点阵广告牌系统设计(共23页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上点阵广告牌系统设计目录 专心-专注-专业摘 要随着科学技术的发展，社会不断的进步，电子事业也有着突飞猛进的改革。人们对公共传媒质量的要求越来越高。随着近几年来LED字符显示器的推出和不断完善，它的应用范围正在扩大，应用效果十分显著。不难看出，这一电子信息技术发展的新成果，在宣传、政治思想教育、广告娱乐等方面的应用日益突出。由于大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并能够实现智能化。本文主要阐述了用51单片机控制单色1616的LED点阵屏显示的方法，对LED点阵屏如何进行行列信号控制及信号传输中
2、的驱动问题进行了研究，并讨论了单片机控制系统中关键的数据处理以及发送问题。结果表明采用并行数据输入、串行数据及同步时钟传输的专用电路可大大减少CPU的辅助时间，提高了数据的发送速度。并给出了通过软件控制点阵屏显示的几种方式，如静态显示，分屏显示以及左移显示，对其软件的算法给出了具体分析。基于各种算法我们就可以灵活的运用软件实现各种显示，并将其用于商业用途。关键词： 1616的LED点阵屏，51单片机1绪论随着科技技术的不断发展，单片机以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容
3、易。LED的特色之一是节能（直接功耗，间接耗能），二是基本无电离辐射，三是提高空间利用率。然而LED点阵显示屏的特点不仅仅于此，LED点阵显示屏用的是数码管，而数码管还有使用便宜等特点，做出来的LED非常耐用。LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业
4、管理等公共场所。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。 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、小型化、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。现代LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在此我只是简单的研究一下用单片机驱动的LED显示移动的汉字。目
5、的有三：一是亲手制作一个简单实用的显示文字的LED点阵；二是通过制作LED点阵增强对LED点阵的了解和应用，以及复习巩固单片机知识；三是通过和老师及其他同学合作，增强团队合作的意识，为以后走向社会工作打下基础，并且增强了同学之间的友谊。 本设计利用单片机对整个系统进行整体控制，进行显示所要显示的汉字。其中显示字模数据有单片机输入显存，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成。为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同
6、显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。本次毕业设计中，硬件部分电路图的设计和软件部分程序的设计和调试，目的是应用简单方便的电路连接和程序完成汉字的换色与移动。用设计好的点阵电路制作PCB电路板，包括完成PCB板的制作，制作另外一块在面包板上连的点阵线连板子的焊接与调试，完成设计任务。1.1功能需求本系统要
7、求利用用51单片机控制单色1616的LED点阵屏显示汉字。2硬件设计2.1点阵广告牌系统设计原理图本系统共有两部分构成，其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、复位部分、显示部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LED显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、等组成。单片机上位复电后，从头开始执行程序。单片机控制整个装置的运行，控制单色1616的LED点阵屏显示。点阵广告牌系统设计原理图如图2-1所示。 图2-1 点阵广告牌的电路原理图2.2 电源模块选择采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总
8、量大，使用会有较大安全隐患。采用一片LM7805三端稳压器，耗电电流为100Ma左右的电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。基于以上分析，我决定采用采用LM7805三端稳压器电源作为系统电源。2.3显示部分显示部分是本次设计中最核心的部分，我先对LED88点阵显示进行选择，然后在基础上改装扩展成LED1616。对于LED88点阵显示有静态显示和动态显示两种方案。静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0 和1 表示，若为0，则表示LED无电流，即为暗状态；若为1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路，一幅画面输入以
9、后，所有LED的状态保持到下一幅画。但是对于静态显示方式，其所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，成本比较高，并且可靠性也较低。动态显示，对一幅画面进行分割，对组成画面的各部分分别显示，是动态显示方式。动态显示方式，可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当，易造成亮度低，闪烁等问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式，复用的程度不是无限增加的，因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短，发光的亮度等因素。通过实验发现，当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50H
10、z，发光二极管导通时间1ms时，显示亮度较好，无闪烁感。由于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，成本高，且可靠性也较低。而动态显示可以避免静态显示的问题，只是在设计时应注意合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。且动态显示易于制作和理解，又能巩固所学知识，达到设计的目标。所以，我采用的是动态显示。3 系统工作原理3.1系统的总体方案设计利用单片机进行LED汉字显示平设计与制作是利用单片机控制技术，编写程序，通过程序控制LED的显示，显示所要显示的内容。技术线路为通过程序控制AT89C51芯片输出高低电平，高低电平控制分别控制LED的亮和灭，最终达到所要显示的
11、内容。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。本设计介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用88的点阵发光管模块， 而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。同时为了降低制作难度，仅作了两个字的轮流显示。实际上，使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。我们把行列总线接在单片机的IO口，然后把扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将LED点阵的行列端口全部直接接入89C51单片机，则需要使用32条IO口，这样会造成IO资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口
