LED点阵显示屏设计毕业论文.doc

湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 要 随着21世纪科技的高速发展，现在我们的生活中无处不充满着令人惊奇震撼的新兴物品。而旋转LED显示屏，就是一款结合实用与娱乐的科技产品。随着LED的设计制造技术与应用水平的迅速提高，生活中无处不见LED。旋转LED显示屏，就是一款依托于LED技术，基于视觉暂留原理，开发出的旋转显示屏。显示屏不仅可以滚动字幕，更可以显示出静态图案和动态图案，还能显示模拟时钟和数码时钟两种状态。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点是创意 送礼 求婚 表白最佳选择，还可以作为装饰品摆放在咖啡厅、酒吧、家中等各种场所，是调节气氛的最佳选择。 由于LED显示屏具有良好的综合性能，因此自20实际80年代后期以来，得到了迅速的发展。从LED显示屏的发展过程开看，首先出现的是以显示短小文字信息为主的条形图文显示屏，继而开发出LED图像显示屏，他使得具有灰度级的图像能够在公共场合进行展示，成为当时一大景观。如今，更在LED显示屏上衍生出了本次论文的对象旋转LED显示屏。 本次论文对旋转LED显示屏的一些基本原理和各种驱动做了介绍，通过对显示模块和电源模块的分析，确定旋转LED显示屏的部件构件；通过对单片机及遥控模块的分析，确定旋转LED显示屏的组成结构和驱动方式，实现旋转LED显示屏的显示。关键词：旋转LED显示屏 单片机驱动 图像显示Abstract With the social progress and development, people living on the increasingly high demand, the shopping desire more and more strong. Many businesses in order to attract customers eye, mostly with social the most cutting-edge technology to do publicity, LED display with its colorful, wide dynamic range, high brightness, long life, stable performance, energy-saving advantages, is a very good way of promotion, is a large entertainment, sporting events, Plaza decorating theme display information dissemination and other aspects of the important part in the LED screen, decorative display market will play a positive role. As the LED display with good overall performance, so from the actual 20 since the late 80's has been rapid development. From the LED display to open the development process, the first is to show the short text message-based graphic display of the bar, and then developed a LED image display, he made with gray-scale image can be carried out in public places display, it was a great landscape. Full-color screen displays the status of the LED display to a new high, reaching unmatched by other types of display levels. This article is a LED that is, some of the basic principles and introduced a variety of drivers, but also the development of the virtual pixel at this stage to do a brief analysis of advantages and disadvantages.Key words: LED display microprocessor C language目 录摘 要IAbstractII目 录. III引 言11 绪论21.1 课题背景21.2 研究现状及发展趋势21.3 论文主要内容32 需求分析与芯片选择42.1 需求分析5 2.1.1 LED显示屏的优点5 2.1.2 LED显示屏性能的可靠性5 2.1.3 LED显示屏的缺点6 2.1.4本系统LED的特点.62.2 芯片选择7 2.2.1 单片机的选择7 2.2.2 时间显示模块芯片8 2.2.3 温度显示模块芯片9 2.3 本章小结.93 系统硬件设计103.1 硬件整体设计概述103.2 控制单元设计10 3.2.1 STC12C5A60S2简介11 3.2.2 控制系统设计123.3 译码电路设计143.4 驱动电路设计153.5 时间和温度模块163.6 电源设计173.7 列选通部分183.8 LED点阵显示屏19 3.9 本章小结.214 系统软件设计224.1 程序设计224.2 显示程序的设计23 4.2.1 LED显示屏的显示方式23 4.2.2 上下移动显示.24 4.2.3 向左移动显示.25 4.3 本章小结285 研究结果与分析29总结与展望33致 谢34参 考 文 献35附录A：原理图36附录B：主要源代码4062引 言 如今，LED点阵显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，进入了飞速发展的阶段。