16×16点阵LED电子显示屏的设计学士学位毕业论文.doc

学士学位论文学士学位论文 题目：题目： 16×16 点阵 LED 电子显示屏的设计 湖北大学知行学院湖北大学知行学院 ZhixingZhixing CollegeCollege OfOf HubeiHubei UniversityUniversity 湖北大学知行学院本科毕业论文（设计） I 目 录 绪论绪论.1 1 1 LEDLED 显示屏的简介显示屏的简介 2 1.1 应用于显示屏的 LED 发光材料有的形式 2 1.2 LED 显示屏性能.2 1.3 LED 显示屏的应用前景.2 1.3.1 无线 LED 屏的特点 .2 1.3.2 LED 屏的应用范围2 2 2 LEDLED 显示系统的工作原理显示系统的工作原理 3 2.1 LED 显示屏的基本组成.3 2.2 电源部分 3 2.2.1 电源设计 .3 2.3 LED 显示原理.3 2.3.1 LED 显示屏电路.4 2.4 行、列驱动原理 5 2.4.1 列驱动电路 6 2.4.2 行驱动芯片 74HC154 介绍 .7 2.4.3 行驱动电路 .8 2.5 LED 显示控制方式.9 2.5.1 控制器的选用 .9 3 3 公交车用公交车用 LEDLED 条屏设计方案条屏设计方案 .11 3.1 无线 LED 信息屏 .11 3.2 动态显示原理 .11 3.3 造价与安装 .12 4 4 安装与调试安装与调试 .14 4.1 软件调试 14 4.2 硬件调试 .14 结论结论.16 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） II 参考文献参考文献.17 16×1616×16 点阵点阵 LEDLED 电子显示屏的设计电子显示屏的设计 摘摘 要要 本设计是一 16×16 点阵 LED 电子显示屏的设计。 整机以美国 ATMEL 公司生产的 40 脚单片机 AT89C51 为核心，介绍了以它 为控制系统的 LED 点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一 个行驱动器 74HC154 和两个列驱动器 74HC595 来驱动显示屏显示。该电子显示 屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示 1 个汉字，采用 4 块 8×8 点阵 LED 显示模块来组成 16×16 点阵显示模式。显示采用动态显示，使得图形或文 字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了 LED 点阵显示的 硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及 使用说明等。 LED 显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成 本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） III 信息发布，公益宣传，环境参数实时，重大活动倒计时等等得到广泛的应用。 【关键词关键词】AT89C51 单片机 LED 点阵显示 动态显示 汇编语言 DesignerDesigner ofof 1616 x x 1616 DotDot MatrixMatrix LEDLED DisplayDisplay AbstractAbstract 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） IV This design is a 16 ×16 lattice LED electron display monitor design. The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 8×8 dot-matrix LED display modules to form the 16×16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. LED display with fabric means flexibility, stability, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transportation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used. 【Key【Key words】words】AT89C51 Micro Controller Unit LED Lattice display Dynamic display Assembly language. 湖北大学知行学院本科毕业论文（设计） 1 绪论 LED 显示屏：又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由 LED 点阵和 led pc 面板组成，通 过红色，蓝色，白色，绿色 LED 灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容。可以 根据不同场合的需要做出不同的调节，比如一般的广告牌那些流动的字画，就是通过 flash 制作一个动画,储蓄在显示屏的一张内存卡里,再通过技术手法显示出来的,可以根 据不同的需要随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。