畢業(yè)論文：LED點陣顯示屏設(shè)計

目錄/提綱：……
一、酒店LED顯示屏的效益
二、酒店LED顯示屏的作用
1、起到烘托氣氛的作用
2、起到宣傳、普及知識的作用
3、起到公告板的作用
4、起到公益廣告的作用
5、可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益
三、LED顯示屏的特點
5、顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，在政府機(jī)構(gòu)和企事業(yè)處都起著重大作用
……
畢業(yè)論文：LED點陣顯示屏設(shè)計

摘 要
LED點陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個獨(dú)立的LED發(fā)光二極管封裝而成， LED點陣顯示屏可以顯示數(shù)字、符號, 通常用來顯示時間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等，在現(xiàn)實生活中具有很大的用處。
本設(shè)計是9個8*8點陣LED電子顯示屏的設(shè)計，以美國ATMEL公司生產(chǎn)的40腳單片機(jī)AT89C52為核心。本文介紹了以AT89C52為控制系統(tǒng)的LED點陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開發(fā)過程。通過該芯片控制3個行驅(qū)動器74LS138和3個列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示，并且添加了DS18B20溫度檢測芯片。該電子顯示屏可以顯示各種文字和符號，全屏能顯示4個12*12點陣的漢字，文字能夠平滑地向上滾屏，能通過鍵盤切換顯示內(nèi)容，調(diào)節(jié)滾屏速度，實時檢測并顯示當(dāng)前的溫度。
本文首先介紹了本設(shè)計的各個組成部分以及各部分的功能；其次對幾種方案進(jìn)行了可行性論證；接著對硬件和軟件的設(shè)計進(jìn)行簡要的闡述，最后對調(diào)試后的心得做出一點說明并且對全文進(jìn)行總結(jié)。