LED显示作为信息传播的一种重要手段，广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如，证券交易、金融信息显示，机场航班动态信息显示，港口、车站旅客引导信息显示，体育场馆信息显示，道路交通信息显示，银行、购物商场等服务领域的业务宣传及信息显示，电力调度、车辆动态跟踪等调度指挥中心信息显示。显然，LED显示已经成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。LED显示屏通过红色或绿色灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。 LED点阵显示屏以其色彩鲜亮夺目、大的显示信息量、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易于操作、安装和维护等特点，将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。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、液晶显示屏无法比拟的优点。1 绪论1.1 课题背景我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED点阵显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED点阵显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED 点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业1。LED点阵显示屏具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活，适用范围广等特点。该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术、单片机技术、数据通讯技术、显示技术、存储技术、系统软件技术、接口及驱动等技术。1.2 研究现状及发展趋势（1）我国LED产业发展现状第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共 场所，作为公共信息显示工具。 第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。 第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。 90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术，近年在全彩色 LED 显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业培养形成了一批 LED 显示屏科技队伍，在全国 LED 显示屏行业的从业人数 6000人中，科技人员有 2800 多人，将近 50% 。 LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业2。（2）国外LED产业发展趋势80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，国外发展迅速并且在很多领域也得到了广泛运用。在国外点阵屏显示技术研究已经相当成熟，完善。并且已经开始研究新的大屏幕显示技术，但就目前来看，LED点阵显示屏市场依然广阔。他们在以下四方面有很好的优势：一时紧抓重点，大力建设专利标准体系。二是控制成本，加速提升企业核心竞争力。三是规范市场，建立健全产品监督机制。四是合理引导，谨防投资过热与产能过剩。（3）LED显示屏的发展趋势现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，性能逐渐提高。预计在未来几年的发展中，灯箱、霓红灯、磁翻板等传统的户外广告媒体将被全彩色LED显示屏所取代。未来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3。（4）选题意义该设计课题不仅能够使我们掌握LED显示屏的基本原理和设计方法，同时对整个行业也有了较为深刻的了解。并且对大学期间所学习的理论知识进行了实践，加强了对51单片机的软硬件开发工具的使用熟练程度，为以后从事相关行业奠定了基础。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。1.3论文主要内容与结构安排针对设计题目的特点，将对论文的内容和结构做如下安排：第一章是课题背景和研究现状主要介绍了LED点阵显示屏具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活，适用范围广等特点，广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。以及国内外LED产业发展趋势。第二章是LED显示屏的需求分析和芯片的选择，主要介绍了根据收集的相关资料，对器件的功能和电气特性的对比， 系统由上位机、通讯线、下位机、控制面板、显示屏以及应用软件构成。其中上位机由一台计算机构成，下位机由北京达盛科技的EXP-89S51的专用开发板构成，控制面板由驱动电路，温度传感器DS18B20，时间芯片DS1302构成，显示屏由LED点阵构成。第三章是系统硬件方案的设计，通过系统分析，确定系统的功能和模块，包括控制电路的设计，译码电路的设计，驱动电路的设计，时间和温度模块，电源的设计，显示模块以及各模块之间的组合方式。并绘制原理图。第四章是系统软件方案的设计，根据硬件特点和设计要求，软件程序选用C51语言编写，程序要实现串口通信，静态显示，动态显示，时间和温度显示等功能。