传统 LED 显示屏通常 由显示模块、控制系统及电源系统组成。 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、大型化、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。 汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如 16×16 点阵） ，将点阵文件 存入 ROM，形成新的汉字编码。而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语言，再由 MCU 根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。具体显示技术和原理将会在正文中得到 详细论述。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 2 1 LED 显示屏的简介 1.1 应用于显示屏的 LED 发光材料有的形式 （1）LED 发光灯（或称单灯）一般由单个 LED 晶片，反光碗，金属阳极，金属阴极 构成，外包具有透光聚光能力的环氧树脂外壳。可用一个或多个（不同颜色的）单灯构 成一个基本像素，由于亮度高，多用于户外显示屏。 （2）LED 点阵模块，由若干晶片构成发光矩阵，用环氧树脂封装于塑料壳内。适合 行列扫描驱动，容易构成高密度的显示屏，多用于户内显示屏。 （3） 贴片式 LED 发光灯（或称 SMD LED）就是 LED 发光灯的贴焊形式的封装，可 用于户内全彩色显示屏，可实现单点维护，有效克服马赛克现象。 1.2 LED 显示屏性能 （1）发光亮度强，在可视距离内阳光直射屏幕表面时，显示内容清晰可见。 （2）静态扫描技术，采用静态锁存扫描方式，大功率驱动，充分保证发光亮度。 （3）自动亮度调节 具有自动亮度调节功能，可在不同亮度环境下获得最佳播放效 果.。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 3 （4）全面采用进口大规模集成电路，可靠性大大提高，便于调试维护。 （5）先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，BSV 液晶拼接技术高清显示，模块 化设计/恒流静态驱动，亮度自动调节，超高亮纯色像素，影像画面清晰、无抖动和重 影，杜绝失真。视频、动画、图表、文字、图片等各种信息显示、联网显示、远程控制。 1.3 LED 显示屏的应用前景 1.3.1 无线 LED 屏的特点 （1）根据所选通信网络的不同，可以选用不同的信息发送方式更新屏上的信息， 如计算机通过 Internet 上的相关网站发送，计算机通过普通模块发送，普通手机发送 等。 （2）支持数字、字母、中文显示，支持点对点和多点信息发布、管理。 (3)采用模块化设计，安装、维护方便 1.3.2 LED 屏的应用范围 （1）政府等企事业、行政单位可利用无线信息显示发布政务信息、公共信息等。 （2）公交系统可利用无线信息显示屏在公交车、公交站点上进行站点介绍、商业 广告宣传、新闻播报、天气预报等。 （3）公路交通管理部门利用它进行高速公路无线交通诱导信息发布。 （4）气象部门利用它发布天气气象信息，如天气预报、气象灾害预报等。 （5）在影剧院、连锁药店、旅游行业等中都可利用无线信息屏进行广告宣传。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 4 2 LED 显示系统的工作原理 2.1 LED 显示屏的基本组成 控制器 列驱动器 行驱动器 LED 显示点阵 电源 PC (上位 机) 图 2.1 LED 显示屏的组成框图 2.2 电源部分 2.2.1 电源设计 电源：用于向 LED 点阵板和控制器供电。输入交流 220V 输出直流 5V。常用开关电源 （PWM，电源或称恒流电源） 电源的选择：对单色 LED 屏 电源功率=屏体总功率的二分之一 对双色 LED 屏 电源功率=屏体总功率的三分之一 电源的实现标准 100W（20A） 150W（30A） 200W（40A） 电源有多个输出接线端口 （例 1mm2铜总线允许电流 4A 计算。20A 则为 5mm2线径太粗因 此可以使用多个输出端口输出电源，同时 LED 点阵板亦是多块串联而成，满足实际需要） 稳压电源的功能是把来自电网的 220V 交流电压转变为所需的、稳定的直流电压。它由 电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路1四个部分组成，如图 2.2 所示： 图 2.2 稳压电源的组成框图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 5 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 2.3 LED 显示原理 2.3.1 LED 显示屏电路 LED 发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光 灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发 光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，也可以用多个 LED 发光 灯组成固定的字符或图形进行显示。