LED點陣廣告牌設計

1、第1章緒論1.1 LED的開展與意義隨著社會文化的不斷開展，人們的消費標準不斷改變，戶外燈箱廣告更是扮演著越來越重要的宣傳角色，不論是汽車站，火車站，股市交易市場，還是學校都離不開它，然而傳統(tǒng)的霓虹燈廣告牌不論是在顯示效果、耗電量還是可修改性上都無法滿足當前社會的需求，傳統(tǒng)的霓虹燈廣告亟待改良。由丁單片機技術的不斷開展和高亮度LED發(fā)光管的出現(xiàn)使得大屏幕高亮度LEDfe子廣告屏成為可能，與傳統(tǒng)的霓虹燈廣告在顯示效果以與可修改性上都有著無法比擬的優(yōu)勢，而且單片機的日益平民化以與LED技術的不斷創(chuàng)新，使得高亮度高活晰的LED點陣廣告牌與傳統(tǒng)霓虹燈廣告牌的本錢日益接近。另外，SMTM術的飛速開展，開

2、關電源的大規(guī)模使用，使其無論在體積上還是在可靠性上都比傳統(tǒng)的霓虹燈廣告有明顯的優(yōu)勢，為其在特殊領域的應用奠定了根底。這種新興的大屏幕顯示技術成為眾人目光的焦點。與傳統(tǒng)的顯示設備相比，首先，LED顯示屏色彩豐富，3基色的發(fā)光管的可以顯示全彩色，顯示顯示方式變化多樣文字、圖形、動畫、視頻、電視畫面等、亮度高，是集光電子技術、微電子技術、計算機技術、信息處理技術丁一體的高技術產(chǎn)品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。其次,LED顯示屏的象素采用LED發(fā)光二極管，將多個發(fā)光二極管以序列的形式構(gòu)成LED顯示陣列，這種顯示屏具有耗電省、本錢低、亮度活晰度高、壽命長等優(yōu)點，而且LED顯示屏以其受空間限制較

3、小，并可以根據(jù)用戶要求設計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，是信息傳播設施劃時代的產(chǎn)品。再次，LED顯示屏應用廣泛，金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面，顯示效果活晰穩(wěn)定，越來越多的地方開始使用LED電子顯示屏，有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它以其超大畫面、超寬視覺、靈活多變的顯示方式等獨居一格的優(yōu)勢，是目前國際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。1.2 LED顯示屏的開展趨勢自從1907年Hj-Round發(fā)現(xiàn)了金剛砂通電之后可以出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象并繼此由后人發(fā)明了發(fā)光二極管，已經(jīng)過去了一個多世紀。一個多世紀以來，LED技術得到了很大的開展。早先的LED是單個的發(fā)光管，結(jié)構(gòu)比擬簡單。通過單向?qū)щ姷姆绞近c亮

4、發(fā)光，到了二十一世紀，顯示技術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，有可能成為這個世紀的顯著代表性主流產(chǎn)品。亮度高，多彩化藍色與純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，本錢逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件，根底材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品本錢下降，應用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度，色彩，白平衡均達到比擬理性的效果。它的開展前景極為廣闊，但是由丁LED顯示屏控制較復雜，特別是對丁顯示特殊效果，如循環(huán)移動，覆蓋霓虹燈效果，要求處理器運算速度快，這姓效率高，所以控制起來很麻煩，因此很多生產(chǎn)廠家采用高端嵌入式系統(tǒng)進展設計，這樣做雖然能在一定程

5、度上提高數(shù)據(jù)處理速度，但是并不能完全滿足所有顯示效果要求，而且開發(fā)和產(chǎn)品本錢也會隨之成倍增加，由丁LED技術的快速開展，有很多已經(jīng)超出在校生所接觸到的知識圍，所以本設計旨在利用最簡單主要的單色屏顯示演示LED屏的工作過程和原理。第2章總方案設計2.1系統(tǒng)硬件設計控制局部是整個系統(tǒng)的核心局部利用單片機進展控制，顯示局部顯示容利用LED點陣顯示容，還有驅(qū)動器驅(qū)動電路利用74LS245驅(qū)動電路。單片機是集成了CPUROM,RAM,I/C的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合丁工業(yè)控制，因此乂叫微控制器MCU，單片機品種齊全，型號多樣CPU從8,16,32到64位，多采用RISC技術，片上I/O口

6、非常豐富，有的單片機集成有A/D“看門狗”，PWM示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等，他們的價格也上下不等。這樣極滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。LED顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的。要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個發(fā)光二極管，構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一種是由單個的發(fā)過二極管逐點連接起來，一種是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊。在這次設計中使用的是8X8模塊。2.2系統(tǒng)軟件設計利用軟件編寫程序,軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執(zhí)行。編寫程序前首先選擇一種適宜的語言以與配套的

