只要驱动板可正常工作，供电电压可以降低一些。电源最好有下拖形状的限流特性，而不是通常的较陡峭形状的限流特性，以保证有较好的过载能力、较高的利用率。

　　LED点阵显示屏是通过PC机将要显示的汉字字模提取出来，并发送给单片机，然后显示在点阵屏上，主要适用于室内外汉字显示。

　　LED 点阵显示屏按照显示的内容可以分为图文显示屏、图像显示屏和视频显示屏。与图像显示屏相比，图文显示屏的特点就在于无论是单色还是彩色显示屏都没有颜色上的灰度差

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　　别，因此图文显示屏也就体现不出色彩的丰富性，而视频显示屏不仅能够显示运动、清晰和全彩色的图像，还能够播放电视和计算机信号。虽然这三者有一些区别，但它们最基础的显示控制原理都是相似的。

　　LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制 第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。 第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。LED显示屏分为数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏，均有LED矩阵块组成。LED数码显示屏的显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。图文显示屏的显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适用于播放文字，图像信息。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏采用微型计算机进行控制，文图，图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维，三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏根据使用场所又可分为室内显示屏与室外显示屏。LED显示屏显示画面色彩艳丽，立体感强烈，静若油画，动若电影，被广泛应用于金融、邮电、厂矿企业、交通运输、教育系统、医院商场建筑市场、拍卖行等。

　　实际上，从2000年起，LED草坪灯、交通信号灯、手电筒、地板灯、景观灯等开始进入市场，经过近几年的发展，规模上有较大增长。从应用产品的开发来说，首先是要把新应用研制出来。2004年4月在德国法兰克福照明展上，展出了80家公司采用Luxeon功能器件开发出的应用产品。然而考虑开发什么产品时，一定要从发挥LED本身优点方面出发，如从它的长寿命、防潮、耐振动特性出发，可开发建筑照明、景观灯具、水底投射灯具、广告投光灯具、车辆灯具和交通信号灯；从省电、重量轻、体积小的特性出发，可开发室内照明灯、博物馆投射灯、安全出口标志灯、手电筒；从聚光性好等特性出发，可开发薄形灯具、小台灯、广告灯箱、舞台灯和煤矿灯；从低电压、快速驱动特性出发，可开发手电筒、维修灯、埋地灯、草坪灯和水中灯；从单一波长高亮度特性出发，可开发交通

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　　信号灯、道路警示灯、障碍灯和刹车灯等。

　　现在随着电子技术的发展，产品的技术含量越来越高，使得芯片的复杂程度越来越高，人们对数万门乃至数百万门设计的需求也越来越多，信息时代，LED市场展现了美好的前景。

　　如今时代在进步，科技在发展，人们的生活质量在步步提高，人们越来越意识到它和环境的协调性、美观性以及更好的心理体验，在这方面，走在同行业前列的是比利时Barco。Barco一直引 着LED显示领域的革命，为人们提供创意型的显示解决方案，使LED与各种环境相融合，为人们带来独特视觉感受的同时也带来无与伦比的心理体验，也提供了 更多的广告和互动机会。Barco在户外广告领域有很多成功案例，在国内就有重庆的解放碑和北京的中关村，这些成功案例均为Barco LED的用户带来巨大的商业价值。这些有Barco LED的地方更已成为当地方的标志性建筑之一。

　　1.1.2 选题的意义

　　LED点阵屏本身具备很大的优势，它主要应用于显示屏，利用发光二极管点阵

　　模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国内外得到广泛的应用。它为一种低成本，高亮度，大角度，节能环保、易于数字化控制以及宽的环境适应能力的一种公用信息发布系统。且我国LED产业发展现状较为良好，具有很大的市场发展潜质，据有关部门统计，近几年，半导体显示器产业发展迅速，全球产值年增长率保持在20%以上，被公认为是21世纪最具有发展前景的高技术领域。我国初步形成的完整产业链，在半导体显示屏节能产业上取得了积极进展，且我国技术水平相对领先,LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。所以，选择此设计课题不仅能让我们对LED点阵屏这一行业有一个更加全面和深入的了解，掌握51单片机的软硬件开发工具的使用方法，也能为以后的工作积累世纪工作经验，更能从中掌握其基本显示原理和设计方法。增加对本技术的熟悉程度以及利于对我国这一技术与世界水平进行正确对比，以看清自身的不足取长补短，因此本课题不论是对自己的就业还是对我国的LED点阵屏技术的发展都有非常积极与现实的意义。

　　1.2 论文的整体构架

　　第一章引言部分对选题背景和应用及前景作了详细的阐述，明确了本课程设计的目的与意义。

　　第2章主要介绍了开发本系统所涉及的开发工具及其基本信息。

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　　第3章通过对比论证的方式论证了本方案的可行性。

　　第4章硬件设计。统筹安排了系统的各个功能模块。

　　第5章调试结果及分析。对系统的结果作出调试和分析。

　　最后结论部分介绍了设计体会和编程体会，并指出了系统设计中的不足和改进的方向。

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　　第2章 开发工具简介

　　模拟屏显示控制系统利用Keil C51 作为系统脚本语言进行编程设置，是因为C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

　　模拟屏显示控制系统之所以利用Protel 软件进行原理图绘制以及PCB 板绘制，是因为Protel 软件是基于Win95/Win NT/Win98/Win2000的纯32位电路设计制版系统。其提供了一个集成的设计环境，包括了原理图设计和PCB布线工具，集成的设计文档管理，支持通过网络进行工作组协同设计功能。

　　2.1 KEIL C51软件简介

　　Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，其提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

　　2.2 Protel 软件简介

　　Protel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是各大机电院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。

　　Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）

　　Protel 99SE软件采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel 99 软件 是在

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　　桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。所有Protel 软件设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。其含有丰富的元件库，可以方便调用，利于制图。

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