基于單片機的LED點陣廣告牌設計說明

1、編號本科生畢業(yè)設計基于單片機的LED點陣廣告牌設計LEDdotmatrixbillboarddesignbasedonsinglechip學生姓名專業(yè)學號指導教師學院二0一五年六月畢業(yè)設計論文原創(chuàng)承諾書1 .本人承諾：所呈交的畢業(yè)設計論文?基于單片機的LED點陣廣告牌設計?,是認真學習理解學校的?理工大學本科畢業(yè)設計論文工作條例?后,在教師的指導下,保質(zhì)保量獨立地完成了任務書中規(guī)定的容,不弄虛作假,不抄襲別人的工作容.2 .本人在畢業(yè)設計論文中引用他人的觀點和研究成果,均在文中加以注釋或以參考文獻形式列出,對本文的研究工作做出重要奉獻的個人和集體均已在文中注明.3 .在畢業(yè)設計論文中對侵犯任何

2、方面知識產(chǎn)權(quán)的行為,由本人承當相應的法律責任.4 .本人完全了解學校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設計論文的規(guī)定,即：根據(jù)學校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學校保存畢業(yè)設計論文的復印件和電子版本,允許被查閱和借閱；學?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復制手段保存畢業(yè)設計論文,可以公布其中的全部或局部容.以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承當！作者簽名：年月日摘要本設計使用AT89C5仰片機作為主限制模塊,利用簡單的外圍電路來驅(qū)動64X16的LED點陣顯示屏.利用其本身強大的功能,可以很方便的實現(xiàn)單片機與PC機間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲,并能用軟件方便的進行顯示容的變化,另一方面點陣顯示屏廣泛的應用于公共場所,

3、所以本設計具有很強的實用性.本LED顯示屏能夠以動態(tài)掃描的方式同時顯示4個16X16點陣漢字,并能通過軟件修改顯示容和效果.把字符碼存儲在空閑的單片機程序存儲器空間,使本LED顯示系統(tǒng)能掉電存儲1024個字符.設計中采用了SPI接口的GB2312B準字庫.由于采用用行傳輸方式,使本系統(tǒng)的可擴展性得到提升,便于多個顯示單元的級聯(lián).本文從LED的顯示原理入手,詳細闡述了LED態(tài)顯示的過程以及硬件電路的設計.關(guān)鍵詞：LED動態(tài)顯示單片機點陣字庫AT89C51AbstractThisdesignusesAT89C51MCUasamaincontroller,anddependsonasimpleext

4、ernalcircuittodrive64X16thelatticeLEDdisplay.ByusingitsownpowerfulfunctionsandcapacityofinternalE2PROM,itiseasytoaccomplishtheMCUandPCandE2PROMforinternalstorage,datatransmissionequipment,anditalsocanbeusedconvenientlytoshowavarietyofcontentchanges.Theotherdotmatrixdisplayiswidelyusedinmanypublicpla

5、ces.Therefore,thedesignhasastrongpracticalapplication.TheLEDDisplaydynamicscancanshowthewayatthesametimefour16x16dotmatrixChinesecharacters,andPCsoftwarecanmodifythecontentandeffectshows.IAPusedintheapplicationofprogrammabletechnology,thecharacterswithinthecodestoredintheSCMreeprogrammemoryspace,sot

6、hattheLEDdisplaysystemcanstore1,brown-outcharacters.SPIusedinthedesignoftheinterfacestandardGB2312character.Becauseserialtransmissionused,sothatthesystemcanbeenhancedscalability,foranumberofdisplayunitsofthecascade.ThisarticlefromthestartLEDdisplayprinciple,elaboratedontheLEDdisplaydynamicprocess,as

7、wellashardwarecircuitdesign.KeyWords:LED;Dynamicdisplay;SCM;Latticelibrary;AT89C51目錄摘要IAbstractII第1章概述11.1 緒論11.2 本課題研究的目的、意義11.3 國外研究現(xiàn)狀1第2章主要元器件的概述32.1 AT89C51單片機的功能及其引腳32.2 74HC04逆變器的功能52.3 74HC595的引腳及其功能52.4 74HC154功能及其引腳62.5 LED的結(jié)構(gòu)及其用法72.6 顯示原理及限制方式分析83.1 LED電子顯示屏的分類83.2 LED電子顯示屏概述83.3 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)

8、103.4 LED動態(tài)顯示原理113.5 LED常見的限制方式113.6 設計方案論證133.6.1 顯示模式方案133.6.2 數(shù)據(jù)傳輸方案14第4章電路設計154.1 電路設計框圖154.2 主電路設計154.3 鍵盤模塊設計154.4 驅(qū)動模塊154.5 逆變電路164.6 16X16LED點陣顯示制作17174.6.1 16X16LED點陣的部結(jié)構(gòu)及工作原理4.6.2 用8X8LED點陣構(gòu)成16X16LED點陣184.7 LED顯示驅(qū)動電路20第5章字模生成215.1 字模簡介215.1.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù)215.1.2 軟件限制系統(tǒng)字模提取的分析與設計215.2 字模存