7、編輯器和編輯軟件?，F(xiàn)在選擇單片機編程語言進展編譯。第3章系統(tǒng)硬件設計3-1本設計驅(qū)動電路，顯示器電路，運用單片機的控制電路?？傮w結(jié)構(gòu)設計如圖所示。圖3-1總體結(jié)構(gòu)設計40392三丁*333L23130hssu的233.2.1單片機簡介1.STC89C52片機的主要特性如下:STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemor的低電壓，高性能CMOS8微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由丁將多功能8位CPLW閃

8、爍存儲器組合在單個芯片中，STC的STC89C52!一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活2.STC89C5沮體介紹如下：(1)主電源引腳2根VCC(Pin40):電源輸入，接+5V電源。GND(Pin20):接地線。外接晶振引腳2根XTAL1(Pin19):片振蕩電路的輸入端。XTAL2(Pin20):片振蕩電路的輸出端。(3)控制引腳4根RST/VPP(Pin9):復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30):地址鎖存允許信號。PSEN(Pin29):外部存儲器讀選通信號。EA/VPP(Pin31):程序存儲器的外部選通，接低電平從外

9、部程序存儲器讀指令，如果接高電平如此從部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳32根STC89C5穿片機有4組8位的可編程I/O口，分別位PDP1、P2、P3口，每個口有8位8根引腳，共32根。PO口Pin39Pin32：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7。P1口Pin1Pin8：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7。P2口Pin21Pin28：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7。P3口Pin10Pin17：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7。P0口至UP3口各個功能P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復制用口，作為輸入口時，每

10、位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫入“1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址低8位和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期啟動部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令節(jié)，而在程序校檢時，輸出指令位元組，校檢時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”,通過部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。P2口:P2口是一個帶部上拉電

11、阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”,通過部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲例如執(zhí)行MOVXDPTR令時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行MOVXR指令時，P2口在線的容也即特殊功能存放器SFR區(qū)中R2存放器的容，在整個訪問期間不改變。Flash編程和校檢時，P2亦接收高位位址和其它控制信號。P3口：P3口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4

12、個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被部上拉電阻拉高并可作輸入埠，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻，輸出電流I。P3口還接收一些用丁Flash閃速存編程和程序校檢的控制信號。RST:復位輸入，當震蕩器工作時,RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG當訪問外部程序存或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許輸出脈沖用丁所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存，ALE乃以時鐘振動頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用丁定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。下表為單片機的主要功能特性表3-1表3-1主要功能特性

13、兼容MCS5H令系統(tǒng)8K可反復擦寫FlashROM32個雙向I/O口256X8bit部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHZ2個申行中斷|可編程UAR砰行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗仝閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能STC89C52I片機最小系統(tǒng)電路由復位電路、晶振電路兩局部組成。1. 晶體振蕩器(1時鐘晶振電路單片機XTAL1腳和XTAL腳是外部接晶振的兩個引腳，通常在接一個晶振的同時要在晶振的兩個腳接兩個電容，這兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，使晶振頻

14、率更加穩(wěn)定。本設計中，單片機晶振采用12MH力勺頻率，以獲得較高的刷新率，使顯示更加穩(wěn)定。如圖3-3所示為單片機的時鐘晶振電路原理圖。圖3-3單片機的時鐘晶振電路原理圖(2復位電路本設計采用上電復位的方式實現(xiàn)復位。上電復位電路由電容申聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖3-4所示，并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道：當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位。所以我們只要適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般文獻推薦C取10uF,R取10K。本設計中我們采用C取22uF,R取10K歐姆。圖3-4單片機

15、的復位電路原理圖3.3驅(qū)動電路設計3.3.174LS245簡介3.NosgMTD1Z345谷7圖3-574LS245芯片引腳圖74LS245是我們常用的芯片，如圖3-574LS245芯片引腳圖所示。用來驅(qū)動LED或者其他的設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)，74LS245還具有受向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。|當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。1. 當片選端/CE低電平有效時，DIR=0”，信號由B向A傳輸；接收2. DIR=1”,信號由A向B傳輸；發(fā)送當/CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。由丁P2口始

16、終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端/1G和/2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。|Di。3.4.1LED簡介LED發(fā)光二極管英文LightEmittingDiode的縮寫格式，LED器件種類繁多，早期的LED產(chǎn)品是單個發(fā)光管，隨著數(shù)字化設備的出現(xiàn)，LED數(shù)碼管和字符管得到了廣泛的應用，LED點陣等顯示器件的出現(xiàn)，適應了信息化社會開展的需要，成為了大眾傳媒血要工具。|LED發(fā)光燈按類型可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等；按發(fā)光強度可分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等；|LED發(fā)光燈結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，它由芯片3、

