LED点阵显示器.doc

1、 1 Liaoning Normal University （ 2010 届） 本科生毕业论文 ( 设计 ) 题 目： LED 点阵 显示器 学 院： 专 业： 自动控制系 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 2 目录 1 绪论 5 1.1 LED 简介 5 1.2 LED 简介 和构成 5 1.3 LED 屏的分类 6 1.3.1 颜色可以分为 6 1.3.2按显示器件分类 6 1.3.3 按显示方式分类 7 1.3.4.按显示方式分类 7 2 LED 点阵显示屏 7 2.1 LED 显示屏的提出 7 2.2 LED 显示屏的需求 7 2.2.1 LED 的显示部分 9 2.3 LED

2、 显示屏的开发环境 9 2.3.1 显示屏驱动电路的选择 9 2.3.2 亮度连续可调 9 2.3.3 串行口的选择 10 3 系统的具体设计与实现 11 3.1 系统总框图 11 3.2 硬件条件 11 3.3 驱动部分 12 3.3.1 LED 显示屏行驱动电路 12 3.3.2 LED 显示屏列驱动电路 13 3.4 亮度连续可调 14 3.5 刷新频率的计算 14 3.6 键盘 14 3.7 软件方面 15 3.7.1 主程序的流程图 15 3.7.2 按键程序 16 3 3.7.3 行列的扫描 16 4 AT89S52 部分程序码 17 5 测 试、结果及分析 17 5.1 基本功能

3、 17 5.2 发挥部分功能 18 5.3 其他发挥部分功能 18 6 总 结 19 参考文献 19 致谢 20 4 摘要： 此次 设计使用简单单片机 AT98S52 作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动 16*16 的点阵 LED 显示屏。利用烧录器实现单片机与 PC 机等 外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，使信息的发布全面进入动屏时代 ,使电子信息技术进入了高科技时代， 所以 此 设计具有很强的现实应用性。 关键词： 点阵 LED 单片机 Abstract This large LED displ

4、ay screen system ,based on chip microcomputer AT89S52,is composed by the following functional modules : keyboard displaying ,sound phonating. photoelectricity untouched switch， temperature gathering ,timing bell. According to the basic requirements of the subject ,our system stresses on the realizat

5、ion of time displaying and large screen displaying ,Furthermore ,we also extend the primary function ,adding new functions ,such as the single chip peripheral ports ,temperature gathering ,untouched ring-stop, scroll screen display, sound timing .and so on. Adopting the idea of hardware-to-software,

6、 most of those functions are realized by softwares, which makes the electrocircuit more concise and the system more stable , The design achieved and even exceeded all the required basic technical indexes Key words: chip microcomputer large screen display system scroll screen display 5 1. 绪论 1.1LED 简

7、介 LED 电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。 它是以微电子技术为物理 层面，现在电子设计技术为灵魂，计算机软件技术为手段，最终形成集成电子系统或专用集成电路为目的的一门新兴技术。 它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 1.2 LED 简介和构成 LED（ Light Emitting Diode）即发光二极管是利用半导体的 P-N 结电致发光原理制成的一种半导体发

8、光器件。 LED 具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。近几年来，它得到迅猛的发展和广泛的应用。 最初开始 有人 用 LED 做为发光像素研制 LED 显示器。随着微机技术的发展和 LED 器件的 进步 ， LED 显示屏也得到迅猛的发展。目前已研制出多种规格的 LED 屏，从色 彩上讲有单色、多色、全色显示屏，从显示尺寸上讲， LED 屏现已做到了数百平方米。现已形成了一个新兴的高科技产业。 最近，蓝色、纯绿色超高亮发光二极管相继研制成功并已商品化，用 LED 制成室外 “大彩电 “已成为现实，它标志着 LED 显示技术达到了一个新的高度 ，它标志着社会的又一个巨大的进步。

9、 LED 显示屏是用发光二极管作显示像素而构成的显示屏，空间限制 虽然 小，6 但适用 于几平方米到几百平方米的屏幕，在此范围内和其它几种屏幕相比有较强优势 ，可表现文字、图形、图像、动画和视频，能较好地适应各种使用环境，较好的融入我们的学习 ，生活中。为我们创造一个优美舒适的环境氛围。 LED 显示屏系统一般由发送控制板、接收控制板、显示屏屏体 、微机、 稳压电源及金属框架等部分构成。 （ 1） 发送控制板 该部分的作用主要是将微机上显示的内容采集下来，进行数据处理和变换，转换成为大屏幕显示所需要的数据格式，并将信号进行功率放大， 再 发送给远处的大屏幕。 （ 2）接收控制板 该部分的作用主

10、要是将发送控制板发送来的数据接收下来并 发 送到大屏上的相应位置。 （ 3）显示屏屏体 显示屏屏体主要是由 两大部分构成： LED 发光管矩阵和驱动电路 ， 它收到接收控制板送来的数 据信号，驱动显示屏正面 LED 发光管矩阵的亮灭，使大屏幕显示出 赏心悦目的画面 。 （ 4） 微机 微机主要用于大屏幕系统的操作和控制，体现在上层软件部分。用来制作、编辑 要 显示的内容，包括文字、图像、表格 等 ，并设置各种节目的播放顺序及画面停留时间等。编辑完成后，微机用来运行播放制作好的内容。微机播放时，内容在微机的显示器上显示出来。 1.3 LED 屏的分类 1.3.1 按显示颜色可以分为 单基色显示屏

