毕业论文-基于AT89C51系列单片机的液晶点阵式矩阵电子广告牌设计与制作28968.doc
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1、1 摘摘 要要 本设计用 AT89C51 系列的高速单片机作为主控制模块,利用简单的外围电 路来驱动 6416 的点阵 LED 显示屏。同时,也可在嵌入式系统软件硬件设计仿 真平台 Proteus 基础上设置了 1616LED 点阵汉字显示电路。使用 AT89C51 系 列的高速单片机本身的功能,很方便的实现单片机和 PC 机之间的数据存储及 传输,一方面可利用软件进行显示内容的多样化,另一方面点阵可显示屏,广 泛的应用于医院、机场、银行等公共场所,所以本设计具有很强的实际应用性。 LED 显示屏可用动态扫描的方式同时显示 4 个 1616 点阵汉字,也可通过 上位机软件修改显示的内容和显示的
2、效果等等。把字符内码存储在空闲的单片 机程序存储器空间,使本 LED 显示系统能掉电存储 1024 个字符。设计中采用 了 SPI 接口的 GB2312 标准字库,支持所有的国字符和 ASCII 标准字符的显示。 因为采用串行传输方式,所以使本系统的可扩展性得到提升,有利于多个显示 单元的级联。通过汉字字模点阵数据的生成软件进行,实现汉字点阵的效果,同 时应用汇编语言对单片机进行了控制性的操作。也完成了实物电路,并在 Proteus 软件基础上对结果仿真,得到了汉字点阵效果图。 关键词 : 动态显示 单片机 点阵字库 1 Abstract This design with AT89C51 se
3、ries of microprocessor as the main control module, use the periphery of the simple circuit to drive the 64 x 16 matrix LED display. At the same time, also can be in embedded system software and hardware design simulation platform based on Proteus set 16 16 of LED dot matrix characters display circui
4、t. Use the microprocessor itself AT89C51 series of function, very convenient realize between SCM and PC of data storage and transmission, on the one hand, can use software showing the contents of the diverse, on the other hand bitmap can display, widely used in hospitals, airports, Banks and other p
5、ublic places, so this design which is of great practical application. The LED display dynamic scanning way can also showed four 16 16 dot matrix characters, can also be through the PC software modify the content of the show and show the effect of the and so on. The character encoding stored in free
6、microcontroller program memory space, make the LED display system can power lost storage 1024 characters. Applied to the design of the interface standard GB2312 SPI dictionaries, support for all of the countries and ASCII characters of characters that standard. Because the serial transmission way, s
7、o that the system scalability get promoted, be helpful for more display unit cascade. Through the Chinese characters font dot matrix of data generated software, achieve the effect of dot matrix characters, and application of the MCU assembly language controlling operation. Also completed the real el
8、ectric circuit, and Proteus software in based on the results of simulation, the dot matrix characters get depicted. Keywords: dynamic display; Single chip microcomputer; Bitmap fonts 2 目目 录录 1 1 LEDLED 概述概述 4 4 1.1 LED 电子显示屏的基本概述.4 1.2 LED 电子显示屏的分类.6 2 2 显示原理及控制方式分析显示原理及控制方式分析7 7 2.1 LED 点阵模块结构.7 2.