一般把显示图形和/或文字的 LED 显示屏称为图文 屏。图文显示屏的主要特征是只控制 LED 点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭） ，而 不控制 LED 的发光强弱。LED 图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条形图文显示屏 （简称条屏） ，也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。 从理论上说，不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所 在位置相对应的 LED 器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按 照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每 个 LED 发光器件占据数据中的 1 位（1bit） ，在需要该 LED 器件发光的数据中相应的位 填 1，否则填 0。 这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构 成一个显示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制 的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一 个字的点阵，其大小也可以有 16×16、24×24、32×32、48×48 等不同规格。汉字的 点阵结构相应的显示数据是用 16 进制格式以字节为单位表示的。 LED 点阵显示屏大部分采用动态扫描显示方式。具体就 16×16 的点阵来说，把所有 同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法） 图 2.3 整流与稳压过程 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 6 ，由行译码器2给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描(把该 行与电源的一端接通)。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将 该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列燃亮相应的 LED；未接通的列所对 应的 LED 熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，该行燃亮的 LED 也就熄灭；下一行又以 同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍之后(一个扫描周期)，又从第一行开始下一 个周期的扫描。这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几桢画面高 速的循环显示，只要帧速率高于 24 桢/ /秒，人眼看起来就是一个完整的、相对静止的画 面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描方式极大地缩减 了发光单位的信号线数量，因此在 LED 显示技术中被广泛使用。 扫描驱动就是通过数字逻辑电路3，使若干 LED 器件轮流导通。用点阵方式构成图 形或文字是非常灵活地，可以根据需要任意组合变化，只要设计好合适的数据文件，就 可以得到满意的显示效果。 LED 显示屏是将发光二极管按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱 动方式下可以按行扫描按列控制，当然也可以按列扫描按行控制。LED 显示屏现多采用 多块 8×8 点阵显示单元拼接而成。本文就是使用 4 块 SBM1388 型号的实验模块4组成 16×16 点阵，以满足汉字显示的要求。8×8 LED 点阵是最基本的点阵显示模块，理解 了 8×8 LED 点阵的工作原理就可以基本掌握 LED 点阵显示技术。8×8 点阵 LED 结构如 图 2.3 左所示，其等效电路如图 2.4 所示： 图 2.4 8×8 点阵 LED 结构图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 7 从图中（本图的 LED 阵列采用共阳的接法）可以看出，8×8 点阵共需要 64 个发光 二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。要实现显示图形或字 体，只需考虑其显示方式，通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电平，就可 以有效的控制各显示点的亮灭。当采用按行扫描按列控制的驱动方式时，LED 显示屏 8 行的同名列共用一套列驱动器。行驱动器一行的行线连接到电源的一端，列驱动器一列 的列线连接到电源的另一端。应用时还应在各条行线或列线上接上限流电阻。扫描中控 制电路将行线的 1 到 8 轮流接通高电位，使连接到各该行的全部 LED 器件接通正电源， 但具体那一个 LED 导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制的任务了。