1、 基于 zigbee 的多功能显示屏设计摘 要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、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED 的发展前景极为广阔，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。LED 显示屏广泛应用在体育场馆、商业应用、银行、证劵、邮政、码头、商场、车站、邮政、电讯、机关、监控、学校、餐厅、酒店、娱乐、等不同户外场所的广告宣传，2013 年俄罗斯大运会 UNILUMIN 采用 Umesh25 楼宇屏实时转播画面流畅细腻。LED 的发光颜色和发光效率与制作
2、 LED 的材料和工艺有关 ，灯球刚开始全是蓝光的，后面再加上荧光粉，根据用户的不同需要，调节出不同的光色，广泛使用的有红、绿、蓝、黄四种。由于 LED 工作电压低（仅 1.24.0V） ，能主动发光且有一定亮度 ，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10 万小时） ，所以在大型的显示设备中，尚无其他的显示方式与 LED 显示方式匹敌。本文介绍的基于单片机的 LED 显示屏上电之后运行稳定可靠、显示文字清晰、各店亮度均匀，系统组装灵活，显示屏的大小可根据实际需要以单元板为单位进行一定范围内的调整整个系统基本上达到了预期的要求，具有良好的应用前景。LED 显示屏应用的范围
3、越来越大。本文首先介绍 LED 显示屏的相关概念，接着讲述单片机控制电路的设计，最后是显示屏实例设计。关键词：单片机；显示屏；控制AbstractThe reason why the LED has received a rapid development, is that it has its own advantages. These advantages are summarized as: high brightness, low working voltage, small power consumption, large scale, long life, high impact
4、resistance and stable performance. Prospects for the development of LED is extremely broad, is towards a higher brightness, higher resistance to climate, higher luminous density, higher luminous uniformity, reliability, full color and the direction of development. LED display is widely used in stadi
5、ums, commercial applications, banking, securities coupons, postal, wharf, shopping malls, railway stations, postal services, telecommunications, organs, monitoring, schools, restaurants, hotels, entertainment, etc. different outdoor space advertising, 2013 Universiade in Russia will UNILUMIN by Umes
6、h25 building screen real-time broadcast screen smooth and delicate. LED luminous color and luminous efficiency and production of LED material and process related, ball lamp beginning is full of blue, followed by fluorescent powder, according to the different needs of the user, adjust the color of di
7、fferent and widely used are red, green, blue, and yellow four. Because the LED operating voltage is low (only 1.24.0V), can take the initiative and have a certain brightness, brightness and can use voltage (or current) regulation, itself is a high impact, anti vibration, long life (100000 hours), so
8、 in a large display equipment, there is no other way to show the way LED display. Presented in this paper based on SCM LED display electric after operation is stable and reliable, display text clear, each store uniform brightness, flexible assembly systems, the size of the display can be according t
