本科生课程设计（论文）
I
摘 要
随着单片机技术的快速发展，现如今 LED 点阵广告牌随处可见，它的应用领
域极其广泛。像证券交易实时信息的显示，LED 显示屏需求量都是非常大的，而
这些 LED 的基本单元都是 8x8 的点阵，它是组成汉字及其它图形的基础，可通过
单片机的控制实现显示功能，因此具有广泛应用的意义。
设计的点阵 LED 显示屏包括两个部分电路。一是单片机控制部分电路，包括
AT89C51 单片机、时钟电路、复位电路和按键控制电路等，通过 Keil 软件编程实
现控制 LED 显示的功能；二是点阵 LED 显示电路，由 LED 点阵、74HC595 移位
寄存器芯片和 74159 编码器芯片构成。以 74HC595 移位寄存器芯片为主要器件，
设计的点阵 LED 显示屏要求分辨率为 64x16 点，可显示 4 个汉字或 8 个字母，具
有静止显示、滚动显示等显示方式。整体电路结构紧凑、参数设置合理，具有断
电储存，控制灵敏度高，电路稳定性好，抗干扰能力强等优点。
整体电路设计采用 Proteus 仿真软件进行绘图和测试。经过仿真测试，LED 显
示屏能够静止或滚动显示 4 个汉字，分辨率达到 64x16 点，满足可显示 4 个汉字
或 8 个字母，具有静止显示、滚动显示等显示方式的设计要求。
关键词： 点阵 LED；AT89C51；分辨率；74HC595
本科生课程设计（论文）
II
目 录
第 1 章 绪论 .............................................................................................................1
1.1 点阵 LED 显示屏的应用意义 ...................................................................1
1.2 本文研究内容 .............................................................................................1
第 2 章 方案设计与论证 .........................................................................................2
2.1 核心控制电路设计与论证 .........................................................................2
2.2 点阵 LED 显示模块论证 ...........................................................................2
2.3 系统设计要求 .............................................................................................2
2.4 总体设计 .....................................................................................................3
第 3 章 单元电路设计 .............................................................................................4
3.1 单片机最小系统 .........................................................................................4
3.1.1 最小系统 ...........................................................................................4
3.1.2 时钟电路 ...........................................................................................4
3.1.3 复位电路 ...........................................................................................5
3.2 按键控制模块 .............................................................................................5
3.3 断电储存模块 .............................................................................................6
3.4 驱动模块 .....................................................................................................6
3.4.1 行驱动 ...............................................................................................6
3.4.2 列驱动 ...............................................................................................7
3.5 点阵 LED 模块 ...........................................................................................8
第 4 章 系统软件设计 .............................................................................................9
4.1 主程序的设计 .............................................................................................9
4.2 按键程序设计 .............................................................................................9