9、儲技術(shù)225.3 字庫生成23第6章軟件設計246.1 程序設計總體思路和結(jié)構(gòu)246.2 各模塊程序設計246.2.1 主程序設計246.2.2 鍵盤子程序設計246.2.3 動態(tài)顯示程序設計25第7章系統(tǒng)功能仿真277.1 仿真軟件簡介277.2 軟件仿真過程307.2.1 繪制原理圖307.2.2 導入程序307.3 系統(tǒng)整體功能仿真運行結(jié)果32第8章總結(jié)與展望33參考文獻34致謝35附錄36第1章概述1.1 緒論當今社會在飛速開展無疑能源、健康、空間的利用,成了人們著重關(guān)注的對象.而在這個信息極速傳遞的社會,LED的出現(xiàn)給人們帶來了希望之光.LED的特色之處一是節(jié)能,二是根本無電離輻射,

10、三提升空間利用率.而這些特色又恰好解決了上述的三種問題.然而LED點陣顯示屏的特點不僅僅于此LED點陣顯示屏用的是數(shù)碼管,而數(shù)碼管具有實用,廉價等優(yōu)點.做出來的LED點陣顯示很耐用.LED點陣顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速開展,是與LED顯示屏本身所具有的優(yōu)點分不開的.LED點陣顯示屏的開展前景極為廣闊,目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性,可靠性、全色化方向開展.1.2 本課題研究的目的、意義本設計能夠提升我們的動手水平與解決實際問題的水平.對于單片機我們已經(jīng)學習了很多與之相關(guān)的理論知識,但是我們還沒有時機來實際操作它,畢業(yè)設計給我們提供了一個很好的時機,讓

11、我們更深入的去學習掌握它.使我們能夠掌握LED顯示屏的根本顯示原理和設計方法,對LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和熟悉.并且對大學期間所學習的一些理論進行了實踐,使我們對所學過的理論知識有了新的熟悉.并且通過該設計課題掌握了51單片機軟硬件開發(fā)工具的使用方法,為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗.目前我國的信息行業(yè)開展迅速,作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛,相關(guān)的從業(yè)人員也會越來越緊缺.但同時應該清楚的熟悉到我國的LED技術(shù)雖然開展迅速但和世界先進水平還有一定的差距.因此,此課題不管是對自己的就業(yè)還是對我國LED顯示技術(shù)的開展都有非常現(xiàn)實與積極的意義.1.3 國

12、外研究現(xiàn)狀發(fā)光二極管LED是六十年代未開展起來的一種半導體顯示器件,隨著半導體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和P-N結(jié)形成技術(shù)的研究進展,發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提升并迅速進入批量化和實用化.進入八十年代后,LED在發(fā)光波長圍和性能方面大大提升,并開始形成平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏.LED顯示屏經(jīng)過多年開展,在國外的應用趨于成熟化.它從最初的單基色顯示,經(jīng)過到雙基色,現(xiàn)在開展到全彩色階段.它們在社會上以得到廣泛應用.同時顏色趨多樣化,顏色由最初的紅色,開展到可以表現(xiàn)真實世界的各種色彩.如何在該顯示屏上更好地顯示各種字形,圖片,動畫以及視頻,已經(jīng)成為社會關(guān)注的熱點.尤其是顯示效果的多樣化

13、和顯示容的逼真化與細膩化,目前在國市場上,國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近95%國際上LED顯示屏的應用圍主要集中在戶外廣告、體育場館、交通和演出,另外包括展覽、租賃、集會等各種場合,估計其市場容量根據(jù)每年30%勺增長速度在增加.目前,主要制造廠商集中在日本、北美、中國等國家和地區(qū),我國大陸LED制造廠商出口的份額在其中微缺乏道.據(jù)不完全統(tǒng)計,世界上就至少有150家廠商生產(chǎn)全彩屏,其中產(chǎn)品齊全,規(guī)模較大的公司約有30家左右,主要分布在美國、歐洲、日本、中國及大陸.隨著我國經(jīng)濟的迅猛開展,對信息傳播會有越來越高的要求.可以相信,LED電子顯示屏會以其強大的優(yōu)勢,將在社會經(jīng)濟開展中扮演越來越重要的角

14、色.我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模開展的同時,產(chǎn)品技術(shù)推出新,一直保持比擬先進的水平.90年代初即具備了成熟的16級灰度、256色視頻限制技術(shù)及無線遙控等國先進水平技術(shù),近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻限制技術(shù)、集群無經(jīng)線限制、多級群控技術(shù)等方面均有國先進、到達國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED顯示屏限制專用大規(guī)模集成電路也已由國企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應用.LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊伍,在全國LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中,科技人員有2800多人,將近50%LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成局部,也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國形成的民族高科技產(chǎn)業(yè).現(xiàn)代信