9、2 LED 的基本知识.8 2.3LED 的动态显示原理 10 3 3 硬件电路设计硬件电路设计1111 3.1 系统硬件概述 .11 3.2 1616LED 点阵显示制作.13 3.2.1 1616LED 点阵的内部结构及工作原理.13 3.2.2 用 88LED 点阵构成 1616LED 点阵 .15 3.3AT89C51 的接口说明 16 3.4 LED 硬件原理图19 4 4 字模的生成字模的生成2121 4.1 字模简介 .21 4.2 字库生成 .22 5 5 软件的设计软件的设计 2424 5.1 程序设计总体思路 .24 5.2 程序流程图 .24 5.3 各个模块的程序设计
10、.25 5.3.1 LED 动态显示的程序25 5.3.2 系统初始化的程序 .26 5.3.3 汉字显示的原理 .26 6 6 效果图测试效果图测试 2828 3 6.1 实验显示效果图 .28 6.2 实验程序 .34 总总结结4141 致谢致谢4242 参考文献参考文献4343 4 第一章 LED 概述 一、 绪论 LED 显示屏(LED panel):LED(Light Emitting Diode) ,同时也是发光二 极管的英文缩写,简称为 LED,它是一种能将电能转化为可见光的固态的半导 体器件,则它也可以直接把电转化为光。它的作用是用来显示文字、图形、图 像、动画、行情、视频、录
11、像信号等各种信息的显示屏幕。LED 的主要核心是 一个半导体的晶片,晶片一端是负极,另一端连接电源的正极,它可以使整个 晶片被环氧树脂封装起来。 LED 显示屏可以分为图文与视频显示屏,则它们均由 LED 的矩阵块组合 而成。在图文的显示屏当中:它可与计算机同步显示出来汉字、英文文本和图 形等等;视频显示屏它可采用微型的计算机来进行控制,图文、图像并茂,使 之以同步、清晰的信息传播播放出来,信息,同时可显示二维、三维动画、录 像、电视、VCD 节目及现场实时状况。LED 显示屏它的画面特点:画面的色彩 鲜艳,立体感觉强,静如油画,动如电影,应用十分的广泛,例如,应用于车 站、码头、机场、商场、
12、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、 工业企业管理和其它公共场所等等。 LED 显示屏发光的基本原理:它的半导体晶片是由两部分组合而成的,它 的一部分是 P 型的半导体组成,在它里面的空穴占主导的地位,另一端是 N 型 的半导体组成,在这边主要是电子。然而这两种半导体连接起来的时候,它们 之间就会形成一个“P-N 结”。当电流通过导线的作用于这个晶片的时候,电子 将就会被推到 P 区,在 P 区里电子与空穴结合,然后就将会以光子的形式发出 能量。 二、 LED 电子显示屏的基本概述 多个 LED 发光灯组成固定的字符或图形从而进行显示,则可形成 LED 点 阵图文的显示屏效果。它的主
13、要特点是只控制 LED 点阵中发光器件的通断(比 如:发光或熄灭) ,它则不控制 LED 发光的强弱。在 LED 点阵汉字显示的方式 5 中是先根据所需要的汉字提取出来汉字点阵(如 1616 点阵) ,将点阵文件存 入 ROM,从而形成新的汉字编码;在使用时候,需要先根据它新的汉字编码组 成语句,再由 MCU 根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。 由于 LED 有很多的优点等等,所以在市场中也得到了广泛的应用,它的主 要应用领域有: (1)信号指示应用如:信号照明它主要是以 LED 单色光应用比较的广泛, 同时也是比较早的一个领域。 (2)显示屏的应用如:指示牌、广告牌、大屏幕显示等等,其
14、LED 可用 于显示屏幕,而它的显示屏幕又可分为单色和彩色。 (3)照明的应用如:便携灯具,汽车用灯,特殊照明等等。由于 LED 的 尺寸比较的小,可以方便它的动态的亮度和颜色控制,所以,比较适合用于建 筑装饰照明。背光照明:普通的电子设备功能则显示背光源、笔记本电脑背光 源、大尺寸超大尺寸 LCD 显示器背光源等 LED 电子显示屏(Light Emitting Diode Panel)是由几百到几十万个半导体 发光二极管像素点,它是按矩阵均匀排列组成。它可以利用不同的半导体材料, 制造出来不同色彩的 LED 像素点。在目前应用最广的是红色、绿色、黄色。但 是蓝色和纯绿色 LED 的开发已经
15、达到了实用的阶段。LED 它的显示屏是一种 通过控制半导体发光二极管亮度的方式,从来显示出来文字、图形、图像、动 画、行情、视频、录像信号等等各种的信息显示屏幕。 LED 显示屏可分为图文显示屏和条幅显示屏,均由 LED 矩阵块组成的。 它的图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;而条幅显示屏则 适用于小容量的字符信息的显示。LED 显示屏是因为其像素单元是主动发光的, 它具有亮度高,视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定的 优点等等。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、 证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所等等呢。 LED 显示
16、屏的发展前景及其的广阔,同时目前正朝着更高亮度、更高气 候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向的发展。 6 三、 LED 电子显示屏的分类 (1)按颜色基色的分类: 单基色的显示屏:单一颜色(如红色或绿色) 。 双基色的显示屏:红和绿双基色,二百五十六级灰度、可以显示六万五千五百 三十六种颜色。 全彩色的显示屏:红、绿、蓝三基色,二百五十六级灰度的全彩色显示屏可以 显示出一千六百多万种颜色。 (2)按显示器件分类: LED 数码的显示屏:显示器件均为 7 段码数码管,它适用于制作时钟屏、利率 屏等等,显示出数字的电子显示屏。 LED 点阵图文的显示屏:显示器件是由许多均