当对应 的某一列置 0 电平，则相应的二极管就亮；反之则不亮。例如：如果想使屏幕左上角 LED 点亮，左下角 LED 熄灭的话，在扫描到第一行时，第一列的电位就应该为低，而扫 描到第八行时第一列的电位就应该为高。这样行线上只管一行一行的轮流导通，列线上 进行通断控制，实现了行扫描列控制的驱动方式。 以上就是 16×16 点阵 LED 电子显示屏系统硬件部分的各功能模块分述，经过合理 的设计论证后和就可以整体结合在一起，再根据设计配备好各元器件实物，通过组装后 等在单片机的程序存储器里放入编制好的程序即可成为一个完整的应用系统。 2.4 行、列驱动原理 2.4.1 列驱动电路 列驱动电路由集成电路 74HC5957构成，它具有一个 8 位串行输入/输出或者并行输 图 2.5 8×8 点阵 LED 等效电路图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 8 出的移位寄存器和一个 8 位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是 各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠 处理的目的。 74HC595 的管脚及内部结构形式如图 2.5 所示。它的输入侧有 8 个串行移位寄存器， 每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚 SER 是串行数据的输入端。引脚 SRCLK 输入移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SER 的下一个数据 打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输 入端。RCLK 是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。 引脚 OE 是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高阻 态。SRCLR 信号是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为 0， 由于 SRCLK 和 RCLK 两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互 不干扰。芯片的输出端为 QAQH，最高位 QH 可作为多片 74HC595 级连应用时，向上一 级的级连输出。但因 QH 受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了 QH， 作为与移位寄存器完全同步的级连输出。移位寄存和输出锁存的时序波形如图 2.6 所示： 图 2.674HC595 的管脚及内部结构逻辑 图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 9 由 74HC595 组成的列驱动器示于图 2.7 中。该图由两片 74HC595 组成 16 列的驱动， 由 16 个行驱动器驱 16 行。第一片列驱动器 SER 端连接单片机输出的串行列显示数据， 其 QH端连接第二片 SER 端,采用这样的方法组成两片的级连。两片相应的 SRCLK、SRCLR、RCLK 端分别并联，作为统一的串行数据移位信号、串行数据清除信号和 输出锁存器打入信号。这样的结构，使得各片串行移位能把 16 列的显示数据依次输入 到相应的移位寄存器输出端。移位过程结束之后，控制器输出 RCLK 打入信号，16 列显 示数据一起打入相应的输出锁存器。然后选通相应的行，该行的各列就按照显示数据的 要求进行显示。 2.4.2 行驱动芯片 74HC154 介绍 图 2.7 移位寄存和输出锁存的时序波形图 图 2.8 显示驱动电 路 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 10 译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。其功能是将给定的输入码组进行 “翻译” ，变换成对应的输入信号，对每一种可能的输入组合，使输出通道中相应的一 路有信号输出,一个且仅一个输出信号为有效电位。74HC1548为变量译码器，也称二进 制译码器，它是一种四线十六线译码器, 译码的输入端有 4 个，输出端有 24=16 个， 并有两个选通端（使能端） ，它的管脚形式如图 2.8 所示，当选通端 E1、E2 均为低电平 时，译码器处于工作状态，可将地址输入端（A0A3）的二进制编码在一个对应的输出 端以低电平译出。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。Y0Y15 为译 码输出端，输出是低电平有效，即在选通时，每输入一个二进制代码将使对应的一个输 出端为低电平，而其它输出端均为高电平的无效信号，也可以说对应的输出端被“译中” 。 2.4.3 行驱动电路 行驱动电路9相对简单。行选通信号来源于单片机按照时序要求所给出的二进制信 号，每次更新行号（开始扫描新的一行）时，由单片机输出 4 位二进制行号，行号经 4/16 线译码器译码3后，生成 16 条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。