15、息社會中,作為人機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展,進入二十一世紀的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代,LED顯示屏作為平板顯示的主導產(chǎn)品之一無疑會有更大的開展,并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產(chǎn)品.第2章主要元器件的概述整個電路由單片機AT89C518個74HC5951個74HC15416個74HC044個16X16的LED該電路所設計的電子屏可顯示多個漢字,需要4個16X16LED點陣模塊,可組成16X64的條形點陣.2.1 AT89C51單片機的功能及其引腳AT89C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲器的低電壓,高性能微處理器,俗稱單片機.單片機的可擦除只讀存儲器可以反

16、復擦除100次.該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容.由于將多功能8位CPUffi閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATME的AT89C51是一種高效微限制器.AT89C51單片機為很多嵌入式限制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案3.AT89C51引腳即外觀如圖2-1所示.圖2-1AT89C51的管腳圖引腳說明：（1） VCC供電電壓.GND接地.（2） P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流.當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高電阻輸入.P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位.

17、在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高.（3） P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流.P1口管腳寫入1后,被部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于部上拉的緣故.在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收.（4） P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1時,其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入.并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流.這是由于部上拉的緣故.P2

18、口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位.在給出地址“1時,它利用部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的容.P2口在FLASHS程和校驗時接收高八位地址信號和限制信號.（5） P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流.當P3口寫入“1后,它們被部上拉為高電平,并用作輸入.作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故.P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下所示： P3.0RXD串行輸入口 P3.1TXD用行輸出口 P3.2/INT0外部中

19、斷0 P3.3/INT1外部中斷1 P3.4T0記時器0外部輸入 P3.5T1記時器1外部輸入 P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些限制信號.（6） RST復位輸入.當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間.（7） ALE/PROG當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié).在FLASHS程期間,此引腳用于輸入編程脈沖.在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6.因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的.然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳

20、過一個ALE脈沖.如想禁止ALE的輸出可在SFR8E址上置0.此時,ALE只有在執(zhí)行MOVXMOVC!令是ALE才起作用.另外,該引腳被略微拉高.如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效.（8） /PSEN外部程序存儲器的選通信號.在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效.但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSENB號將不出現(xiàn).（9） /EA/VPP:當/EA保持低電平時,那么在此期間外部程序存儲器0000H-FFFFH,不管是否有部程序存儲器.注意加密方式1時,/EA將部鎖定為RESET當/EA端保持高電平時,此間部程序存儲器.在FLASH程期間,此引腳也用于施

21、加12V編程電源VPP.（10） XTAL1反向振蕩放大器的輸入及部時鐘工作電路的輸入.（11） XTAL2來自反向振蕩器的輸出.2.2 74HC04逆變器的功能逆變器是組合邏輯電路的一個重要的器件,74HC04的輸出是低電平有效,74HC04是六反相器,即一個集成塊上有六個反相器.輸入為高電平,輸出就為低電平,輸入低電平,輸出就為高電平.74HC04要比74LS04驅(qū)動電流大.它有兩個作用,一個是上下電平的轉(zhuǎn)換,還有一個就是增加信號的驅(qū)動水平,信號一般都從MCIA發(fā)出,直接驅(qū)動其他器件的水平不夠,中間加一個邏輯電路來增加驅(qū)動水平.74HC04是一個普通的非門,而74HC14是斯米特觸發(fā)器,是

22、具有滯后特性的數(shù)字傳輸門.該器件既可以像普通“與非門那樣工作,也可以接成斯密特觸發(fā)器來使用4o2.3 74HC595的引腳及其功能74HC59腿硅結(jié)構(gòu)的CMO件,兼容低電壓TTL電路,遵守JEDECNO.7A標準.具有8位移位存放器和一個存儲器,三態(tài)輸出功能.移位存放器和存儲器有相互獨立的時鐘.數(shù)據(jù)在SHcp修位存放器時鐘輸入的上升沿輸入到移位存放器中,在ST_cp存儲器時鐘輸入的上升沿輸入到存儲存放器中去.如果兩個時鐘連在一起,那么移位存放器總是比存儲存放器早一個脈沖.移位存放器有一個用行移位輸入Ds,和一個用行輸出Q7,和一個異步的低電平復位,存儲存放器有一個并行8位的,具備三態(tài)的總線輸出

23、,當使能OE時為低電平,存儲存放器的數(shù)據(jù)輸出到總線.8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位存放器,具有高阻關(guān)斷狀態(tài).三態(tài).輸出存放器三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路.可以直接去除100MHz的移位頻率.將串行輸入的8位數(shù)字,轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?位數(shù)字,例如限制一個8位數(shù)碼管,將不會有閃爍.74HC595勺主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲存放器,在移位的過程中,輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變.這在串行速度慢的場合很有用處,數(shù)碼管沒有閃爍感.74HC59腿申入并出帶有鎖存功能移位存放器,它的使用方法很簡單,在正常使用時SCLR為高電平,G為低電平.從SER5輸入一位數(shù)據(jù),用行輸595是用入并