通信程序接收上位机数据，交给主程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。第五章是研究结果与分析，主要是对实物的硬件，动态显示，时间和温度的显示进行了展示，同时针对设计中遇到的问题、教训以及自己的想法进行总结与反思。2 需求分析与芯片选择2.1 需求分析目前市场上流行的大型显示器件各式各样。LED显示屏具有其他显示屏所无法比拟的技术优越性，LED显示屏是集光电子技术微电子技术计算机技术视频技术为一体的高科技产品。2.1.1 LED显示屏的优点（1）体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。（2）耗电量低LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电能不超过0.1W4。（3）使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。（4）高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。（5）环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。（6）坚固耐用LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。2.1.2 LED显示屏性能的可靠性（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） 先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，模块化设计/恒流静态驱动，亮度自动调节。（3） 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。（4） 超级灰度控制 具有1024-4096级灰度控制,显示颜色16.7M以上,色彩清晰逼真,立体感强。（5） 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。（6） 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。（7） 全天候工作完全适应户外各种恶劣性环境,防水,防潮,防腐,防雷，抗震整体性能强、显示性能好、性价比高,像素筒可采用P10mm、P16mm等多种规格5。（8） 影像画面清晰、无抖动和重影，杜绝失真。（9） 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。（10）超高亮纯色象素。2.1.3 LED显示屏性能的缺点（1）光的显色性差，白光光谱较窄，如果对光谱要求较高的场合不适用。（2）目前来说制作成本远高于普通白炽灯日光灯。所以价格较高。（3）需要有专用的驱动来驱动LED发光。普通照明产品是需要恒压，而LED需要恒流驱动，如果不用的话，LED是很短命的6。2.1.4 本系统LED显示屏特点一、 功能(1)本系统可显示16×16至128×16点阵的宋、隶、草、行、楷等汉字，及数字、符号等。还可准确的显示时间和温度。(2)本系统具备脱机运行功能，即在显示内容编辑制作完成并发送至显示屏之后，即可关闭上位机。下次打开显示屏前，如果显示内容不更改，可不打开上位机，直接打开屏体电源即可。(3)显示方式有横向左移,上下变换等十多种工作模式方式。(4)可自动循环显示用户所要显示的不同内容。(5)显示内容存储方式分长驻、暂驻和实时，长驻广告信息在断电后可永久保存。(6)显示内容由用户在电脑上设计制作后，通过串口（一般为RS232口）发送至屏幕显示。二、 技术指标5.0mm单色点阵显示屏的技术指标如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光(2)发光响应时间极短(<0.1s),高频特性好,单色性好,亮度高(3)体积小,重量轻,抗冲击性能好.固态封装,封装方式为灌胶型,稳定性高(4)寿命长,使用寿命在5万小时以上 (5)可连续扫描驱动各字节(6)良好的显示效果、视角宽(7)推荐恒流使用,恒压会出现亮度不均匀现象(8)表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来(9)焊接温度: 260停留时间最长5秒表2-1 极限参数参数符号极限参数脉冲电流Ifp100mA直流电流If10 mA反向电压Vr5V工作温度Topr-30 to +70储存温度Tstg-40 to +852.1.5 本设计优点LED显示屏与其它大屏幕终端显示器相比，LED显示屏有亮度高，寿命长，视角大，屏幕面积可调节，支持多种软件等特点。在此基础上，此次设计的led显示屏还具备以下功能特点：（1）能多方式的显示字幕（2）能准确的显示温度（3）能实时的显示时间2.2 芯片选择2.2.1 单片机的选择单片机（Single-Chip Microcomputer），又称为单片微计算机，它的结构特点是将中央处理器、存储器、定时/计数器、输入接口、输出接口及中断系统等集成在一个半导体芯片上。与通用微型计算机相比，单片机体积小巧，可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心，使应用系统实现智能化。单片机的特点如下：1、 集成度高，体积小，抗干扰能力强，可靠性高。单片机把各功能部件集成在一块芯片内且内部采用总线结构，从而减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。2、 开发性能好，开发周期短，控制功能强。在开发过程中利用汇编或C语言进行编程，缩短了开发周期，同时，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机，这满足工业控制要求。3、 低功耗、低电压，具有掉电保护功能，广泛应用于各类智能仪器仪表中。4、 通用性和灵活性好。系统扩展和配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。