LED点阵显示屏设计报告.docx
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1、LED点阵显示屏设计报告 XX高校 开发性试验结题报告 学 院: 电子工程学院 班 级:光信 姓 名: 学 号: 班 级:光信 姓 名: 学 号: 班 级:光信 姓 名: 学 号: 2022年X月X日 1632点阵LED电子显示屏 摘要: 本设计是一1632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AT89C52为核心,介绍了以它为限制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片限制两个行驱动器74HC573和四个列驱动器74HC573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,全屏接受8块88点阵LED显示模块来组成1632点阵显示
2、模式。文中具体介绍了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,以及运用说明等。 单片机限制系统程序接受单片机C语言进行编辑,通过编程限制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平,就可以有效的限制各显示点的亮灭。LED显示以其组构方式灵敏、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、本钱低廉等特点得到广泛的应用。 关键词:AT89C51单片机;LED;点阵显示;动态显示;C语言。 一 绪论 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、运用寿命长、组态灵敏、色调丰富以及对室内外环境适应实力强等优点。并广泛的应用于公交汽车,码头,商
3、店,学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣扬。LED显示屏阅历了从单色,双色图文显示屏到如今的全彩色视频显示屏的进展过程,自20世纪八十年头起先,LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教化、证券、广告宣扬等各方面。 1 LED点阵显示屏概述 LED点阵显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制实力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。 目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。一般在产品出厂时,显示内容
4、就已写入显示屏限制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就特殊困难,这样使该类型的显示屏运用范围受到了限制。 国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程实力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的快速进展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏限制系统已经越来越不能满意现代广告宣扬业的需要。而利用PC机通信技术限制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵敏等优点。 2 LED显示屏限制技术状况 显示屏的限制系统包括输入接口电路、信号限制、转换和数字化处理电路及输
5、出接口电路等,涉及的具体技术很多,其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程限制技术等。 二 系统总体设计方案 1 需要实现的功能 设计一个室内用1632点阵LED图文显示屏,要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、足够,可显示图形和文字,显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。 2 LED显示特点 从理论上说,不管显示图形还是文字,都是限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,再依据显示限制的要求以确定的格式形成显示数据。对于只限制通断的图文显示屏来说,每
6、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。当然,根据限制电路的支配,相反的定义同样是可行的。这样按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,只要能够满意显示限制的要求即可。文字的点阵格式比较规范,可以接受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。 用点阵方式构成图形或文字,是特殊灵敏的,可以根据需要随便组合和转变,只要设计好合适的数
7、据文件,就可以得到满足的显示效果。因此接受点阵式图文显示屏显示经常需要转变的信息,是特殊有效的。点阵显示方式适应信息转变的优点,是以点阵显示器的价格和其困难的限制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的全部位置上都布置了LED器件,而像数码管一类的显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件,其它位置是空白的。因此,点阵显示器在相同面积状况下,价格要贵些。但是,数码管可显示的信息有限,只有09或单个的英文字符,由于组合形成的字符不多,所以其显示数据和限制电路都比较简洁。点阵显示器则不然,它要对点阵上全部LED进行限制,并能生成全部可能显示的图形文字,其显示数据和限制电路自然要困难得多。 3
8、设计方案论证: 3.1显示模式方案 为了吸引观众增加显示效果,可以有多种显示模式,最简洁的显示模式是静态显示。这里所说的“静态显示模式不同于静态驱动方式。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。依据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。产生不同显示模式的方法,并不意味着确定要重新编写显示数据,可以通过确定的算法从原来的显示数据干脆生成。例如,按依次调整行号,可以使显示图文产生上下平移;而依次调整列显示数据的位置,就可以到达左右平移的目的;同时调整行列依次,就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新,也可找到相应的算法。不过当算法太困难
9、,太奢侈时间的话,也可以考虑预先生成刷新数据,存储备用。刷新的时间限制,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。一般刷新周期可限制在几十毫秒范围之内。 动态扫描的意思简洁地说就是逐行轮番点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行比方16行的同名列共用一套列驱动器,每行有一个行驱动器,具体就1632的点阵来说,把全部同一行的发光管的阳极连在一起,把全部同一列的发光管的阴极连在一起共阳的接法,由行译码器给出的行选通信号,从第一行起先,按依次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。