24、出帶有鎖存功能移位存放器.從SER5輸入一位數(shù)據(jù),串行輸入時鐘SCK1升沿有效一次,直到八位數(shù)據(jù)輸入完畢,輸出時鐘上升沿有效一次,此時,輸入的數(shù)據(jù)就被送到了輸出端.入時鐘SCKk升沿有效一次,直到八位數(shù)據(jù)輸入完畢,輸出時鐘上月沿有效一次,此時,輸入的數(shù)據(jù)就被送到了輸出端374HC59用I腳即外觀如圖2-3所示74HC595圖2-374HC595引腳圖表2-474HC595引腳說明符號引腳描述Q0-Q7第15腳,第1-7腳8位并行數(shù)據(jù)輸出,GND第8腳地Q7第9腳用行數(shù)據(jù)輸出MR第10腳主復位低電平SHCP第11腳移位存放器時鐘輸入STCP第12腳存儲存放器時鐘輸入OE第13腳輸出后效低電平DS

25、第14腳用行數(shù)據(jù)輸入VCC第16腳電源2.474HC154功能及其引腳74HC154為4線12線譯碼器,中選通端G1、G0均為低電平時,可將地址端(ABCD的二進制編碼在一個對應的輸出端,以低電平譯出.假設將G1和G2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端,由ABCD對輸出尋址,還可作1線16線數(shù)據(jù)分配器.工作環(huán)境溫度為070C,對社會的要求非常適合1.0123456789012345,1JJJHI1.1J1IA6cD日E2bvwff-ITT-I.74HC154圖2-474HC154引腳圖引腳說明：1-11、13-17:輸出端.(outputs(activeLOW)12：Gnd電源地.(ground(0V)1

26、8-19:使能輸入端、低電平有效.(enableinputs(activeLOW)20-23:地址輸入端.(addressinputs)24：VCC電源正.(positivesupplyvoltage)2.5LED的結(jié)構(gòu)及其用法LED50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線的根本知識,第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年.LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫,它的根本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導體材料,置于一個有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧7樹脂密封,即固體封裝,所以能起到保護部芯線的作用,所以LED的抗震性能好該電路的顯示采用逐行掃描方式.工作時,由單片機取出第一行需

27、要顯示的容經(jīng)延時一段時間后再進行下一行點陣數(shù)據(jù)的顯示.需要注意的是,每次只能選通一行數(shù)據(jù),即要通過不斷的逐行掃描來實現(xiàn)漢字或字符的顯示.第3章顯示原理及限制方式分析3.1 LED電子顯示屏的分類(1) .按顏色分類： 單基色顯示屏：單一顏色(紅色或綠色). 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色,256級灰度、可以顯示65536種顏色. 全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色,256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色.(2) .按顯示器件分類： LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管,適于制作時鐘屏、利率屏等,顯示數(shù)字的電子顯示屏. LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點

28、陣顯示模塊,適于播放文字、圖像信息.(3) .按使用場合分類： 室顯示屏：發(fā)光點較小,一般3mm-8mm顯示面積一般零點幾至十幾平方米. 室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米,亮度高,可在陽光下工作,具有防風、防雨、防水功能.(4) .按發(fā)光點直徑分類： 室屏：3mm3.75mm5mm 室外屏：10mm12mm16mm19mm21mm26mm室外屏發(fā)光的根本單元為發(fā)光筒,發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍發(fā)光二極管封在一個塑料筒共同發(fā)光增強亮度.3.2 LED電子顯示屏概述LED(LightEmittingDiode),發(fā)光二極管,簡稱LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件,它

29、可以直接把電轉(zhuǎn)化為光.LED的心臟是一個半導體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來.半導體晶片由兩局部組成,一局部是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子.但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個“P-N結(jié).當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區(qū),在P區(qū)里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發(fā)出能量,這就是LED發(fā)光的原理.多個LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進行顯示,即形成LED點陣圖文顯示屏.其主要特征是只限制LED點陣中各發(fā)光器件的通斷(發(fā)光或熄滅),而不限制LED的發(fā)光強

30、弱.LED點陣的漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點陣(如16X16點陣),將點陣文件存入ROM形成新的漢字編碼；而在使用時那么需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語句,再由MCU艮據(jù)新編碼提取相應的點陣進行漢字顯示1.LED點陣顯示具有如下特點：(1)電壓：LED使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據(jù)產(chǎn)品不同而異,所以它是一種比使用高壓電源更平安的電源.(2)效能：消耗能量比同光效的白熾燈減少80%(3)適用性：每個單元LED小片是3-5mm勺正方形,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于易變的環(huán)境.(4)穩(wěn)定性：10萬小時,光衰為初始的50%(5)響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級,