11、 :单一颜色 ： 红色或绿色 双基色显示屏：红和绿双基色， 256 级灰度、可以显示 上万中 种颜色。 全彩色显示屏：红、 绿、蓝三基色， 256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 1.3.2 按显示器件分类 7 LED 数码显示屏：显示器件为 7 段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED 点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 LED 视频显示屏：显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。 1.3.3 按使用环境分类 室内显示屏：发光点较小显示面积一般几至十几平方米。

12、 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮 度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能 等多种功能。 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发 1.3.4.按显示方式分类 有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动 12 块（最多可控制 24 块） 8X8 点阵，共 16X48 点阵（或 32X48 点阵），是单块 MAX7219（或 PS7219、 HD7279、 ZLG7289 及 8279 等类似 LED 显示驱动模块） 3 LED 显示屏的技术 2 LED 点阵显示屏 2.1 LED 显示屏的提出 LED 显示

13、屏是 八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 2.2 LED 显示屏的需求分析 信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了 CRT、 LCD、PDP、 LED、 EL、 DLP 等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着 LED 材料技术和工艺的提升， LED 显示屏以突出8 的优势成为平板显示的主流产品之一， 并在当今社会占有

14、很重要的位置。 主要包括： （ 1）证券交易、金融信息显示。 这一领域的 LED 显示屏占到了前几年国内 LED 显示屏需求量的 50%以上，目前仍有较大的需求。 （ 2）机场航班动态信息显示。 民航机场建设对住处显示的要求非常明确， LED 显示屏是航班住处显示系统 FIDS（ Flight information Display system）的首选产品。 （ 3） 港口、车站旅客引导信息显示。 以 LED 显示民间为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示 系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容 ，是我们社会，生活中

15、必不可少的一部分 。 （ 4） 体育场馆信息显示。 LED 显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及 CRT 显示屏，在现代化体育场馆成为必备的比赛设施。 （ 5） 道路交通信息显示。 智能效通系统（ ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域， LED 显示民间作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。 （ 6）调度指挥中心信息显示。 电力调度、车辆动态跟踪 、车辆调高度管理等，也在逐步采用高密度的 LED显示屏。 （ 7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。 （ 8）广告媒体新产品。 除单一大型户内、户外显示屏做为广告媒体外，集群 LED 显

16、示屏广告系统、列车 LED 显示屏广告发布系统等也已得到采用并正在推广。 （ 9） 演出和集会。 大型显示屏越来越普遍的用于公共和政治目的的视频直播，如在我国建国50 周年大庆、世界各地的新千年庆典等重大节日中，大型显示屏在播放实况和广告信息发布方面发挥了卓越的作用。 9 （ 10） 展览会。 在各种大中小型展览会上， LED 显示 屏也是必不可少的一部分。它方便了我们的生活，在我们的生活中提供了一条通往阳光的捷径。 2.2.1 LED 的显示部分 LED 显示大屏幕作为展览组织者提供的重要服务内容之一，向参展商提供有偿服务，国外还有一些较大的 LED 大屏幕的专业性租赁公司，也有一些规模较大

17、的制造商提供租赁服务 。 显示部分是本次设计最核心的部分，对于 LED8*8 点阵显示有以下两种方案： 方案一：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 L ED 无电流 ,即暗状态 ;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 ,一幅画面输入以后 ,所有 L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式 ,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。 方案二：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。动态显示方式方式 ,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理

18、不当 ,易造成亮度低 ,闪烁问题。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 . 我们通过实验发现 , 当扫描刷新频率 (发光二极管的停闪频率 ) 为 50Hz, 发光二极管导通时间 1m s 时 , 显示亮度较好 , 无闪烁感 .。 鉴于上述原因 , 我们采用方案二 2.3 LED 显示屏的开发环境 2.3.1 显示屏驱动电路的选择 方案一 在禁止使用专用的 LED 控制芯

19、片的情况下采用通用芯片 74LS595，其具有 8 位锁存、串 并移位寄存器和三态输出，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新。其特点是控制信号简单，级联方便，芯片数量少。 方案二 我们可以用移位寄存器 74HC164和译码器 74HC138配合 三极管 来实现 LED 点阵显示的行列控制 .但由于三极管需要量太大使电源超负荷，将导致屏幕暗亮。 综合考虑，我们采用方案一。 10 2.3.2 亮度连续可调 方案一 通过在软件中调节刷新频率。刷新频率高的时候 ,连续点亮的时间短 ,显示屏亮度低 ,当刷新频率调低时 ,连续点亮的时间延长 ,显示屏变亮。因此通过调节占空比来实现显示屏亮度的调整。但

20、是由于软件调节亮度变化不连续 .不能实现 连续的亮度调节。并且会出现闪烁。调节的效果不明显。 方案二 通过调节电位器来改变电压 ,实现亮度的调节。调节电位器实现线形电压调整 ,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节范围较大，因此用此方法来调节。 考综合虑，我们采用方案二。 （如图 2.1）图 2.1 简单单片机处理框图 2.3.3 串行口的选择 方案一 采用 RS485 来进行长距离（ 1200M）的传输， RS-485 总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用 .但 RS485 总线存 在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障而且总线本身存在许多的局限性，效率低，实时性差，通信的可靠性低，应用不灵活。 方案二 采用 MAX232 来进行串行的传输 , 用串行通讯的好处是简单，抗干扰性强 .由于本系统有寄存器 ,因此不需要远距离传输 ,因此 MAX232 已经足够满足要求。并且可直接和 PC 机接口，不用外加协议转换电路。 综上所述，方案二比较合理。