5、 具有良好的性能价格比。本设计采用软件来实现滚屏，且传输方式为串行方式，所以对微控制器单元的处理速度要求较高，可供选择的有ARM7和高速8位单片机。ARM的处理速度极快，但对于条屏的应用，ARM内部的资源浪费严重，且成本较高。因此选择高速8位单片机作为控制器，常见的高速8位单片机有AVR系列单片机，C8051F系列单片机，STC12C系列单片机。这几种单片机的处理速度均能达到1MIPS/MHz（在时钟频率为1MHz时处理能力为每秒100万条指令），但AVR系列单片机的极限时钟频率只能到16MHz，而C8051F系列SOC类似于ARM7,时钟速度可到100MHz,但会浪费其内部丰富的资源，而且价格昂贵，用在单色条屏的控制中颇感浪费7。于是最佳选择为STC12C系列单片机，其最高时钟能到48MHz，且有较丰富的接口及存储器资源，价格极其低廉，零售价仅为9元/片。大幅降低了产品成本。2.2.2 时间显示模块芯片DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据8。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本设计采用的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题9。2.2.3 温度显示模块芯片DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20的温度检测与数字数据全集成于一个芯片之上，从而抗干扰能来来来更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理10。2.3 本章小结本章分析了LED显示屏的市场需求，以及目前市场上的LED显示屏的优缺点。同时介绍了本系统设计的优点和实现的功能，包括时间和温度的显示。很据实现的功能和器件的电气对比，选择合适的芯片。3 系统硬件设计3.1 硬件整体设计概述图3-1 条屏硬件框图X1Xn为显示单元。每个显示单元由一个16×16点阵的LED模块和一个16位宽的移位锁存器（串行并行转换器）构成。所有显示单元的16根行线均连接到公共的行扫描驱动电路。而每个显示单元的列数据则由16位移位锁存器并行输出口提供。中央微处理器MCU负责与所有外围设备的协调通信，以及各种算法的处理。MCU用通用I/O口来驱动行扫描驱动电路。用通用I/O口模拟同步串行接口以实现和列数据锁存器（移位锁存器）之间的单向通信。MCU通过内部集成的SPI接口和字库芯片进行双向通信。PC机（上位机）的RS-232C电平经过转换后，通过UART接口与MCU进行双向通信。电源则为各个模块提供稳定的电压以及足够的电流。3.2 控制单元设计控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用STC12C系列单片机为核心器件，用来和上位机通信处理上位机发送的控制指令和显示内容。并且直接输出数据通过译码电路控制LED显示屏的显示内容和显示状态。根据设计要求，选择宏晶科技生产的STC12C5A602为控制单元的主控芯片。因为该芯片具有方便的编程能力和较快的运行速度。3.2.1 STC12C5A60S2简介STC12C5A60S2 是新一代高速8051 单片机， 其指令代码完全兼容传统8051, 但速度快812 倍。内部集成MAX810 专用复位电路。 其工作电压范围是3.5 V5.5 V。由于是单周期的8051 （ 传统8051 是12 周期）, 可选择较易于获得准确波特率的11.059 2 MHz晶振， 而不必担心工作速度降低。STC12C5A602主要特性（1） 增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051（2） 工作频率范围：035MHZ，相当于普通8051的0420MHZ（3） 片上集成1280字节RAM（4） 通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/上拉，仅为输入/高阻，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA（5） ISP（在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片（6） 有EEPROM功能（7） 看门狗（8） 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）（9） 外部掉电检测电路：在P4.6口有一个低压门槛比较器（10） 共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器（11） 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟（12） 外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持中断断的PCA模块，Power Down 模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，INT0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3) (13) A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口 (14) STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)3.2.2 控制系统设计 控制系统必须是工作在一个最小系统。STC12C5A60S2的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路，选定一定数量的IO口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件，具体系统框图如图3-2所示。