31、LED燈的響應時間為納秒級.(6)對環(huán)境污染：無有害金屬汞.(7)顏色：改變電流可以變色,發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法,調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙,實現(xiàn)紅黃綠藍橙多色發(fā)光.由于LED的眾多優(yōu)勢,在市場中得到了廣泛的應用,主要應用領(lǐng)域有：(1)、信號指示應用：信號照明是LED單色光應用比擬廣泛也是比擬早的一個領(lǐng)域,約占LED應用市場的4位右.(2)、顯示應用：指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等,LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%-25%顯示屏幕可分為單色和彩色.(3)、照明應用：便攜燈具,汽車用燈,特殊照明.由于LED尺寸小,便于動態(tài)的亮度和顏色限制,因此比擬適合用于建筑裝飾照明.背光照

32、明：普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等.以及投影儀用RGEBt源.LED電子顯示屏(LightEmittingDiodePanel)是由幾百-幾十萬個半導體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點,按矩陣均勻排列組成.利用不同的半導體材料可以制造不同色彩的LED像素點.目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色.而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)到達了實用階段.LED顯示屏是一種通過限制半導體發(fā)光二極管的亮度的方式,來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯小屏幕.LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏,均由LED矩陣塊組成.圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字

33、、英文文本和圖形；而條幅顯示屏那么適用于小容量的字符信息顯示.LED顯示屏由于其像素單元是主動發(fā)光的,具有亮度高,視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點.因而被廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)治理和其它公共場所.LED顯示屏的開展前景極為廣闊,目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性,可靠性、全色化方向開展53.3 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點陣顯示器模塊,以發(fā)光二極管為像素,它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后,環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成.這種一體化封裝的點陣LED模塊,具有

34、高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點.LED點陣規(guī)模常見的有4X4、4X8、5義7、5X8、8X8、16X16等根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等.像素顏色不同,所顯示的文字、圖像等容的顏色也不同.單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色,雙基色和三基色點陣顯示容的顏色由像素不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定,如紅綠都亮時可顯示黃色,如果根據(jù)脈沖方式限制二極管的點亮時間,那么可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示,即可實現(xiàn)真彩色顯示.圖3-1示出最常見的8X8單色LED點陣顯示器的部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格,其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得.圖3-18X8單色LED模塊部

35、電路LED點陣顯示器單塊使用時,既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字,也可顯示各種中西文字及符號.如5x7點陣顯示器用于顯示西文字母.5X8點陣顯示器用于顯示中西文,8x8點陣可以用于顯示簡單的中文文字,也可用于簡單圖形顯示.用多塊點陣顯示器組合那么可構(gòu)成大屏幕顯示器,但這類實用裝置常通過PC機或單片機限制驅(qū)動5.3.4 LED動態(tài)顯示原理LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式：有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種.靜態(tài)顯示原理簡單、限制方便,但硬件接線復雜,在實際應用中一般采用動態(tài)顯示方式,動態(tài)顯示采用掃描的方式工作,由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動,從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通,同時又向各列送出表示圖形或文字信息的

36、列數(shù)據(jù)信號,反復循環(huán)以上操作,就可顯示各種圖形或文字信息.點陣式LEDR字廣告屏絕大局部是采用動態(tài)掃描顯示方式,這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性.將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示,只要幀的速率高于24幀/秒,人眼看起來就是一個完整的,相對靜止的畫面.最典型的例子就是電影放映機.在電子領(lǐng)域中,由于這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量,因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用.以8X8點陣模塊為例,說明一下其使用方法及限制過程.圖3-1中,紅色水平線YRY1Y7叫做行線,接部發(fā)光二極管的陽極,每一行8個LED的陽極都接在本行的行線上.相鄰兩行線間絕緣.同樣,藍色豎直線XRX1X7叫

37、做列線,接部每列8個LED的陰極,相鄰兩列線間絕緣.在這種形式的LED點陣模塊中,假設在某行線上施加高電平用“1表示,在某列線上施加低電平用“0表示.那么行線和列線的交叉點處的LED就會有電流流過而發(fā)光.比方,Y7為1,X0為0,那么右下角的LED點亮.再如Y0為1,X0至UX7均為0,那么最上面一行8個LE皿點亮.現(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式,顯示字符“B的過程.其過程如圖3-2華一幡nt11r11=圖3-2用動態(tài)掃描顯示字符“B的過程OOOOOOOOoeoooeoooooooocoo000*00oooooo3.5 LED常見的限制方式目前常見的是并行傳輸方式,通過8位鎖存器將8位總線上的

38、列數(shù)據(jù)進行鎖存顯示,各8位鎖存器的片選信號由譯碼器提供.此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快,對微限制器MCU的通信速度要求較低.但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數(shù)目.每增加一個16X16點陣的全角漢字顯示單元,就需要在之前的電路上多增加兩根地址線,這就要求在PCB線的時候要留有充足的地址線冗余量.再一個缺點是,每個單元的PCB!著安放位置的不同,布線結(jié)構(gòu)也不相同,不利于廠家批量生產(chǎn).并行傳輸需要的芯片較多,因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGACPL/高密度可編程邏輯器件PLD來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案.本錢有所下降,但可擴展性仍舊較差.因此,并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏.隨著廣告屏