17、匀排列的发光二极管组合而成的 点阵显示模块,适用于播放文字、图像信息。 LED 视频的显示屏:显示器件是由很多发光二极管组合而成的,可以显示 视频、动画等等各种视频文件。 (3)按使用场合分类: 室内的显示屏:它的发光点较小,一般 三毫米到八毫米,它的显示面积一般 是有几至十几平方米。 室外的显示屏:它的面积一般几十平方米至几百平方米,亮度高,可以在阳光 下工作,具有防风、防雨、防水功能。 (4)按发光点直径分类: 室内的屏: 三毫米、 三点七五毫米、 五毫米、 室外的屏: 十毫米、 十二毫米、 十六毫米、 十九毫米、 二十一毫 米、 二十六毫米 室外屏的发光基本是由发光筒来完成的,发光筒的原
18、理是将红、绿、蓝发光二 极管封在一个塑料筒内一起发光增强亮度。 它的显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等等。 7 第二章 显示原理及控制方式分析 一、 LED 点阵模块结构 组合型的 LED 点阵显示器模块,是以发光二极管为基本的像素,它利用高 亮度发光二极管芯片点阵列组合后,在按照环氧树脂和塑模封装而成。这种 LED 模块广告牌的优点:具有提高系统的稳定性、可靠性、以及高亮度、引脚 少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。常有的显示器件规格: PH10,PH14,PH16,PH20,PH25 等多种像素管。LED 点阵规模常见的有 44、48、57、58、88、1616 等
19、等。 LED 像素颜色可分为单色、双基色、三基色等。它像素颜色的不同,所显 示出来的文字、图象等内容的颜色也不同。LED 单色点阵只能显示出固定的色 彩如红、绿、黄等单色,而双基色与三基色点阵所显示出来内容的颜色主要是 由像素内部颜色不同的发光二极管点亮组合决定,例如红绿都亮时显示黄色, 但是按照控制脉冲方式二极管的点亮时间,同时可实现 256 和更高级的灰度显 示,即可实现真彩色显示。 如图 2.1,2.2,2.3 显示出最常见的 LED 88 单色点阵显示器,它内部的电路 结构和外型规格。 如图 2.1 如图 2.2 8 图 2.3 88 单色 LED 模块内部电路结构 LED 点阵显示器
20、单块使用时,既可代替数码管显示数字,也可显示各种中 西文字及符号如 5x7 点阵显示器用于显示西文字母58 点阵显示器用于显 示中西文,8x8 点阵可以用于显示简单的中文文字,也可用于简单图形显示。 用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器,但这类实用装置常通过 PC 机 或单片机控制驱动。 二、 LED 的基本知识 目前,常见的是并行传输的方式,它将通过 8 位锁存器,将 8 位总线上的 列数据进行了锁存的显示,其中各 8 位锁存器的片选信号是由译码器来进行提 供的。其中这种方式的优点是传输速度比较的快,它对微控制器 MCU 的通信 速度要求比较低。但是这种方案最大的缺点就是不便于随意的扩展
21、显示单元的 数目。每增加一个 16*16 点阵全角汉字的显示单元,就会需要在之前的电路上 多增加上两个地址线,这就要求在 PCB 布线的时候要留有充足的地址线的冗余 量。它的另一个缺点是,每一个单元的 PCB 也随着安放位置的不同,则布线结 构也有所不相同,同时也不利于厂家批量生产。它并行传输需要的芯片比较的 多,因此市场上已经出现了用 FPGA,CPLD 等等高密度的可编程逻辑器件 PLD 来取代了传统的锁存器 IC 的方案。则成本有所下降,但是可扩展性仍旧比较的 差。所以,并行的传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。发光管中最主要 的部分还是发光管内部的发光管芯所选用。 目前,现在中高档发
22、光管的管芯生产厂家主要有日亚公司,丰田公司,美 国的科瑞公司,惠普公司,德国的西门子公司,台湾的国联公司,鼎元公司和 9 光磊公司,其中美国及欧洲的公司都主要是以生产纯蓝纯绿发光管芯片为主, 但是台湾公司它则以生产红绿管的管芯为主,从目前的实际应用以及红绿色彩 搭配来看,一红四绿其中红管采用的是四元素的红,但绿管采用的是三元素的 绿,同时,1、在管芯的使用上建议用红管的管芯台湾国联公司的 712SOL,绿 管的管芯采用台湾鼎元公司的 113YGU。它的这种管芯则采用及搭配是目前双 基色室内显示屏配置较高的。另外还有两红有一纯绿的配置。2、集成元器件 在光电驱动电路中接收计算机传到分配卡中的数字
23、信号可以驱动发光体的亮与 暗,从而可以形成我们所需要的文字或图形,它的质量是否可靠稳定,可以直 接的决定了发光体能否正常的工作,从目前的室外屏的运行来看,故障率出现 最多的地方就在光电驱动部分,因为它所选用的集成 IC 器件的质量使之直接的 决定了光电驱动部分质量。3、电源 一般公司使用的电源要求保证在 5 年时 故障要低于 1%,那么它每年故障要低于 0.02%,其中电源质量的好坏在其元器 件的筛选当中和电源生产厂家的质量控制当中。 目前,电子市场上电源的品牌也是比较多的,它的国产的有常州创联,思 达,上海衡孚等等,它的进口主要来自台湾明伟,从实际的使用上看,我们国 产电源常州思达的电源稳定
24、性比较的好,使用寿命比较长,而且电源品牌比较 响。在本显示屏公司可采用通过 3C 认证的电源。4、生产工艺和施工工艺 它 的系统的工艺主要是焊接工艺和安装工艺。对于焊接工艺来讲,它的显示系统 有多达 10 万个焊接点,其中一个虚焊就可造成出至少一个象素筒的不亮,所以, 焊接工艺是十分重要的,则我们目前采用先进的波峰焊接,它的整个焊接过程 均是由设备来完成的,它以避免人工的过失。假如室外的显示屏,就应对屏体 的安装工艺提出了更高的要求,然而要求屏体的整体结构抗台、防水、防高温。 它这是主要由于系统工作时间长、功耗量大同时,再加室外工作环境相对恶劣, 则要求屏体具有一定防高温、防尘、防雾功能等等。
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