基于单片机的路标警示系统设计

摘要 本文介绍了一款以单片机AT89S51为控制器的LED点阵显示屏的路标警示系统的设计。该系统可实现中英文字符的显示和动态特效显示。并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。由显示驱动模块驱动一个16×16分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。所选用的AT89S51单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。除此之外，该系统只占用了单片机少量的I /O口和内存，为系统留下了功能扩展的空间。显示屏的驱动电路设计是整个系统的关键，它的质量优劣直接关系到显示的效果和系统的稳定性。如何获得最优良的显示效果，如何降低硬件借口复杂度提高系统稳定性，如何降低硬件成本等一系列问题成为设计显示屏系统的重点。 关键字：AT89S51；LED点阵显示； 目 录摘要 IIAbstract II第1章? 绪论 11.1? 课题背景……………………………………………………………… 11.2? 路标警示系统概述 …………………………………………………? 31.3 本章小结 ……………………………………………………………… 4第2章? 系统总体设计及硬件设计 ………………………………52.1 系统总体设计 ………………………………………………………… 52.2 主要芯片介绍 ………………………………………………………… 72.2.1 AT89S51简介 ………………………………………………………72.2.2 74HC138简介 ………………………………………………………92.3系统的硬件单元设计 ………………………………………………… 102.3.1 电源模块设计 …………………………………………………… 102.3.2 晶振与复位模块设计 …………………………………………… 112.4系统总电路图 ………………………………………………………… 142.5??? 本章小结 ……………………………………………………………? 16第3章? 软件设计与软件仿真 …………………………………173.1 程序设计介绍 …………………………………………………………173.2 各模块程序设计 ……………………………………………………? 183.2.1主程序模块设计 ………………………………………………… 183.2.2LED点阵显示子程序设计 ……………………………………… 193.2.4程序调试 ………………………………………………………… 203.3 软件仿真 ………………………………………………………………223.4??? 本章小结 27第4章? 结论及总结 …………………………………………… 284.1 结论 …………………………………………………………………? 284.2总结 ……………………………………………………………………28参考文献 …………………………………………………………29致谢 ………………………………………………………………31 课题背景 LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万……几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点[1]。 在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。 单片机又称单片微型计算机,它不是完成某种逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。简单的讲：一块芯片就构成了一台微型计算机。它体积小、质量轻、价格便宜、从而为我们的学习、应用和开发提供了便利条件。此外，学习使用单片机成为了解计算机原理与结构的最佳选择。 根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。??? 通用型单片机是一种基本芯片，他的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表和 IC 卡读写器上的单片机等。这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经实现了对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化。 单片机的应用已经很广泛，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。由于它广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。并大范围的改变了我们的生活方式，使我们的生活更加多姿多彩。 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。 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、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显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。LED点阵显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 随着汽车工业的发展，汽车的安全行驶则成为重要的课题，道路的安全警示则是一个重要环节，所以，安全提示为道路交通安全提供可靠保障。路标警示系统的设计应运而生，而用LED点阵来设计路标警示显示屏，是一个非常好的选择。 1.2 ?路标警示系统概述 总体设计思想如下： 本系统由主控制器AT89S51、电源模块、LED点阵显示模块、74HC138锁存译码模块等组成。 一、采用AT89S51作为主控制器，AT89S51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，有4KB可编程可擦除只读存储器（FPEROM），该器件与工业标准的MCS-51相兼容。AT89C51单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口等强大的功能，以及控制的准确性，非常适合于本设计。 二、显示部分采用使用LED点阵显示。优点：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 三、电源模块设计完成变压、整流、滤波等相关功能。 软件设计部分C语言编程，keilC51为编译开发环境，使用Proteus软件进行仿真，完成设计要求，实现系统功能。 1.3 本章小结 本章，介绍了单片机和LED显示屏的问世及其发展。并介绍了路标警示系统总体设计思想。LED点阵显示屏之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与LED显示屏本身所具有的优点分不开的。路标警示系统主要由主控制器AT89S51、电源模块、LED点阵显示模块、74HC138锁存译码模块等组成。