關(guān) 鍵 詞：AT89C52；單片機(jī)；LED；點陣顯示；動態(tài)顯示

Abstract
As a popular display device component, LED dot-matri* display board consists of several independent LED (Light Emitting Diode). The LED dot-matri* display board can display the number or sign, and it is usually used to show time, speed, the state of system etc.
This design is 9 8 *8 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C52 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74LS138 andeight row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters,nine pieces of 8 * 8 dot-matri* LED display modules to form the 24*24 dot matri* display mod
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、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展，其功能也將越來越豐富，速度也越來越快，甚至有些方面并不遜于ARM或
DSP。隨著LED顯示屏在廣告?zhèn)髅筋I(lǐng)域逐漸嶄露頭角，其控制系統(tǒng)也如雨后春筍，層出不窮。由于它的控制系統(tǒng)均是基于嵌入式微處理器開發(fā)，所以單片機(jī)在其中也占有一席之地。但是，由于LED顯示屏控制較復(fù)雜，特別是對于顯示特殊效果，如循環(huán)移動、覆蓋霓虹燈效果，要求處理器運(yùn)算速度快、執(zhí)行效率高，所以很多控制卡生產(chǎn)廠家采用高端嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。這樣做雖然能在一定程度上提高數(shù)據(jù)處理速度，但是并不能完全滿足所有顯示效果要求，而且開發(fā)和產(chǎn)品成本也會隨之成倍增加，甚至由于其設(shè)計不當(dāng)可能在顯示時出現(xiàn)抖動、閃爍、重影等現(xiàn)象。歸根結(jié)底，LED顯示屏控制卡的設(shè)計中硬件是一方面因素，同時還要考慮到顯示數(shù)據(jù)組織方式，通過軟硬件結(jié)合的方法才能設(shè)計出一款性價比較高的控制卡。本論文提出基于普通51系列單片機(jī)實現(xiàn)LED顯示屏控制的原理及方法。
1.2 課題背景
1）LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個階段：
第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所，作為公共信息顯示工具。 　　
第二階段是1995年到1999年，出現(xiàn)了64級、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時由國內(nèi)企業(yè)
開發(fā)出來并得以應(yīng)用。 　　
第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國，同時國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色LED生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)入體育場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國內(nèi)的大
屏幕帶入全彩時代。 　　
隨著LED原材料市場的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件從2001年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點間距，被不同價位需求者所接受，在短短兩年多時間內(nèi)，產(chǎn)品銷售額已超過3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場進(jìn)入新世紀(jì)。為了適應(yīng)2008年奧運(yùn)會的“瘦身”計劃，利亞德開發(fā)了表面貼裝雙基色顯示屏，大量用于訓(xùn)練館和比賽計時計分系統(tǒng)。在奧運(yùn)場館全彩屏方面，為緊縮投資，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奧運(yùn)期間可作為實況轉(zhuǎn)播工具，賽事結(jié)束后可用于租賃，作為演出、國家政策發(fā)
布等公共場合應(yīng)用工具，通過這種方式可盡快收回成本。 　　
2）單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。
SCM即單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel
公司功不可沒。
MCU微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel
和Philips的歷史功績。
單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī)、
單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
3）單片機(jī)可以從以下幾個方面分類：
（1）.按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家電類、工控類、通信類和個人信息終端類等。
（2）.按通用性可分為：通用型和專用型。
（3）.按總線結(jié)構(gòu)可分為總線型和非總線型。
（4）.按指令運(yùn)行的振蕩周期可分為標(biāo)準(zhǔn)型和改進(jìn)型。
2 功能要求及方案論證
2.1 功能要求
本方案設(shè)計一個LED點陣顯示屏，能實現(xiàn)以下功能：
1）電子顯示屏的大小為：24行* 24列；
2）顯示屏能正常顯示字符和漢字，漢字點陣為12 * 12，顯示屏能顯示一些特定句子或短語，通過按鍵切換選擇顯示內(nèi)容；
3）顯示內(nèi)容可以平滑地向上滾屏，滾屏速度可鍵控調(diào)整；
4）具有實時溫度檢測功能，并在顯示屏中心處顯示溫度。
2.2 主控單元方案論證
2.2.1 可編程控制器PLC
采用可編程控制器PLC做主控芯片，PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算和控制能力，速度快，但價格比較高，會增加整個系統(tǒng)的成本且布線麻煩。
2.2.2 AT89C52單片機(jī)
采用AT89C52單片機(jī)做主控芯片， AT89C52單片機(jī)具有價格低、編程靈活和布線簡單等特點，降低了整個系統(tǒng)的成本，而且支持在線編程，縮短了開發(fā)周期，可以滿足本設(shè)計的要求。
2.2.3 FPGA
以FPGA（現(xiàn)場復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。FPGA芯片引腳眾多、內(nèi)部資源極其豐富。它支持的頻率可以達(dá)到100MHZ。FPGA在處理數(shù)據(jù)上速度出色。是近年來新興的可編程邏輯器件。用它作為顯示屏的控制器，能夠髙速的處理色階PWM信號、高速的完成動態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動算法。因此被運(yùn)用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是它的制作成本較高，PCB板布線工藝要求高。
通過以上對比，該控制系統(tǒng)采用第二種方案。
2.3 顯示模塊方案論證
2.3.1 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)
八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。LED點陣規(guī)模常見的有 4*4、4*8、5*7、5*8、8*8、16*16 等。
根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮?xí)r間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。
圖2-1、2-2及2-3示出最常見的8*8單色LED點陣實物的外型、引腳分布及內(nèi)部電路，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。



