激情青春队 供电3091
摘要：
本设计是以AT-89S52单片机为控制核心，基于高效的智能型LED大屏幕显示屏系统，该系统实现了按键切换、显示屏亮度连续可调、信息左右滚屏显示、预存信息定时循环显示。
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1、 基本要求：车架总成设计并制作LED电子显示屏和控制器。
（1）自制一台简易16行*32列点阵显示的LED电子显示屏；
（2）显示屏通过按键进行功能设置；
（3）显示屏能显示规定汉子组成的句子；
二、方案论证与比较
1、扫描方式的选择
方案一：静态显示，所谓的静态显示就是对LED电子显示屏中的每一像素点都通过硬件单独控制，整个LED显示屏所有的LED的同时显示。此方式最大优点是程序设计简单，且画面无闪烁。但这种设计存在致命的缺点：电路复杂，硬件利用率低，成本巨大。所以此方式一般不被采用。 方案二：采用动态扫描法并行输出数据，所谓的动态扫描法是利用人眼的视觉暂留特点而实现的一种显示方法，即当刷新速率足够高时，人眼就察觉不出显示屏画面更迭的闪烁。若要显示一帧画面，先送出第一行的数据，然后选通并点亮第一行，延时；此后送出第二行的数据，同样选通、点亮并延时；依次将所有行扫描完，即给出了一帧的画面。 方案三：采用动态扫描法串行输出数据，方案二和方案三同样采用动态扫描实现显示过程。但方案二的缺点也是明显的，比较而言，方案二的译码电路比较复杂，相对硬件开销大一些；方案三电路构成简单，译码电路简洁。
为使电路设计简洁易行，我们采用方案三
2、行列控制方式的方案论证与选择
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采用传统方案，应用行扫描和列送数据的方式，横向取模，从AT89C52串口发送出来的数据通过74LS595进行串-并行数据转换输出给LED MATRIX UINT的各个列，从AT89C52出来的输出口的数据通过一级总线驱动器74LS245后进入4-16线译码器74LS154,译码以后通过限流电阻进入驱动管阵列放大，直接驱动LED点阵的各行。但要组成16×32的点阵显示电路，必须采用多片芯片，硬件电路复杂。
三、系统硬件电路设计
1、系统总体框图
图1 系统总体框图
2、各单元电路设计
2.1 LED点阵的选择
贺育民LED基本阵列选用6寸的水质改良8×8点阵, 8片8×8点阵组成整个显示屏。该种点阵的规格为双列直插，标准引脚距（2.54mm）,LED规格为Ф5，单红。
8×8点阵LED结构如下图所示：
图2 8×8点阵LED外观及等效电路图
3·整体方案与硬件电路设计
本显示屏采用列扫描、直接送行显示码的方式工作，基本显示原理在后面的软件设计部分提及。分辨率为16X32的显示屏由8个共阳型LED点阵单元构成。共阳型LED点阵单元（8X8）的结构示意图如图1，由行输入高电平点亮。
图1 LED点阵单元结构示意图
图2是8个LED点阵单元级联的接线图。R1~R16是限流电阻，用来保护LED的安全；VT1~VT32是32只PNP型三极管，在这里起到开关的作用：通过控制B01~B32来使得在任何时刻只有唯一的列导通以点亮该列，当列切换的速度足够快时，由于人眼的视觉暂留现象，看上去整个屏都是亮的，这就是动态扫描的基本原理。
图2 8个点阵单元的级联
其实图2已经构成一块LED屏了，如果微处理器有足够大的驱动能力和足够多的I/O口，就可以直接驱动这块LED屏了。但是为了能用AT89S52单片机来控制它，我们需要再加一些驱动电路和译码电路，以提供足够的驱动能力以及简化与单片机的连接。
行驱动电路使用两片74HC245（图3），这是比较常用的驱动芯片，当DIR接高电平时，A端为输入、B端为输出。
列扫描电路则利用了两片4-16线译码器74LS154（图4），U4、U5分别对应左、右屏。A、B、C、D为输入、Y0~Y15为输出。此外，还有CS1、CS2两根线分别使能左、右屏译码器，也就是使能左、右屏。CS1、CS2为低电平使能。
图5是AT89S52单片机最小系统电路。
图3 行驱动电路
图4 译码器扫描电路
图5 单片机电路
74HC595引脚说明工作原理简述
一、74HC595逻辑功能：
它和74HC164的功能类似，都是串入并出的IO接口，将串行的数据，转为并行的输出，这样可以节约MCU的IO口资源。主要应用在多路LED指示或多位数码管驱动方面。但与74HC164比，595主要还有以下更优越的功能：
1.支持3态输出，当第13脚为高电平时，595无输出；
2.具有数据锁存功能，这样不会影响移位时的瞬时输出；
3.具有数据输出功能，可以更方便的进行595泥鳅工厂化养殖技术级联
二、595引脚描述：
1. 第1脚：数据输出端QB
2. 第2脚：数据输出端QC
3. 第3脚：数据输出端QD
4. 第4脚：数据输出端QE
5. 第5脚：数据输出端QF
6. 第6脚：数据输出端QG
7. 第7脚：数据输出端QH
8. 第8脚：电源GND
9. 第9脚：串行数据输入端SQH，时钟下降沿数据移出
10. 第10脚：复位引脚RESET
11. 第11脚：数据移位时钟输入端SCK
12. 第12脚：数据锁存信号输入端RCK
13. 第13脚：数据输出使能端/OE,低电平有效
14. 第14脚：串行数据输入端A，时钟上升沿数据移入
15. 第15脚：数据输出端QA
16. 第16脚：电源VDD
三、74HC595工作原理简述：
74HC595是一款具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能的驱动芯片。移位
寄存器和存储器分别具有独立的时钟信号。数据在SHCP的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。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（MR），存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
四、 系统测试
经过系统的测试与分析，得到以下结果：
1、按键设置功能：
通过按键能使电位复位，能让点阵显示屏重新显示汉字
3、结论
经过小组成员的一致努力，完成了本次课题的任务，达到了预期的目的。设计制作的具有滚动显示汉字的功能的16×32的点阵LED显示屏，显示画面清晰，无闪烁，很好的完成了基本要求。
五、设计总结
通过这次竞赛，我们在硬件设计、软件编程方面得到了极大的提高。同时我们小组的三个成员团结一心，通力合作，体现了很好的团队合作精神。为以后走向工作岗位从事科研或管理工作积累了不可多得的经验。在竞赛中碰到了一个接一个的难题，我们经过不屈不挠的刻苦攻关，一一得到了化解，这种体验为我们走好今后的人生路增添了极大的信心。
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