采 用译码器的方案，还可以保证同一时刻只选通一条行线，从而达到显示的稳定性。行驱 动电路原理如图 2.9 所示： 行选通信号从 74HC154 的 Y0Y15 端输出，某一端输出低电平即为有效，而其它端 图 2.9 74HC154 管脚图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 11 输 出均为高电平的信号无效。如 Y0 端输出低电平，此信号传至相应的 PNP 型三极管 Q1，此时，三极管的基极为低电平，因此，发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管 导通，其集电极再将高电平加于 LED 阵列的对应的行上，即将此行选通；而同时 74HC154 的其它端输出高电平而致使该行对应的三极管截止，从而所对应 LED 行线不被 选通。行选通按顺序从 Y0Y15，全部各行都选通一遍之后又重新开始，这就是行驱动 电路的逐行扫描过程。行信号 A、B、C、D 的顺序变化范围从 0000、0001、0010、至 l111，来一个选通信号，行信号顺序就变化一次，其频率由扫描电路决定。 由于行驱动电路一条行线上要带动 16 列的 LED 进行显示，按每一 LED 器件 20mA 电流 计算，16 个 LED 同时发光时，就需要 16×20=320mA 的驱动电流，选用三极管 8550 作为 驱动管可以在逻辑功能和驱动能力上符合 LED 的驱动要求。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 12 R10 R16 R8 R15 R13 R6 R17 R18 R9 R12 R5 R7 R3 200 R4 R14 R11 Q8Q10Q9Q6Q14Q5Q11Q12Q7Q13 0 OUT 1 1 OUT 2 2 OUT 3 3 OUT 4 4 OUT 5 5 OUT 6 6 OUT 7 7 OUT 8 8 OUT 9 9 OUT 10 10 OUT 11 11 OUT 13 12 OUT 14 13 OUT 15 14 OUT 16 15 OUT 17 G1 18 G2 19 D 20 C 21 B 22 A 23 U2 74HC154 Q4Q3Q2Q1 8550 Q15Q16 VCC P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.7 200×16个 8550×16个 GND LE D0LE D1LE D2LE D3LE D4LE D5LE D6LE D7LE D8LE D9 L ED10 L ED11 L ED12 L ED13 L ED14 L ED15 2.5 LED 显示控制方式 图 2. 10 行驱动电路原理图 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 13 2.5.1 控制器的选用 控制器根据控制的要求有两种方式。同步控制与异步控制： (1)LED 异步屏控制器 异步 LED 显示屏又称为脱机屏或异步屏。它只要求控制微机具备 RS232 接口10 或 USB 接口：通过计算机编程：将所需要的文字，图像，字幕显示方式。如滚动，异口。 通过 RS232 接口或 USB 接口，输入控制器即可：可以实现随时更新。或者通过无线方 式利用手机短信，无线网或 GPRS（通用分组无线服务技术） 。 (2)LED 同步屏控制器 同步屏 LED 显示屏又称联机屏或同步屏：要求控制微机内要配置常数字 RGB 视频 信号输出（DVI）接口的显卡。控制微机内要有空余的 PCI 插槽，安装一个 CED 控制信 号发送卡。 它可以通过计算机接口。实现实时通讯，改变显示屏的文字，图案等。 普通 LED 条屏采用异步控制方式，便宜，一个最基本的异步控制器价格在 100150 元之间。基本满足 1M*1M 的文字和图案需要。 (3)控制板参数：屏号 1255（可以显示 255 组字幕） 宽度 448 字（每行 4 到 48 字） 高度 14 行*1 行48 字每行 2 行24 字每行 4 行12 字每行 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 14 3 公交车用 LED 条屏设计方案 公交车需要制作：外形尺寸长 990mm，宽 170mm, 显示尺寸长 765mm，宽 120mm。可 容纳八个汉字或十六个字符滚动，每 5 秒更换一次内容,共 5 幅。单行:从右向左移动 (多色) 3.1 无线 LED 信息屏 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 15 图 3.1 无线 LED 信息屏系统 无线 LED 信息屏是通过内置的高性能 GSM/GPRS/CDMA 数传模块，利用 GSM/GPRS/CDMA 移动通信网络，通过控制中心进行远程、实时控制和管理，不受地域、 距离、布线的束缚，信息传输快而准确，使 LED 显示屏的应用进入了更广阔的领域。 3.2 动态显示原理 动态显示汉字的 LED 屏电路11采用 3 脚 3 色 LED 点阵屏幕接线方式，接线数量为行 数+位数。在这样的屏幕结构中，如果在列的方向给与数据控制，在行的方向给与发光 控制，就能实行逐行扫描，即一行一行地顺序在各行预定的信息点上发光，一次扫描 8 行，每秒扫描约 30 次，由于人眼的直流效应，同样能产生衣服稳定的团，这就是动态 显示原理，如图 3.2。