10、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),又从第一行起先下一个周期的扫描。只要一个扫描轮回的速度足够快每秒24次以上,由于人眼的视觉暂留现象,就不简洁感觉出闪烁现象,就能看到显示屏上稳定的图形了。而且动态扫描方式功耗低,硬件本钱低,每个LED都不是连续工作,因此还有利于延长LED的运用寿命。 32 数据传输方案 接受扫描方式进行显示时,显示数据通常存储在单片机的存储器中,按8位一个字节的形式依次排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱
11、动器上去,这就存在一个显示数据传输方式的问题。从限制电路到列驱动器的数据传输可以接受并行方式或串行方式。明显,接受并行方式时,从限制电路到列驱动器的线路数量大,相应的硬件数目多。当列数很多时,并行传输的方案是不行取的。 接受串行传输的方法,限制电路可以只用一根信号线,将列数据一位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是特别经济的。但是,串行传输过程较长,数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换。首先,单片机从存储器中读出的8位并行数据要通过并串变换,按依次一位一位地输出给列驱动器。与此同时,列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列,并从前一列接收新数据,始终到全部列数据都传输完为止。只有当一行的各列数
12、据都已传输到位之后,这一行的各列才能并行地进行显示。这样,对于一行的显示过程就可以分解列数据准备传输和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说,列数据准备时间可能相当长,在行扫描周期确定的状况下,留给行显示的时间就太少了,以至影响到LED的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间冲突问题,可以接受重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时,准备下一行的列数据。为了到达重叠处理的目的,列数据的显示就需要具有锁存功能。 经过上述分析,可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说,它应能实现串入并出的移位功能;对于列数据显示来说,应具有并行锁存的功能。这样,本行已准备好的数据
13、打入并行锁存器进行显示时,串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据,而不会影响本行的显示。图2-1为显示屏电路实现的结构框图。 单片机 列驱动器 四个74HC573 两个74HC573 列 LED显示点阵 16x32 电源 显示屏电路框图 三 硬件系统设计 1 元器件的选择 元件编号 规格参数 LED 16x32点阵 PCB板 20cm*20cm环氧板 U1 U6 74HC573 U7 AT89C52 U8,U9 74HC02 R1R33 330欧姆 C1、C2 22pF 晶振 1个 可行性分析:作品选用52做核心,相对于其他芯片52读取也很便利,价格低廉。选取138以及02选通74HC573做
14、行、列驱动器。之所以选取138以及02是因为用138及02选通573是因为,当138选通573时其他573被默认关闭,这给软件编写供应了很大便利。用573而不用595做驱动是因为对573熟识,对以前学过的硬件有一个复习稳固的作用。没有用2803做驱动是因为573供应的电压完全可以供应16x32LED灯的两端电压。 2 芯片简介 (1)AT89C52 AT89C52是美国ATMEL公司生产的8位Flash ROM单片机。其最突出的优点是片内ROM为Flash ROM,可擦写1000次以上,应用并不困难的通用ROM写入器就能便利的擦写,读取也很便利,价格低廉,具有在片程序ROM二级保密系统。因此可
15、灵敏应用于各种限制领域。AT89C52包含以下一些功能部件: 1一个8位CPU ; 2一个片内振荡器和时钟电路; 34KB Flash ROM ; 4128B 内RAM; 5可寻址64KB的外ROM和外RAM限制电路; 6两个16位定时/计数器; 721个特殊功能寄存器 ; 84个8位并行I/O口; AT89C52单片机一般接受双列直插DIP封装,共40个引脚,图3-3为其引脚排列图。40个引脚大致可分为4类:电源、时钟、限制各I/O引脚。 电源 Vcc芯片电源,接+5V;GND接地端。 时钟 XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。 单片机系统外围电路 (2)74HC573 编
16、程时,先将使能端置1,此时输出数据和输入数据一样;为了将输出的数据锁定,防止误操作,可将使能端清0,此时,输出端保持原有值,不再转变。1,使能置1; 2,数据输入到锁存器输入端输出=输入; 3,使能置0输 出恒定=从前输入;到达锁存功能 74HC系列的数字集成电路,当5V供电时,输出高电平接近5V,带负载后,能输出4.95V左右。 从你图上看,这里需要573输出高电平段码,138输出位码,进行动态显示。但是图上有错,为了LED平安运用,在573的输出端与7LED连接之间,应串联300电阻。 附加: 锁存器的作用 锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,它们可以在特定输入脉冲电平
17、作用下变更状态。锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的限制其与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最终是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。 374HC02 74HC02 概述 74HC02是一款高速CMOS器件,74HC02遵循JEDEC标准no.7A。74HC02引脚兼容低功耗肖特基TTLLSTTL系列。 74HC02实现了4路2输入或非门功能。 74HC02 特性 输入电平 o 74HC02 CMOS电平 ESD爱惜 o HBM JESD22-A114E超过2000 V o MM JESD22-A115-A超过200 V 可选
18、多种封装类型 温度范围 o -40+85 o -40+125 474HC138 CD74HC138 ,CD74HC238和CD74HCT138 , CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器,适合内存地址解码或数据路由应用。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽视不计。HC138 依据三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个 低
19、电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端削减了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。 3 行、列驱动电路 行、列驱动电路由集成电路74HC573构成,它具有一个8位串行输入/输出或者并行输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限制是各自独立的,可以实如今显示本行各列数据的同时,传送下一行的列数据,即到达重叠处理的目的。 74HC系列的数字集成电路,当5V供电时,输出高电平接近5V,带负载后,能输出4.95V左右。 从你图上看,这
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