9、o the actual need to board unit as a unit within a certain range of adjustment of the whole system basically achieved expected requirements, has good application prospects. The range of application of LED display screen is increasing. This paper first introduces the relevant concepts of LED display,
10、 and then describes the design of SCM control circuit, and the end is the display case design.Keywords: Single chip microcomputer; display; control3目 录一、绪论.1（一）研究背景.1（二）研究目的和意义.1（三）国内外研究现状.1二、LED 显示屏的相关概念.2（一）LED 显示屏的概念.2（二）LED 的发光原理.2（三）LED 的基本特征.2（四）LED 的基本特征.5（五）LED 显示屏的特点.8（六）LED 显示屏的动态扫描.8（七）Zi
11、gbee 无线通信技术.9三、单片机控制电路的设计.10（一）单片机的概述.10（二）单片机的特点.10（三）键盘设计.10（四）单片机串行通信技术.10（五）硬件电路板制作.11四、显示屏实例设计.12（一）系统概述.12（二）系统硬件设计.13（三）系统软件设计.14结论.171一、绪论（一）研究背景在二十世纪 90 年代初期,一种新兴的信息显示技术顷刻间席卷全世界,它被命名为 LED 显示屏,是light emitting diode 的英文缩写。它的主要组成部分是导体发光二极管,组成数量并没有固定,而是根据实际需要来规定组成数量,少则几十多则上万。通常,LED 显示屏可以用来显示图形、
12、文字、动画等各种信息。不仅如此,LED 显示屏还可以与电脑相连接,通过电脑的控制实时的播放显示各类信息包括录像、动画以及电视节目。LED 显示屏的发展仅仅十来年的时间,就已经在平板显示中独占鳌头。它之所以能有这么快的发展,与它自身所具有的特点是密不可分的。它的亮度非常的高但功耗却特别小,不仅耐冲击,而且性能还特别稳定。目前 LED 显示屏已经被广泛的在户外加以应用,我们走在大街小巷,随处都可见它的身影,它己经成为了人们生活中的一部分。比如十字路口的交通指示灯,各大超市、商场门前的广告牌银行、机场候客厅的显示牌,体育场的计分牌等都是用的 LED 显示屏。它的应用范围越来越广,越来越向着全方位的方
13、向发展。（二）研究目的和意义本课题的研究目的就是希望通过对 LED 显示屏控制技术的研究,寻找一种简捷、快捷、便捷的低成本显示屏控制方案,以便更方便地实现 LED 显示屏的各种显示功能,更好地满足各行各业对 LED 显示屏的应用需求。（三）国内外研究现状随着 LED 产业的发展,我国 LED 产业已从以前的从国外购买芯片,逐步发展到自主生产芯片的阶段,并且已经具备一定的自主生产技术。最近几年,亚洲国家已经成为 LED 产品的生产基地。主要集中在日、韩和中国,其中中国的市场占有率相对来说较低,但是逐年还是有小幅度的增长,总体还是显现的增长趋势。台湾的生产水平相对来说还是比较先进的,但中国大陆也不
14、甘示弱,国内的比较强的企业已与台湾的大企业生产水平相当。之所以能有如此的进步,也得益于政府的扶持。政府出台政策,如对 LED 使用者提供一定的财政补贴,公共的照明设备全部使用不仅节能而且环保。受惠于政府的扶持和财政的补贴,中国的 LED 产业生产总值会不断提高。尽管如此,中国的 LED 发展水平与国外还是有不小的差距,还需认真向国外学习他们的先进技术。虽然每年在各个方面的技术都在突破,但产业化效率非常并不高。与国际先进水平比较,在芯片的亮度、发光效率、抗静电能力、抗漏电能力以及生产品质等方面仍有不小的差距。除此之外,规模化生产并且能够满足市场需要的企业也并不多,所以一些封装所需芯片特别是高档芯
15、片主要还是要靠进口来满足需求。经过多年的发展,我国 LED 显示屏厂商已经具有了很强的实力,尽管有许多颇具实力的知名显示屏厂商的竞争,但是国内 LED 显示屏厂商还是占据了大部分的国内市场。这对于我国的 LED 产业的发展起到了很大的促进作用。不仅如此,很多国内生产的 LED 应用产品已经出口到美国、欧盟等其他国家和地。目前,LED 显示屏的发展趋势在国家的政策支持以及应用需求的驱动下日渐提高,国内 LED 行业发展飞快,形成了比较完备的 LED 产业链体系。近年来国内的显示屏市场掀起了一股 LED 产业建设的热潮,LED 显示屏行业市场已经变成了全球产业链的一块沃土。我国 LED 显示屏产业
16、总体上以民营企业为主,从业人员主要以充满活力的年轻一代为主。表现为行业的增长速度快,技术的革新能力强但有巨大规模型的精英企业数目相对较少。进入新世纪,随着信息显示技术的飞速发展,光电子产业已经得到社会广泛的认同和重视,很多颇具影响力的企业将 LED 显示屏产业作为今后经营发展战略的重要目标,都争先恐后的加入到 LED 显示屏这2个非常有潜力的产业中。最近几年国内的 LED 厂商的创新能力和生产技术有了很大的提高,这极大地推动了我国产业的发展,包括手机背光、LED 光源等。从总体的趋势上来看,我国 LED 的发展已经进入了井喷式的增长阶段,并且 LED 电子显示屏的产业集中度将快速提升。由于 L
17、ED 电子显示屏行业已经步入成熟期,因此其市场规模将保持平稳的增长态势。展望 LED 的发展,未来 LED 显示屏发展趋势:首先技术的不断革新,那么它的制造成本和销售价格必然会的降低。随着技术的不断成熟,它的发光效率和产品质量都会有稳步的提升。其次,室内 LED 显示屏市场的快速启动与发展,使它具有了智能化控制、丰富多彩的功能性、建筑一体化等特点。这也将为LED 显示屏产业发展的新机遇。第三,LED 产业将会向着规格化、系列化、标准化的发展,使显示屏产业整体更加具有国际竞争力。二、LED 显示屏的相关概念（一）LED 显示屏的概念LED 显示屏(LEDpanel):LED 就是 Iighiem