图3-2 控制系统框图 一、时钟电路内部时钟电路如图所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自己振荡。定时元件通常由石英晶体和电容组成的并联谐振回路，晶体振荡器选择12MHZ，电容采用30PF。图3-3 时钟电路二、复位电路复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。图3-4 复位电路3.3 译码电路设计译码电路的功能是为了解决单片机I/O端口不足。译码所用器件为串并转换器74AC138B。电路图3-5所示：图3-5 行译码电路图74AC138B是一个3输入8输出的译码器。对于16×16点阵来说，它需要16个输出，所以如果用138译码器，必须要2个芯片。当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。表3-1 74AC138B工作参数参数最小值标准值最大值单位高电平输入电压2V低电平输入电压0.8V高电平输出电压2.43.2V低电平输出电压0.20.4V时钟频率025MHZ3.4驱动电路设计发光二级管LED(Light Emitting Diodes)，即是在在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；加反向电压时，电阻值很大，PN结截止，具有单向导电性。行驱动采用PNP三极管8550接法如图3-6示：图3-6 行驱动器件8550原理图当译码器端口输出为低电平时，发射极与基极电势差为5V基极中带负电的电子越过PN结扩散到发射区。当译码器端口输出高电平时发射极与基极之间的电势差为5V，由于发射极与基极之间电势差的减少基极电子向发射极扩散的电子数量减少故集电极电流也随之减少。故8550在驱动电路中起到提供驱动电流和选通开关的作用。驱动电流电路图如图3-7所示：图3-7 驱动电流电路图3.5 时间和温度模块 DS1302的引脚排列，其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCC1+0.2V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC>2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK为时钟输入端。DS18B20技术性能如下： （1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）测温范围 55+125，固有测温误差0.5。（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。（4）工作电源: 35V/DC （可以数据线寄生电源）（5）在使用中不需要任何外围元件（6）测量结果以912位数字量方式串行传送（7）不锈钢保护管直径 6（8）适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温（9）标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选（10）PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 时间和温度显示模块原理图如图3-8所示，DS1302中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振，DQ接P4.1口。图3-8 时间和温度显示电路图3.6 电源设计L7805ACV的特点：（1）输出电流可达1.5A（2）不需外接补偿元件（3）内含限流保护电流，防止负载短路烧毁元件（4）内含高温过热保护电路，防止结温过热烧毁器件（5）内含功耗限制电路，防止烧毁输出驱动器晶体管系统中STC12C5A60S2、DS18B20、DS1302、74AC138B都需要5V的供电电压，在系统开发过程中可以使用电脑USB供电。在实际的LED显示屏设计中，需要对民用的220V进行降压整流为5V直流电压为显示系统供电。通过5V三端稳压模块LM7805得出稳定的5V输出。电路图如图3-8所示：图3-8 电源原理图3.7列选通模块一、74HC595功能简介74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCK的上升沿输入到移位寄存器中，在RCK的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（SER），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。二、74HC595特点8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态。输出寄存器（三态输出：就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路）可以直接清除 100MHz的移位频率。电路图如图3-9所示：图3-9 列选通模块电路图3.8 LED点阵显示屏一、显示单元显示一个简体汉字，至少需要16×16点阵来描述。为了在较远距离处获得清晰的视觉效果，本设计采用4个8×8点阵，像素直径5mm的LED模块拼接成16×16点阵的LED阵列。这样每个16×16汉字能够获得12×12cm的显示尺寸，因此在50米处仍能清晰阅读。本设计要求整个屏幕能同时显示六个汉字，则至少需要用32个8×8的LED模块拼接成128×16的矩阵。LED点阵图如图3-10所示：二、滚屏的实现字符的位置在屏幕上实现移动，即术语“滚屏”。本设计采用软件算法实现左滚屏、左暂停、定格显示等常见滚屏方式。用软件来完成滚屏算法，其最大的优点在于成本低廉，而且可维护性、可升级性大大增强。三、可扩展性除了基本要求外，本设计还要实现显示单元数目的随意扩展。在传统的并行传输方式中，因受到列数据锁存器地址线数目的制约，不能随意的增添显示单元，且每个显示单元的电路结构不同,PCB结构也不同，完全不符合模块化设计的要求。因此摒弃了传统的并行传输方式