16×16点阵LED电子显示屏的设计学士学位毕业论文.doc
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1、 学士学位论文学士学位论文 题目:题目: 1616 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
2、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
3、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 16161616 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 1616 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
4、块 88 点阵 LED 显示模块来组成 1616 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 De
5、signerDesigner 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 a
6、t 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 writ
7、ten or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 88 dot-matrix LED display modules to form the 1616 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 desi
8、gn 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 st
9、ation, 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
10、 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。
11、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 1616 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
12、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 (
13、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
14、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。 (
15、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
16、 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
17、 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
18、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
19、库字模。组成一 个字的点阵,其大小也可以有 1616、2424、3232、4848 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 1616 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
20、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
21、 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 88 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 1616 点阵,以满足汉字显示的要求。88 LED 点阵是最基本的点阵显示模块,理解 了 88 LED 点阵的工作原理就可以基本掌握 LED 点阵显示技术。88 点阵 LED 结构如 图 2.3 左所示,其等效电路如图 2.4 所示: 图
22、2.4 88 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,88 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
23、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 1616 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
24、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 88 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
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