17、陽極引腳1、陰極引腳2和環(huán)氧樹脂封裝外殼四局部組成。它核心局部是具有復合發(fā)光功能的PN結(jié)，即芯片3。環(huán)氧樹脂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安全的電源。一2. 效能：消耗能量比同光效的白熾燈減少80%適用性：每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合丁易變的環(huán)境。|3. 穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%4. 響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED丁的響應時間為納秒級。5. 對環(huán)境污染：無有害金屆汞。顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學修

18、飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。LED點陣隨著LED應用領域的擴大，要求生產(chǎn)更為直接和方便的LED顯示器件。因而出現(xiàn)了數(shù)碼管、字符管、電平管、LED點陣等多種LED顯示器。不管顯示器的結(jié)構(gòu)怎么變，它的核心部件仍然是發(fā)光半導體芯片。一個8X8的點陣是由64個發(fā)光二極管按一個規(guī)律組成的。如圖3-7所示為8X8點陣模塊a正面，b反面。行接低電平,歹0接高電平,發(fā)光二極管導通發(fā)光。00000。oio。oooooi00000。00000。000000000000000000000。面-JaC?P3AIGHoooooooowk薛弓itoOOOOOOOO25S1cB6CLb反面圖3

19、-78X8點陣模塊3.4.2 LED顯示設計與原理本設計采用ATME公司的STC89C52乍矩陣顯示控制系統(tǒng)控制核心，12MH鑫振,8X8點陣共陽LED顯示器。其中，P0口作為字符數(shù)據(jù)輸出口，P2口為字符顯示掃描輸出口，第31腳(EA)接電源，本設計LED矩陣顯示器電路用8X8點陣模塊，系統(tǒng)由單片機控制。LED顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。本文就是使用1塊8X8點陣，采用按列掃描按行控制控制方式，掃描順序自左向右，以滿足漢字顯示的要求。8X8點陣等效電路圖如圖3-8所示圖3-8等效電路圖LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式：有

20、靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，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展選通，同時乂向各列送出表示圖形或文字信息的列數(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LED漢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，只要幀速率高丁24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。在電子領域中，因為這種動態(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顯示技術中被廣泛使用。第4章

21、系統(tǒng)軟件設計4.1程序流程圖設計點陣式顯示有多種形式，例如，固定顯示，閃爍顯示，滾動顯示，交替顯示等，先從最簡單的固定顯示一個字符做起，程序設計的思路為：由上到下或由下到上首先選中8X8LED的某一行，然后通過查表指令得到這一行要點亮狀態(tài)所對應的字形碼，將其送到列控制端口；延時約1ms后,選中下一行，在傳送該行對應的顯示狀態(tài)字形碼；延時后再重復上述過程直至8行均顯示一遍，時間約為8m然后再從第一行開始循環(huán)顯示。逐行掃描顯示過程示意圖如圖4-1所示，一個掃描周期圖4-1逐行掃描顯示過程示意圖編制程序時為了使程序編寫的更加合理，首先將程序編寫的流程圖的繪制出來主控制流程圖如圖4-2所示。程序見附錄

22、所示。4-2主控制流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試硬件制作和軟件編寫過后，得出實物圖如圖5-1硬件正面圖，圖5-2硬件反面圖所示。實物完成后必須對其進展調(diào)試，檢查設計功能是否實現(xiàn)了。軟件硬件完成以后開始進展調(diào)試。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。圖5-1實物圖硬件正面圖圖5-2實物圖硬件反面圖系統(tǒng)硬件局部調(diào)試方法硬件調(diào)試主要是調(diào)試各局部的焊接是否合格和各芯片的輸入輸出電壓是否符合要求，最后測試各硬件局部能否完成設計功能。所以把硬件調(diào)試按照以下四局部進展：測試所有焊點是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在。通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設計要求的圍。本設計是一個8X8的點陣LED廣告牌，能夠在目測條

23、件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示文字，顯示文字應穩(wěn)定、活晰無申擾。文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本設計設計了靜止顯示文字。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，本錢低等特點。本設計了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，通過對單片機資料的查閱和應用，更進一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。本文設計的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示文字本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設計方案，軟件流程圖和具體匯編語言程序設計與調(diào)試等方面。通過這次課程設計，重新復習并進一步增強了動手的能力，學以致用，把只是運用到實際生活中才是根本目的。存在問題：當焊接電路板時，由丁操作不熟練，容易產(chǎn)生很多的問題，例如焊點與焊點之間連到一塊導致短路，或烙鐵溫度過熱放置在板子上的時間過長把電路板燒壞，或者是把元件燒壞等等很多問題，因此操作時要十分慎重。致在這次設計中教師寄予了我很大的幫助，在此我向教師說聲，教師能在白忙之中抽出寶貴的時間為我詳細解答問題，并不厭其煩的為我講解我不懂得地方，這讓我非常的感動，我為遇到這樣的教師而感到驕傲。通過這次設計，我感覺有了很大的收獲，首先通過這次設計使自己從課本上學到的單片機根底容的一些知識應用到了實際中去。使理論與