4.3 编程 C 语言代码 ......................................................................................10
第 5 章 系统仿真与调试 .......................................................................................16
第 6 章 总结 ...........................................................................................................17
参考文献 .................................................................................................................18
附录 I.......................................................................................................................19
附录 II .....................................................................................................................20
本科生课程设计（论文）
1
第 1 章 绪论
1.1 点阵 LED 显示屏的应用意义
随着现代电子技术的快速发展，各类智能电子产品的功能日益强大，与人们日常生
活的联系也日益紧密。电子产品向小型化，精密化的趋势快速发展。在任何的电子系统
中，显示电路都是实现人机交互、信息显示的重要组成部分，所以对点阵 LED 显示技
术的研究具有广泛的意义。
目前应用最广的是红色、绿色、黄色。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、电视墙等无法比拟
的优点。LED 点阵显示屏以高亮度、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长和性能稳定
的优点迅速的发展。在信息显示领域得到广泛的应用，例如证券交易、金融信息的显示
、机场航班动态的显示等服务领域的业务宣传及信息显示。未来的 LED 显示屏会向着
标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展。
采用 LED 点阵屏与 AT89C51 单片机作为主要器件设计的 64x16 点阵 LED 显示屏
，通过不同的模块相互联系，其中每个模块之间只需要极少的联系，极大的提高了系统
的稳定性、可靠性。调试、维护的难度大大降低。显示部分被分为不同的单元独立进行
扫描，每个单元之间的信号采用信号锁存进行同步控制。整个点阵 LED 显示屏具有反
应灵敏度高、抗干扰能力强、显示精准度高和电路稳定性良好等优点，完全满足常规室
内环境下的使用需要。
1.2 本文研究内容
设计分辨率为 64x16 点的点阵 LED 显示屏，能够输出四个汉字或 8 个字母，具有
静止显示、滚动显示等显示方式，同时具有断电储存的功能。采用 AT89C51 单片机作
为控制模块的主要器件，设置独立按键，可通过控制独立按键使输出状态在滚动或静止
之间切换，LED 显示模块由 16 块 8x8 的单色点阵、74159 芯片和 8 块 74HC595 移位寄
存器芯片组成，在默认状态下采用滚动方式显示字符，可通过按键进行状态转换。显示
电路采用行扫描和列扫描的方法，各单元之间的信号进行同步控制。整个系统达到了输
出 4 个汉字或字母具有滚动、静止显示的设计要求且电路稳定工作。
本科生课程设计（论文）
2
第 2 章 方案设计与论证
2.1 核心控制电路设计与论证
方案一：采用由 51 单片机实现控制功能，由 74138 译码器和 74LS273 地址锁存器
进行 16 块 8x8 单色 LED 点阵的行扫描和列扫描。但是多片锁存器的控制极为困难，而
且 51 单片机的 I/O 资源有限。这种方法的单片机编程控制较为困难，在调试过程中有
可能出现信号不同步、扫描出现延时错误等情况，电路结构复杂，可靠性不高。
方案二：采用 AT89C51 单片机和独立按键构成控制电路，采用 74159 芯片对 LED
显示屏进行行扫描，同时使用 74HC595 移位寄存器芯片进行显示屏的列扫描。因为
74HC595 采用串行控制，大大节约了单片机的 I/O 口资源，同时降低了编程和调试的难
度。这种方法控制较为方便，输出稳定性好，可靠性高。
与方案一相比，本系统选用方案二作为设计方案。独立按键能有效控制输出状态，
使输出能在静止和滚动之间切换，单片机的 I/O 口资源能够大大的节约，工作稳定可靠，
抗干扰能力高，实用性强。
2.2 点阵 LED 显示模块论证
方案一：采用 74LS273 地址锁存器与 8x8 点阵构成列扫描，采用两级 74138 译码器
级联构成显示屏的行扫描。为实现动态扫描单片机的控制较为复杂，编程难度较高。
方案二：选用 74HC595 移位寄存器构成显示屏的列扫描。I/O 口资源得到大大节约，
同时各级之间的信号能够实现同步控制。采用 74159 4-16 线译码-多路分配器作为行扫
描。单片机的控制编程难度大大降低，可靠性大大提高，实用性更强。
综上所述，选择方案二做点阵 LED 显示。
2.3 系统设计要求
设计一个点阵 LED 显示屏，其分辨率为 64x16 点，基于单片机控制能够实现显示
屏的输出状态的控制。整体电路包括单片机最小系统，按键控制电路，点阵 LED 显示
电路，断电储存电路。其中单片机编程要求程序结构简单调试方便，可移植性强，可靠
性高。按键控制电路要求控制灵敏度高、控制精准度高。显示电路要求达到分辨率为
64x16 点的输出稳定的要求。整体系统能够满足在一般室内环境下的使用要求。
本科生课程设计（论文）
3
任务要求：
1、设计一个单片机控制的室内用点阵 LED 显示屏。
2、点阵 LED 显示屏分辨率为 64x16 点，可显示 4 个汉字或 8 个字母。
3、具有静止显示、滚动显示等显示方式。
2.4 总体设计
本设计采用以 AT89C51 单片机控制方案。 利用单片机灵活的编程设计和丰富的
I/O 口资源，可通过按键复位单片机。通过独立按键控制使输出的状态在滚动和静止显
示之间切换，通过分辨率为 64x16 点的点阵 LED 显示屏不仅能实现基本的输出显示 4
个汉字的控制功能，整体电路具有断电储存的功能，还能根据实际需要添加控制按键实
现更多的功能。系统结构框图如图 2.1 所示。
图 2.1 系统结构框图
AT89C51
单片机
74HC595 列扫描
74159 行扫描
LED 点阵屏
时钟电路
复位电路
独立按键
数
据
储
存
