试题： A 甲 1025
参赛试题：
点阵电子显示屏（A 题）
目 录
第一部分
摘要 ……………………………………………………...3
第二部分
1.设计任务………………………………………………..4
1.1 基本要求………………………………………………………….........4
1.2 发挥部分……………………………………………………………….4
1.3 创新部分……………………………………………………………….4
2．方案论证与比较………………………………………5
2.1 显示部分……………………………………………………………….5
2.2 数字时钟……………………………………………………………….5
2.3 温度采集部分………………………………………………………….6
2.4 芯片选择……………………………………………………………….6
2.5 闹铃方式的选择……………………………………………………….6
2.6 止闹方式的选择……………………………………………………….6
2.7 串口通讯芯片的选择………………………………………………….6
3. 总体方案……………………………………………….7
3.1 工作原理……………………………………………………………….7
3.2 总体设计……………………………………………………………….7
4．系统硬件设计…………………………………………7
4.1 AT89S52 单片机最小系统…………………………………………...8
4.2 温度测量模块………………………………………………………...8
4.3 时钟模块……………………………………………………………..8
4.4 键盘模块……………………………………………………………..9
4.5 LED 点阵显示模块………………………………………………….10
4.6 电源的选择………………………………………………………….11
4.7 PC 机通讯……………………………………………………………12
4.8 整体电路…………………………………………………………….12
5．系统软件设计………………………………………….7
5.1 主程序流程………………………………………………………….13
5.2 扫描子程序………………………………………………………….14
5.3 时间程序…………………………………………………………….15
5.4 PC 机串口通讯程序…………………………………………………15
5.5 亮度调节程序………………………………………………………16
5.6 温度程序…………………………………………………………….17
6．测试与结果分析……………………………………...17
6.1 基本部分测试与分析……………………………………………….17
6.2 发挥部分测试与分析……………………………………………….18
6.3 创新部分测试与分析……………………………………………….18
7．设计总结……………………………………………...18
8．参考资料……………………………………………...18
附录……………………………………………………………18
例程…………………………………………………………......................................18
摘要 LED 大屏幕显示系统，以 AT89S52 单片机为核心，由键盘显示、录
放音模块、光电开关、温度采集、定时闹铃、LED 大屏幕显示等功能模块组成。
基于题目基本要求，本系统对时间显示和大屏幕显示进行了重点设计。此外，扩
展单片机外围接口、温度采集、非接触式止闹、滚动屏幕显示、语音报时等功能。
本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软
件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要
求的基本功能,发挥部分也得到完全的实现,而且有一定的创新功能。
关键字：单片机 LED 大屏幕 滚屏显示
Abstract This large LED display screen system ,based on chip
microcomputer AT89S52,is composed by the following functional modules :
keyboard displaying ,sound phonating. photoelectricity untouched
switch，temperature gathering ,timing bell,
According to the basic requirements of the subject ,our system stresses on the
realization of time displaying and large screen displaying ,Furthermore ,we also
extend the primary function ,adding new functions ,such as the single chip peripheral
ports ,temperature gathering ,untouched ring-stop, scroll screen display, sound
timing .and so on.
Adopting the idea of hardware-to-software, most of those functions are realized by
softwares, which makes the electrocircuit more concise and the system more stable ,
The design achieved and even exceeded all the required basic technical indexes
Key words: chip microcomputer large screen display system
scroll screen display
1 任务设计
1.1 基本要求：设计并制作 LED 电子显示屏和控制器。
1.1.1 自制一台简易 16 行*32 列点阵显示的 LED 电子显示屏；
1.1.2 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示数字和
字母亮度适中，应无闪烁。
1.1.3 显示屏通过按键切换显示数字和字母；
1.1.4 显示屏能显示 4 组特定数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；
1.1.5 能显示 4 组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。
1.2 发挥部分：
1.2.1 自制一台简易 16 行*64 列点阵显示的 LED 电子显示屏；
1.2.2 LED 显示屏亮度连续可调。
1.2.3 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示；
1.2.4 实现实时时间的显示，显示屏数字显示： 时∶分∶秒（例如 18∶38∶59）；
1.2.5 增大到 10 组（每组汉字 8 个或 16 个数字和字符）预存信息，信息具有掉电保护；
1.2.6 实现和 PC 机通讯，通过 PC 机串口直接对显示信息进行更新（须做 PC 机客户程序）；
1.3 创新部分
1.3.1 室温的测量
1.3.2 定时闹铃
1.3.3 整点报时
1.3.4 非接触止闹
2、方案论证
2.1 显示部分:
显示部分是本次设计最核心的部分，对于 LED8*8 点阵显示有以下两种方案：
方案一：静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0 和 1 表示,若为 0 ,则
表示 L ED 无电流,即暗状态;若为 1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动
电路,一幅画面输入以后,所有 L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式,所需的
译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。
方案二：动态显示，对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方
式。动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪
烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采
用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示
使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发
光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为 50Hz, 发
光二极管导通时间≥1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。
鉴于上述原因, 我们采用方案二
2.2．数字时钟
数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。
方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分
别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现 1 秒定时中断，每产生一次中断，
存储器内相应的秒值加 1；若秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分字节值加 1；若分值
达到 60，则清零分字节，并将时字节值加 1；若时值达到 24，则将时字节清零。该方案具
有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时
器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。
方案二：本方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS1302。该芯片内部采用石英晶体振
荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于
显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下
仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部
锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，
以备随时提供正确的时间。
基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
2.3 温度采集部分
能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们
决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。
方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、
重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。
方案二：采用温度传感器 DS18B20。DS18B20 可以满足从-55 摄氏度到+125 摄氏度测
量范围，且 DS18B20 测量精度高，增值量为 0.5 摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测
得的温度值的存储在两个八位的 RAM 中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，
使用方便。
基于 DS18b20 的以上优点，我们决定选取 DS18b20 来测量温度。
2.4 芯片的选择
方案一：采取并口输入，占用大量 I/O 口资源
方案二：选取串口输入，使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯
片有 74HC595、74LS164、TPIC6B595。但是 74HC595 和 74LS164 两种芯片必须加驱动才
能驱动 LED，而 TI 公司的 DMOS 器件 TPIC6B595 , 除具有 TTL 和 CMOS 器件中移位寄
存器 595 的逻辑功能外, 其最大的特点是驱动功率大, 可直接用作 LED 的驱动。
综合以上比较，我们选取 TPIC6B595 来驱动 LED 点阵。
2.5 闹铃方式的选择
方案一：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出高电平，蜂鸣器发生。
采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便，但是发出的闹铃声音单一。
方案二：采用录音放音芯片 1420 闹铃，先对录放音设备录入一段音乐，当到设定时间
时，单片机控制录放音设备放音。采用录放音电路铃声可以自己预先设定一段自己喜欢的音
乐，符合电器设备人性化的要求。且 1420 芯片可以分段录音，还具有语音报时功能。
基于录音放音芯片 1420 的以上优点，我们决定采用录放音设备闹铃。
2.6 止闹方式的选择
一般钟表都具有闹钟功能，到设定时间，便自动启动闹钟，发出音乐提醒人们，再由人
按下止闹按钮停止闹钟工作。 一般每天只能设置一次闹钟、并要由人按下按钮止闹，使用
不是很方便。
智能处理器应用可改变这种状况，一天可按自己需要设置闹钟的开关、多次闹钟设置并
可用非接触方式止闹。
方案一：采取远程红外遥控止闹，遥控器发出特定红外信号时，单片机接受到信号，向
发音设备发出停止信号止闹。红外遥控止闹控制距离远，但是价格昂贵，增加了制造成本。