圖2-1 8*8點陣實物圖圖 2-2 8*8點陣引腳分布

圖2-3 8*8單色LED模塊內(nèi)部電路
LED點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號。如5*7點陣顯示器用于顯示西文字母、5*8點陣顯示器用于顯示中西文、8*8點陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可以用于簡單圖形顯示。當(dāng)用多塊點陣組合使用時就構(gòu)成了大屏幕，配合相應(yīng)的MCU外圍電路就做成大型點陣屏。
2.3.2 靜態(tài)顯示方式
若以8段LED數(shù)碼管為例，在顯示某一個數(shù)碼時，加在數(shù)碼管上的段碼保持不變，直至改變顯示其他數(shù)碼為止。這樣數(shù)碼管的每一段均應(yīng)由一條輸出線來控制，每顯示一位數(shù)碼需要8根輸出線，當(dāng)N位顯示則需N*8根輸出控制線。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件復(fù)雜，占用較多I/O資源。
2.3.3 動態(tài)顯示方式
動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)快速循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。
動態(tài)掃描就是利用其中的發(fā)光二極管快速的輪流顯示，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。在電子領(lǐng)域中，這種方式采取動態(tài)掃描可以極大的簡化接線，大大的簡化了布線的同時也可以節(jié)省制作成本。
下面以8*8點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖2-3中，水平線DR1、DR2……DR8叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極，每一行8個LED的陰極都接在本行的行線上。其中相鄰兩行線間絕緣。同樣，豎直線DC1、DC2……DC8叫做列線，接內(nèi)部每列8個LED的陽極，其中相鄰兩列線間絕緣。
在這種結(jié)構(gòu)的LED點陣模塊中，若在某行線上加低電平（用“0”表示），在某列線上施加高電平（用“1”表示）。則行線和列線的交叉點處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，DR8為0，DC1為1，則左下角的LED點亮。再如DR1為0，DC1到DC8均為1，則最上面一行8個LED全點亮。
現(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖2-4：


（a）第一幀 （b）第二幀 （ c）第三幀 （d）第四幀






（e）第五幀 （f）第六幀 （g）第七幀 （h）第八幀
圖2-4 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程
假設(shè)*,Y為兩個8位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)，Y每位對應(yīng)LED模塊的8根列線DC8-DC1,同樣*的每位對應(yīng)LED模塊的8根行線DR8~DR1。在這個示例中，*叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為“0”即有效行選通電平，Y叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動態(tài)顯示的過程。
1）*=0*FE，Y=0*00，如圖 1.4 第一幀；
2）*=0*FD，Y=0*1E，如圖 1.4 第二幀；
3）*=0*FB，Y=0*22，如圖 1.4 第三幀；
4）*=0*F7，Y=0*22，如圖 1.4 第四幀；
5）*=0*EF，Y=0*E1，如圖 1.4 第五幀；
6）*=0*DF，Y=0*22，如圖 1.4 第六幀；
7）*=0*BF，Y=0*22，如圖 1.4 第七幀；
8）*=0*7F，Y=0*E1，如圖 1.4 第八幀；
9）跳到第（1）步循環(huán)。
如果高速地進(jìn)行（1）到（9）的循環(huán)，且兩個步驟間的間隔時間小于1/24秒，由于人眼的視覺暫留。LED顯示屏上將呈現(xiàn)出一個完整的“B”字符。這就是動態(tài)掃描的原理。但是在實際運(yùn)用的時候，列線和行線通常不止8位，還要根據(jù)列線和行線的數(shù)量來決定是用行線或列線來做掃描線。例如0601條屏（每行6個漢字，共1行〉，行線有16根，列線有96根。如果用列線來做掃描線，則每列LED在每96次循環(huán)掃描中只可能亮一次，則其發(fā)光視覺平均亮度為直流亮度的1/96。如果用行線來做掃描線，則每16次循環(huán)，每行LED就能亮一次，其發(fā)光視覺平均亮度為直流情況下的1/16�？梢�，用行線做掃描線，因為其發(fā)光周期的占空比較大，其視覺亮度是用列線做掃描線的6倍。因而發(fā)光效率比前者高。
在工程實際運(yùn)用的時候，還要在每兩幀之間加上合適的延時，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。如果不加適當(dāng)?shù)难訒r顯示出的文字或者圖片會閃爍。在幀切換的時候還要加入余輝消除處理。比如先將掃描線 ……（未完，全文共34526字，當(dāng)前僅顯示6210字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：LED點陣顯示屏設(shè)計》）