39、顯示容的多媒體化,對限制器傳輸速度,運算水平的要求越來越高.因此限制器的種類也在不斷開展以適應要求,從最初的8051單片機,到PIC單片機,又到FPGA直到現(xiàn)在的ARM處理器.不同功能檔次的廣告屏對應著不同的處理器.一.以傳統(tǒng)8051單片機為限制器的LED顯示屏.因受到單片機運算速度及通信速率的限制,LED動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高.對顯示效果和移動算法的處理也比擬吃力,在實際顯示效果上有比擬明顯的閃爍感.除此之外,傳統(tǒng)8051單片機的部資源貧乏,僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器,幾K字節(jié)的程序存儲器,無E2PROMSPI.這就需要對單片機擴展外設,無疑增加了硬件本錢.因此,8051限制的條屏只能

40、用于顯示容及其簡單,不需要經(jīng)常更改顯示容的場合川.二.以PIC單片機為限制器的LED顯示屏.因PIC單片機是RISC架構(gòu)的工業(yè)專用單片機,處理指令的速度有所增加,抗干擾水平優(yōu)秀,型號種類繁多.作為條屏的限制器,可以明顯的改善顯示效果,同時PIC單片機部的資源較豐富,可節(jié)省外部電路設計難度,同時降低了硬件本錢.因此,以PIC單片機為限制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流120三.以FPGA復雜可編程邏輯門P$列為限制器的LED顯示屏.FPGAW高速、并行著稱.是近年來新興的可編程邏輯器件.用他作為LED顯示屏的限制器,能夠高速的處理色階PWMS號、高速的完成動態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動算法.

41、因此被運用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng).但是其本錢較高,開發(fā)難度較大.四.以ARM32位RISC架構(gòu)高性能微處理器為限制器的LED顯示屏.ARM有著極高的指令效率,極高的時鐘頻率.因此其運算水平非常強大,部資源也十分豐富,極大的簡化了硬件設計的難度,縮短了開發(fā)周期.在條屏的運用中,能用AR陳實現(xiàn)把戲繁多的顯示方式,以及高色階,多像素的全彩屏驅(qū)動.ARMWFPGA的組合更是功能強大,除了海量存儲技術(shù),無線更新技術(shù)外,還能實時地顯示視頻信號.因此,以ARMfe限制器的顯示屏常為視頻全彩屏13.6設計方案論證3.6.1 顯示模式方案為了吸引觀眾增強顯示效果,可以有多種顯示模式,最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯

42、示.這里所說的“靜態(tài)顯示模式不同于靜態(tài)驅(qū)動方式.與靜態(tài)顯示模式相對應,就有各種動態(tài)顯示模式,它們所顯示的圖文都是能夠動的.根據(jù)圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式.產(chǎn)生不同顯示模式的方法,并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù),可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成.例如,按順序調(diào)整行號,可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置,就可以到達左右平移的目的；同時調(diào)整行列順序,就能得到對角線平移的效果.其它模式的數(shù)據(jù)刷新,也可找到相應的算法.不過當算法太復雜,太浪費時間的話,也可以考慮預先生成刷新數(shù)據(jù),存儲藏用.刷新的時間限制,要考慮運動圖形文字的顯示效果.刷新

43、太慢,動感不顯著；刷新太快了,中間過程看不清.一般刷新周期可限制在幾十毫秒圍之.同時限制LED顯示屏的各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式.16X16的點陣共有256個發(fā)光二極管,顯然單片機沒有這么多端口,如果我們采用鎖存器來擴展端口,按8位的鎖存器來計算,16X16的點陣需要256/8=32個鎖存器.這個數(shù)字很龐大,由于我們僅僅是16X16的點陣,在實際應用中的顯示屏往往要大得多,這樣在鎖存器上花的本錢將是一個很龐大的數(shù)字.而且靜態(tài)顯示功耗大,顯示一個16X16的字的功耗為：12.8W!普通電池根本無法驅(qū)動,要是組成大顯示屏那功耗將更驚人.因此雖然靜態(tài)顯示效果好,但是在實際應用中的顯示屏

44、幾乎都不米用這種設計,而米用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法.動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮,這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行比方16行的同名列共用一套列驅(qū)動器,每行有一個行驅(qū)動器,具體就16X16的點陣來說,把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起,把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起共陽的接法,由行譯碼器給出的行選通信號,從第一行開始,按順序依次對各行進行掃描把該行與電源的一端接通0另一方面,根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù),確定相應的列驅(qū)動器是否將該列與電源的另一端接通.接通的列,就在該行該列燃亮相應的LED未接通的列所對應的LED熄滅.當一行的掃描持續(xù)時間結(jié)束后,該行燃亮的1帆就熄滅；下一行又以同樣的方法

