LED点阵显示屏设计毕业论文.doc

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1、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

2、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 W

3、ith 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,

4、 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 pl

5、ay a positive role. As the LED display with good overall performance, so from the actual 20 since the late 80s 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 imag

6、e 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

7、 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

8、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2

9、24.2 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

10、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

11、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

12、，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

13、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、

14、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

15、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

16、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

17、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，

18、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

19、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

20、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

21、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

22、）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1616至12816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。(

23、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(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

24、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

25、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2

26、20V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

27、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1616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88点阵，像素直径5mm的LED模块拼接成1616点阵的LED阵列。这样每个1616汉字能够获得1212cm的显示尺寸，因此在

28、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88的LED模块拼接成12816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