这样，每只 LED 有静态恒定的发光状态变成了周期性的瞬间发光， 发光频率约为每秒 30 次，发光时间却只有 1/8，为了达到和静态显示同样的亮度，驱动 电流就必须取静态电流的 8 倍。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 16 移位寄存器 列驱动 LED 移位寄存器 列驱动 绿 灯 驱 动 绿 灯 驱 动 红 灯 驱 动 译 码 器 8 选 1 8 选 1 数据 存储 数据 存储 高 位 地 址 扫描地 址 控制 低位地 址 时钟 颜 色 字 位 地 址 LED 红 灯 驱 动 电源 图 3.2 动态显示屏电路框图 3.3 造价与安装 设计方案: （1）由于用户为室内信息屏:无需遮雨保护条件:远距离视觉效果.因此,选择半密 封结构 P10像素距和 5mm 的红色点阵单元:1/4 高速扫描方式:异步屏的控制方案. （2）P10像素距 5mm 红色 LED 点阵单元基本参数为：外形尺寸 170*330 基本单元模 块，构成 48*96=4608 像素阵列。光通宽达 500lm.太阳光照射情况下仍可辨识的效果. （3） 安装结构采用铝型材箱体结构，便于安装所有部件，仅留出电源线与外部电 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 17 源相连接，美观，大方，重量轻，散热效果好，防尘 （4） 电源选择 每块点阵板像素数量：16*32=512 每块总像素数量：3*512=1536（16 像素/平方米） 每个 LED 功率：20mA*5V=0.1W 总消耗功率：0.1*1536=153.6W 供电功率：1/2*153.6=76.8W 选择标准开关电源规格为 5V/50A 输出电源模块 （价格 215 元左右） （5） 控制板：异步控制板专块 （价格在 120-150 元） （6） HUB 和连接线：行驱动 HUB 为一进九出或一进 12 出 HUB。 数据驱动 HUB 一块，十进十二出，排线 90 套。 （价格在 100 元左右） （7） 电源线采用 5V 总线。分段并联输出供电方式 总线采用 2.5mm2线（2 组） 。点阵供电用 1.5mm2节接头线并联在总线上，共 10 根 （一根输出到控制板） 外接电源采用标准三眼插头线 2 220A 船型开关 1 只，控制电源通断以上辅料费 30 元左右。 （8）无线接收器价钱：1000 元左右 （9） 材料成本总计=420+215+150+100+30+1000=1915 元 （10） 人工安装费用 100 元 （11）总价格 2000 元左右：毛利 25%，扣除财务费用 1%，税费 4%，利润 1520% 左右。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 18 4 安装与调试 4.1 软件调试 软件调试采用脱机调试的方法，即完全用仿真器软件在 PC 机上对目标电路原理图和 程序进行检测和调试,如图 4.1。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘和鼠标设定， 运行状态、各寄存器状态、端口状态等都可以在 CRT 指定的窗口区域显示出来，以确定 程序运行有无错误。调试可按下列步骤进行： 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 19 图 4.1 16 X 16 点阵仿真图 （1） 目标程序纠错 该阶段工作通常在目标程序编辑时就完成。一般来说，仿真器软件能给用户输入的 程序指令纠错，包括书写格式、标号未定义或多重定义、转移地址溢出等错误。 （2） 子程序功能调试 程序设计通常采用模块程序设计，调试时可对一个个子程序分别进行调试，设置好 入口条件，然后采用单步运行或断点运行方式，检查系统 CPU 现场、RAM 和 I/O 口状态， 看程序执行结果是否符合设计要求。 （3） 整体程序综合调试 即把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的功能显示。在 这阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，数据缓冲单元是否发生 冲突，标志位的建立和清除在设计上是否失误，堆栈是否溢出，输入输出状态是否正常 等。 调试和修改完毕后，对于实时性要求不高的应用系统可以直接使用编程器将软件固 化在目标系统 ROM 中，然后独立投入运行。 4.2 硬件调试 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 20 （1） 屏幕版的安装 用方形塑条逐条垫在 LED 管与印版元件之间，是插入印版的 LED 紧贴塑条，就能使 每行 LED 管保持直立，从而保证显示汉字或图案的美观，如图 3.3。 图 3.3 LED 屏侧面图 （2）电源板的安装 电源变压器在满足电流要求的情况下，可以变通采用单绕组的。但次级电压不能过 高，经整流滤波后能在 8V 左右即可，越高则扩流用大功率三极管越热，浪费电能。 稳压电源应在 3A 左右的负载电流时仍具有良好的降压特性。如果输出电压下降较多， 说明大功率三极管越热，浪费电能。 （3） 通电检查 在确保电源良好前提下，接通电源。最好在电源与其余电路之间串接一个电流表。 若接通后电流很大，必须立即切断电源。电源大得超出正常范围，说明电路中有短路或 故障。