12、，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74LS154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。设计总体框图如图3-1所示。图3-1 电子时钟的系统整体框图3.2 主控芯片AT89C51简介AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL公司高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位C
13、PU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。AT89C51提供以下的功能标准4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/0口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内振荡器和时钟电路。另外AT89C51还可以进行OHZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机
14、存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。其主要参数及引脚图及其功能如下：1. 与MCS-51兼容。2. 4K字节可编程闪烁存储器。3.寿命 1000写/擦循环。4. 数据保留时间 10年。5. 全静态工作 0Hz-24Hz。6. 三级程序存储器锁定。7.1288位内部RAM。8.32可编程I/O线。9. 两个16位定时器/计数器。10. 5个中断源。11. 可编程串行通道。 12. 低功耗的闲置和掉电模式。 13.片内振荡器和时钟电路。AT89C51 单片机为引脚双列直插式封装。如图3-2所示：图3-2 AT89C51单片机引脚图3.3点阵广告牌系统设计
15、方案介绍本文主要讲述的是“LED点阵字符显示电路”，本课题的实现主要有两种方案。方案一：由数字电路来实现，由移位寄存器与锁存器对字符数据进行存储，然后并行输入到显示屏，来实现汉字的显示。 方案二：由单片机编程控制来实现，方案利用单片机控制锁存器和译码器，由锁存器和译码器送出行选和列选来控制LED屏的亮灭，从而显示汉字。 方案论证：不难看出，选用数字电路来实现比较复杂。因为用数字电路实现必须要有移位寄存器与锁存器对字符数据进行存储，然后并行输入到显示屏，不但如此，而且需要很大一部分的扩展电路才能实现。用数字电路实现不但大大提高成本，而且设计出的电路的灵活性差、不易调试、成本高等缺点。方案二不仅能
16、够改进方案一设计的不灵活，还可进行扩展。通过比较，从设计方案的优点及所设计的方便实用性，我们选择第二种设计方案，由单片机编程控制来实现。 本文是基于单片机来实现的。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等不同领域起到了举足轻重的作用。目前，用于单片机编程的常用语言是汇编语言和高级语言。为克服机器语言的缺点，用英文字符来代替机器语言，这些英文字符被称为助字符，用助字符表示的指令称为汇编语言，用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序。汇编语言源程序需转换成二进制代码表示的机器语言程序，单片机才能识别和执行，通常把这一转换工作称
17、为“汇编”。完成“翻译”工作的程序称为汇编程序。经汇编程序“汇编”得到的以0、1代码形式表示的机器语言程序称为目标程序。用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，因此用汇编语言能编写出最优化的程序，缺点是可读性差。汇编语言离不开具体计算机的硬件，与硬件紧密相关。因此，汇编语言是属于面向“硬件”的语言，缺乏通用性。与汇编语言相比，高级语言不受具体“硬件”的限制，具有通用性强，直观、易懂、易学，可读性好的优点。今年来，面向自动控制、工程设计等方面的高级语言发展很快，尤其是在单片机的程序设计方面也已经较为广泛地采用了高级语言。例如，目前多数的51单片机用户使用C语言来进行程序设计。C语
18、言已经成为举世公认的高级语言中高效简洁而又贴近51单片机硬件的编程语言。用C语言进行单片机的软件开发，可大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和补充。尽管目前已有不少程序设计人员使用C语言来进行51单片机的应用程序开发，但是在对程序的空间和时间要求很高的场合，汇编语言仍是必不可少的。在这种场合下，可使用C语言和汇编语言混合编程。在很多需要直接控制硬件且对实时性要求较高的场合，则更是非用汇编语言不可。单片机编程控制C语言相对汇编语言来说，其主要优势在移植性和开发效率上。程序执行效率不如汇编语言。用汇编语言编程，来控制1616 LED点阵块进行显示相应的汉字、图形、图像等。使用汇编来
19、开发系统会更加方便快捷。一方面不会降低对硬件的控制能力，另一方面也不会使代码长度增加多少。如果运用的好的话，就能够开发出非常高效的系统，并且非常易于维护。3.4 LED汉字显示原理我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。图3-3 16行16列的点阵组成显示图用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8
20、16点阵组成，下部也由816点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00-p07口。方向为p00到p07，显示汉字“大”时，p05点亮，由上往下排列，为p0.0灭，p0.1灭，p0.2灭，p0.3灭，p0.4灭，p0.5亮，p0.6灭，p0.7灭。即二进制，转换为16进制为04h。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为，16进制则为00h。 然后单片机转向上半部第二列，仍为p05点亮，为，即16进制04h。这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21
21、点亮，为二进制，即16进制02h。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为： 04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H 04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H因为这个原理是单独地把每一个点显示在LED显示屏上，所以不难看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。4 线路连接4.1单片机复位电路单片机在启动时都需要复位，以使CUP及系统各
22、部件处于确定的初始状态。复位就是单片机的初始化操作，其作用是使CPU中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。当系统处于工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。及当8051的ALE及两脚输出高电平，RST引脚高电平时，单片机复位。8051单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式。RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位。只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平
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