45、進行顯示.全部各行都掃過一遍之后一個掃描周期,又從第一行開始下一個周期的掃描.只要一個掃描輪回的速度足夠快每秒24次以上,由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象,就不容易感覺出閃爍現(xiàn)象,就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了.而且動態(tài)掃描方式功耗低,硬件本錢低,每個LED都不是連續(xù)工作,因而還有利于延長LED的使用壽命.3.6.2 數(shù)據(jù)傳輸方案采用掃描方式進行顯示時,顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中,按8位一個字節(jié)的形式順序排放.顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應的列驅(qū)動器上去,這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題.從限制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或用行方式.顯然,采用并行方式時,從限制電路到列驅(qū)動器

46、的線路數(shù)量大,相應的硬件數(shù)目多.當列數(shù)很多時,并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?采用用行傳輸?shù)姆椒?限制電路可以只用一根信號線,將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器,在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的.但是,串行傳輸過程較長,數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換.首先,單片機從存儲器中讀出的8位并行數(shù)據(jù)要通過并用變換,按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器.與此同時,列驅(qū)動器中每一列都把當前數(shù)據(jù)傳向后一列,并從前一列接收新數(shù)據(jù),一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止.只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?這一行的各列才能并行地進行顯示.這樣,對于一行的顯示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準備傳輸和列數(shù)據(jù)顯示兩個局部.對于串行傳輸方式來說,列數(shù)

47、據(jù)準備時間可能相當長,在行掃描周期確定的情況下,留給行顯示的時間就太少了,以至影響到LED的亮度.解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題,可以采用重疊處理的方法.即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時,準備下一行的列數(shù)據(jù).為了到達重疊處理的目的,列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能.經(jīng)過上述分析,可以歸納出列驅(qū)動器電路應具備的主要功能.對于列數(shù)據(jù)準備來說,它應能實現(xiàn)用入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說,應具有并行鎖存的功能.這樣,本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時,用并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù),而不會影響本行的顯示.第4章電路設計圖4-1電路設計框圖4.2 主電路設計主電路的功能

48、是完成漢字之間的轉(zhuǎn)換,再送往LED顯示,并且接受鍵盤操作,對漢字顯示方式進行校正.設計采用動態(tài)顯示,輪流掃描各個LE皿之顯示相應的數(shù)型碼,當掃描頻率大于人眼所能識別的頻率時就看不到閃爍現(xiàn)象.動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示,但靜態(tài)顯示占用的I/O口資源較多,往往用移位存放器74LS164等來擴充.其I/O缺乏的情況,當顯示位數(shù)較多時,這樣勢必增加硬件開銷,增大成本,不利于開闊市場.本設計的突出之處在于硬件電路簡單,大大減少了硬件開銷,這樣又勢必增加了軟件開發(fā)的難度,但降低了本錢有利于市場的開闊.4.3 鍵盤模塊設計本設計中鍵盤模塊由6*1的鍵盤矩陣組成,分別對應六種顯示模式：左移、右移、上移、下移、

49、上顯、下顯.鍵盤是由假設干按鈕組成的開關(guān)矩陣,它是單片機系統(tǒng)中最常用的輸入設備,用戶能通過鍵盤向計算機輸入指令、地址和數(shù)據(jù).一般單片機系統(tǒng)中采和非編碼鍵盤,非編碼鍵盤是由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵,它具有結(jié)構(gòu)簡單,使用靈活等特點,因此被廣泛應用于單片機系統(tǒng).4.4 驅(qū)動模塊本設計中,驅(qū)動電路模塊由8個74HC59劃成,形成動態(tài)顯示驅(qū)動電路.74HC59的8位用入、用/并出移位存放器和8位三態(tài)輸出鎖存器.存放器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入SCLK和SLCK都是上升沿有效.當SCLKM氐到高電平跳變時,串行輸入數(shù)據(jù)SDA移入存放器；當SLCKM氐到高電平跳變時,存放器的數(shù)據(jù)置入鎖存器.去除端CLR的

50、低電平只對存放器復位QS為低電平,而對鎖存器無影響.當輸出允許限制EN為高電平時,并行輸出Q0Q7為高阻態(tài),而用行輸出QS不受影響.74HC595ft多需要5根限制線,即SDASCLKSLCKCLR和EN其中CLR可以直接接到高電平,用軟件來實現(xiàn)存放器清零；如果不需要軟件改變亮度,EN可以直接接到低電平,而用硬件來改變亮度.把其余三根線和單片機的I/O口相接,即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)從SDAH送入74HC595在每個SCLK勺上升沿,SDA口上的數(shù)據(jù)移入存放器,在SCLK勺第9個上升沿,數(shù)據(jù)開始從Q%出.如果把第一個74HC595勺QSft第二個74HC595勺SDAf目接,數(shù)據(jù)即移入第二個74HC595