18、ittingdiode,发光二极管的英文缩写,简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。（二）LED 的发光原理LED 是由半导体材料制作而成的，它的核心是 PN 结。具有一般 P-N 结特性：正向导通，反向截止和击穿特性。在一定条件下，LED 还具有发光特性。在正向电压下，电子从 N 区注入 P 区，而空穴从 P 区注入 N 区。进入到对方的少数载流子（简称少子）一部分会和多数载流子（简称多子）复合发光。假设发光是在 P 区中发生的，注入的电子和价带中的空穴直接复合发光，或者说先被发光中心捕获后，然后再
19、和空穴复合而发光。此外，还有一些电子被非发光中心（位于导带、价带中间的附近）捕获，然后再与空穴复合，释放的能量并不大，所以不能够形成可见光。复合产生的能量将会以光或者热的形式而发散出来。由于复合是在少子的扩散区内发光的，所以光是在靠近 PN 结面内产生。当电能转化成光能时，发出的光能的能量相当于半导体材料的带隙能量 （即半导体材料的禁带宽度） 。（三）LED 的基本特征目前市面上可以见到的单颗封装单、多芯片型白光 LED 的功率为 1w，3w ，5 w， 10 w， 15 w， 20 w 等系列产品，正向压降 VF 比一般的有色 LED 光一黄光的 LED 驱动电压只要 1V 到 2V 左右。
20、具体的综合电参数见表 1.1 所示。表 1.1 LED 土要的电参数LED 的伏安特性如图 1.1 所示，特性方程如（1.1）所示：3（1.1）1FFSqVkTIe其中：几为正向电流，V F 为正向电压，k 为波尔兹曼常数，T 度，IS 为正向饱和电流，q 为电子电荷量。0a 段：正向死区只有当正向电压 VF 大于死区门槛电压时，LED 才一会导通。绿色开启电压一般为 0.3-0.35 V，白光 LED 的开启电压一般大于 2.3 V。ab 段：工作区VF 从增大电路 IF 也随之增大，LED 的发光亮度也有所提升。值得注意的是，当 VF 继续增大到一定值时，需要加保护电路，否则正向电流会加大
21、而烧毁 LED 。0c 段：反向死区LED 加反向电压不工作，但有很小的反向电流，一般在 A 级。图 1.1 LED 伏安特性图cd 段：反向击穿区LED 反向击穿分为热击穿和电击穿（电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿）两种，电击穿是可逆的，而热击穿是不可逆的。4图 1.2 LED 正偏特性曲线如图 1.2 所示，两个白光 LED 生产商产品中各取三个样品进行正偏压 I-V 特性测试的曲线，在同一电压下同一组产品的导通电流有 5 到 20mA 的差别。且当电压大于阂值电压后，电压的微小波动会引起很大的电流变化。如图 1.3 所示，光通量会随着一导通电流的增大，呈现性上升。图 1.3 LED 光通量
22、与导通电流的关系如图 1.4 所示，导通电流的急剧增加将导致温升过快，直接影响 LED 的光输出量和寿命。温升将使 LED 发光主波长发生偏移，从而引起色偏。5图 1.4 LED 光通量与温度的关系LED 的主波长与温度的关系符合（2.2）式：（1.2）由（1.2）式可知，每当结温生高 10时，波长向长漂移 1 nm，且发光的均匀性、一致性变差。因此要严格控制导通电流的大小，以便有效的控制 LED 的亮度、温升及寿命，一般驱动电流推荐为额定电流的 70%-80%，并且使用恒流驱动，或者 PWM 脉冲电流调光的应用中，最大电流不宜超过最小电流 3 倍，否则冲击电流会大大减少 LED 使用寿命。（
23、四）LED 的基本特征目前市面上可以见到的单颗封装单、多芯片型白光 LED 的功率为 1w，3w ，5 w， 10 w， 15 w， 20 w 等系列产品，正向压降 VF 比一般的有色 LED 光一黄光的 LED 驱动电压只要 1V 到 2V 左右。具体的综合电参数见表 1.1 所示。表 1.1 LED 土要的电参数LED 的伏安特性如图 1.1 所示，特性方程如（1.1）所示：（1.1）1FFSqVkTIe其中：几为正向电流，V F 为正向电压，k 为波尔兹曼常数，T 度，IS 为正向饱和电流，q 为电子电荷量。60a 段：正向死区只有当正向电压 VF 大于死区门槛电压时，LED 才一会导通
24、。绿色开启电压一般为 0.3-0.35 V，白光 LED 的开启电压一般大于 2.3 V。ab 段：工作区VF 从增大电路 IF 也随之增大，LED 的发光亮度也有所提升。值得注意的是，当 VF 继续增大到一定值时，需要加保护电路，否则正向电流会加大而烧毁 LED 。0c 段：反向死区LED 加反向电压不工作，但有很小的反向电流，一般在 A 级。图 1.1 LED 伏安特性图cd 段：反向击穿区LED 反向击穿分为热击穿和电击穿（电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿）两种，电击穿是可逆的，而热击穿是不可逆的。7图 1.2 LED 正偏特性曲线如图 1.2 所示，两个白光 LED 生产商产品中各取三个样品进行正偏压 I-V 特性测试的曲线，在同一电压下同一组产品的导通电流有 5 到 20mA 的差别。且当电压大于阂值电压后，电压的微小波动会引起很大的电流变化。如图 1.3 所示，光通量会随着一导通电流的增大，呈现性上升。图 1.3 LED 光通量与导通电流的关系如图 1.4 所示，导通电流的急剧增加将导致温升过快，直接影响 LED 的光输出量和寿命。温升将使 LED 发光主波长发生偏移，从而引起色偏。