通电检查的主要目的是看系统是否存在短路或由元器件损坏、装配错误引起的电 流异常。 （4） 检查相应芯片的逻辑关系 加电后检查各芯片插座上相关引脚的电位，仔细测量相应的输入输出电平是否正常。 单片机系统大都是数字逻辑电路，使用电平检查法可首先查出逻辑设计是否正确，选用 器件和连接关系是否符合要求等。 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 21 结结论论 以上仅对LED显示屏的结构和驱动、显示电路原理作一详细介绍和分析。LED点阵的 应用很广，对于不同的应用环境和应用要求，可以有各种各样的应用方式，在这里就不 做详尽叙述。由于自己知识水平的局限和时间的仓促，设计中或还存在着一些不足，我 真诚的接受老师们的批评和指正.。 经过了几周的努力学习和工作，我终于完成了论文。从课题选择、方案论证到具体 设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，我不断地给自己提出新的问题，然后 去论证、推翻，不懂就请教老师或同学，再接着提出新的问题，在这个往复的过程中， 我这篇稚嫩的设计日趋完善。每一次改进我都收获良多，虽然我的设计作品不是很成熟， 而且借鉴了前人的很多资料，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走 过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个 设计中我加入了自己鲜活的思想。 在做这次毕业设计过程中使我学到了很多，加深了对电子电路的理解，验证了所学 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 22 理论知识，提高了基本的解决实际问题的能力，并增加了对电子设计方面的兴趣。更重 要的是我体会到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更好的成长，没有学 习就不可能有实践的能力，实践才是最终的目的，没有实践就不会有自己的突破和创新， 希望这次的经历能让我在以后的工作和生活中不断成长与进步。 就此作结！ 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 23 参考文献参考文献 1 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社.2006.5 ：489-494. 2 蔡朝阳.单片机控制实习与专题制作M. 北京：北京航空航天大学出版社. 2006.11：403-409. 3 李珍付.植桐.单片机原理与应用技术M.北京：清华大学出版社.2003：15-30. 4 李群芳.张士军，黄建单片微型计算机与接口技术M北京:电子工业出版社， 2008.5: 97-101. 5 华成英.童诗白. 模拟电子技术基础M. 北京： 高等教育出版社. 2006.5: 513. 6 孙惠芹. 单片机实用教程M.北京：中国电力出版社. 2009.6 7 肖金球. 单片机原理与接口技术M.北京：清华大学出版社. 2004.12 8 龚运新. 单片机 C 语言开发技术M.北京：清华大学出版社.2006.10 9 马淑华. 单片机原理与接口技术M.北京：北京邮电大学出版社 2005.10 10 杨宁. 单片机与控制技术M.北京：北京航天航空大学出版社 2005.1 11 施齐云.一种 LED 汉字信息动态显示可控系统的设计J.信息技术.2007.12.51-53. 12 张华林，周小方.电子设计竞赛实训教程M.北京：北京航空航天大学出版社， 2007 年. 13 Takahashi, Tadokoro, Takeuti. LED array unit with silicon microreflector，1994，67 14 Sambandan， Nathan. Single-Technology-Based Statistical Calibration for High-Performance Active-Matrix Organic LED Displays. 2007，284294 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 24 致致 谢谢 在论文即将完成之际，我的心情不是抵达终点的欣喜，虽然这里面有我的辛勤付出， 但是，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方。在课题设计的整个过程，以及 毕业论文的写作、修改和定稿过程中，得到了老师和同学们的热心帮助。 首先我要衷心的感谢张铁桥老师对我整个毕业设计由始至终地悉心督促指导，并提 供了大量而又详实的资料给我，使我从困惑迷茫的初期走向论文的顺利完成，在完成论 文的同时也深受启发和教育，使我受益终生；然后还要感谢进大学以来所有的老师们， 为我打下电科专业知识的基础；同时还要感谢我的同学和朋友们，正是因为有了你们的 热心帮助和鼓励，使我有一个愉快而又严肃认真的学习和生活环境，这段日子成为我一 生中美好的回忆。 最后感谢电气学院和我的母校湖北大学知行学院四年来来对我的大力栽培。 总之，如果没有你们我想圆满完成这个设计是难以想象的，在这里请最后接受我最 诚挚的谢意！ 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 25 湖北大学知行学院本科毕业论文设计（设计） 26