51、中,照此一個一個接下去,可接任意多個.數(shù)據(jù)全部送完后,給SLCK-個上升沿,存放器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器.此時如果EN為低電平,數(shù)據(jù)就會從并口Q0Q7輸出,把Q0Q7tLED的8段相接,LED就可以實現(xiàn)顯示了.4-2驅(qū)動模塊4.5 逆變電路逆變電路有16個逆變器74HC04&成.逆變電路是與整流電路Rectifier相對應,把直流電變成交流電稱為逆變.當交流側(cè)接在電網(wǎng)上,即交流側(cè)接有電源時,稱為有源逆變；當交流側(cè)直接和負載時,稱為無源逆變.逆變電路的應用非常廣泛.在已有的各種電源中,蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源,當需要這些電源向交流負載供電時,就需要逆變電路.另外,交流電機調(diào)速用變頻

52、器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛,其電路的核心局部都是逆變電路.它的根本作用是在限制電路的限制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源.橋式逆變電路的開關(guān)狀態(tài)由加于其限制極的電壓信號決定,橋式電路的PN端參加直流電壓Ud,A、B端接向負載.當T1、T4翻開而T2、T3關(guān)合時,u0=Ud;相反,當T1、T4關(guān)合而T2、T3翻開時,u0=-Ud.于是當橋中各臂以頻率f由限制極電壓信號重復頻率決定輪番通斷時,輸出電壓u0將成為交變方波,其幅值為Udo重復頻率為f,其基波可表示為把幅值為Ud的矩形波uoo由此可見,限制信號頻率f可以決定輸出端頻率,改變直

53、流電源電壓Ud可以改變基波幅值,從而實現(xiàn)逆變的目的.為了滿足不同用電設備對交流電源性能參數(shù)的不同要求,已開展了多種逆變電路,并大致可按以下方式分類：(1) .按輸出電能的去向分,可分為有源逆變電路和無源逆變電路.前者逆變電路輸出的電能返回公共交流電網(wǎng),后者輸出的電能直接輸向用電設備.(2) .按直流電源性質(zhì)可分為由電壓型直流電源供電的電壓型逆變電路和由電流型直流電源供電的電流型逆變電路.(3) .按主電路的器件分,可分為：由具有自關(guān)斷水平的全控型器件組成的全控型逆變電路；由無關(guān)斷水平的半控型器件(如普通品閘管)組成的半控型逆變電路.半控型逆變電路必須利用換流電壓以關(guān)斷退出導通的器件.假設換流電

54、壓取自逆變負載端,稱為負載換流式逆變電路.這種電路僅適用于容性負載；對于非容性負載,換流電壓必須由附設的專門換流電路產(chǎn)生,稱自換流式逆變電路.(4) .按電流波形分,可分為正弦逆變電路和非正弦逆變電路.前者開關(guān)器件中的電流為正弦波,其開關(guān)損耗較小,宜工作于較高頻率.后者開關(guān)器件電流為非正弦波,因其開關(guān)損耗較大,故工作頻率較正弦逆變電路低.(5) .按輸出相數(shù)可分為單相逆變電路和多相逆變電路.fe-1353191353191353.,111.11Jn1dl_nULI-74HCB4-f-r4-3逆變電路4.6 16X16LED點陣顯示制作4.6.1 16X16LED點陣的部結(jié)構(gòu)及工作原理以UCDO

55、S文宋體字庫為例,每一個字由16行16列的點陣組成顯示.即國家標準漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示.我們可以把每一個點理解為一個像素,而把每一個字的字形理解為一幅圖像.事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字,也可以顯示在256像素圍的任何圖形.這里我們以“高字說明,如圖4-4所示.圖4-416*16LED漢字顯示用8位的AT89C511片機限制,由于單片機的總線為8位,一個字需要拆分為2個局部.一般把它拆分為上部和下部,上部由8X16點陣組成,下部也由8X16點陣組成.在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的上半局部,即第0列的p00p07口.方向為p00到p07,顯示漢字“高時,p02點亮

56、,由上往下排列,為p0.0滅,p0.1滅,p0.2滅,p0.3滅,p0.4滅,p0.5亮,p0.6滅,p0.7滅.即二進制00000100,轉(zhuǎn)換為16進制為04h.上半部第一列完成后,繼續(xù)掃描下半部的第一列,為了接線的方便,我們?nèi)栽O計成由上往下掃描,即從p27向p20方向掃描,從上圖可以看到,這一列全部為不亮,即為00000000,16進制那么為00h.然后單片機轉(zhuǎn)向上半部第二列,仍為p01點亮,為00000100,即16進制04h.這一列完成后繼續(xù)進行下半局部的掃描,p20點亮,為二進制00000010,即16進制02h.依照這個方法,繼續(xù)進行下面的掃描,一共掃描32個8位,可以得出漢字“高的掃描代碼為：02h,00h,01h,04h,0FFh,0FEh,00h,00h,1Fh,0F0h,10h,10h,10h,10h,1Fh,0F0h,00h,04h,7Fh,0FEh,40h,04h,4Fh,0E4h,48h,24h,48h,24h,4Fh,0E4h,40h,0Ch80由這個原理可以看出,無論顯示何種字體或圖像,都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上.不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件,就不必自己去畫表格算代碼了.4.6.2 用8X8LED點陣構(gòu)成16X16LED點陣Proteus中只有5X7和8X8