【正文】 北、華南區(qū)域，大型制造商的市場范圍幾乎覆蓋整個國內(nèi)市場。國產(chǎn) LED 廣告大屏幕的性價比比較高，市場占有率近 100%。我國的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。我國 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi) 形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)[2]。 （ 2） LED 顯示屏的發(fā)展趨勢 二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化，使 LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快發(fā)展。 LED 產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色 LED 3D 顯示顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色 LED 3D 顯示屏更會成為主流產(chǎn)品。全彩色 LED 3D 顯示屏的廣泛應(yīng)用會是 LED 3D 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新的增長點。 未來 LED 3D 顯示屏?xí)蛑鴺?biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展。 設(shè)計的總體要求及方案選擇 本次設(shè)計制作一個 8*8*8 的三維的發(fā)光二極管立方顯示體，能夠通過編寫程序來實現(xiàn)對每一個發(fā)光二級管的亮滅控制，從而可以顯示多種多樣的圖案。為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式。最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠變化的。按照圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮 放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。這樣程序書寫就不會過于繁瑣和重復(fù)，而且對核心控制器的內(nèi)存空間要求不高 [3]。 借鑒單片機控制 LED 點陣顯示的原理，通過系統(tǒng)分析，確定該系統(tǒng)該具有哪些功能，有哪些模塊，各個模塊之間是怎樣連接，以及怎樣組合電路是最合理最簡單的，即硬件方案設(shè)計。編寫硬件電路的相對應(yīng)軟件程序部分，利用仿真軟件對程序進(jìn)行測試修改。電路系統(tǒng)焊接完畢后，測試整個的系統(tǒng)模塊的功能，看各個功能是否能正常運行，并依據(jù)實驗 結(jié)果找出程序中的錯誤，改正這些錯誤至測試成功完成畢業(yè)設(shè)計要求。 設(shè)計說明書的結(jié)構(gòu)安排 針對畢業(yè)設(shè)計說明書的要求，對論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排： （ 1）初步整體方案的論證和選擇 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計思想和設(shè)計方法擬定幾套設(shè)計方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以 8 位 51 系列單片機為核心控制器件，外加 I/O擴展電路和層驅(qū)動電路來設(shè)計方案滿足設(shè)計要求。 （ 2）方案實現(xiàn) 以設(shè)計要求為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對比選擇選定 AT89S52 單片機為核心控制器件，由八 D 邊沿觸發(fā)器（三態(tài)） 74LS574 擴展 I/O 口輸出，三極管 8550 和5V 繼電器為驅(qū)動電路器件。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 （ 3）軟件編寫 根據(jù)硬件特點和設(shè)計要求，軟件選用編寫。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個編寫，最后將獨立的模塊整合起來。 （ 4）驗證與測試 試分為硬件試、軟件試和系統(tǒng)聯(lián)合試幾步來進(jìn)行。在硬件測試中發(fā)現(xiàn) 有單片機端口驅(qū)動能力不足、驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定等問題。在軟件測試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)測等問題。通過分析，查找出問題原因并設(shè)法解決。（ 5）結(jié)論 設(shè)計完成后對設(shè)計中所遇到的問題、經(jīng)驗教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。（ 5）設(shè)計中所遇到的問題2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本節(jié)是該設(shè)計的方案論證部分，對設(shè)計中所采用的芯片從多方面綜合的進(jìn)行比較，最后經(jīng)過仔細(xì)的研究后決定所器件、編程軟件和仿真電路繪制軟件的選取。 系統(tǒng)總體硬件方案選擇 3D 顯示屏控制器 單片機 DSP 芯片 串口通訊芯片的選擇 AT89S52 串行口采 用的是 TTL 電平，與上位機通信時，必須要有電平轉(zhuǎn)換電路，可以選擇 1488， 1489， 232。 方案一：采用 1488 或 1489 芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，但在使用中發(fā)現(xiàn)這兩種芯片可靠性不高，且需要正負(fù) 12V 電源，電路搭建麻煩。 方案二：采用單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 232，電源與單片機供電相同，外圍電路簡單、可靠。采用 RS232 接口與上位機通信，方便后來設(shè)計的軟件調(diào)試和程序燒錄。 基于以上分析，決定選取 232 作為串行通信芯片。 LED 發(fā)光顯示二級管 LED 是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓時就可以發(fā)光。采用不同的材料，可 制成不同顏色的發(fā)光二極管。作為一種新的光源，廣受歡迎而得以快速發(fā)展。從而在各種各樣的傳媒信息的宣傳中得以體現(xiàn)。簡述其分類方法如下。 1）按顏色分類 單基色顯示屏：單一顏色（紅色、綠色、黃色、藍(lán)色等等）。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級灰度、可以顯示 65536 種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色， 256 級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。 2）按使用場合分類 室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ 3mmΦ 8mm，顯示面積一般零點幾至十幾平方米。 室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米， 亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。 3）按發(fā)光點直徑分類 室內(nèi)屏：Φ 3mm、Φ 3。 75mm、Φ 5mm。 室外屏：Φ 10mm、Φ 12mm、Φ 16mm、Φ 19mm、Φ 21mm、Φ 26mm。 基于以上分析結(jié)果，加上由于成本和控制的難易程度，決定選取單色藍(lán)光LED 作為本次設(shè)計顯示色彩，亮度高，顯示效果很好 [7]。 硬件電路繪圖軟件 方案一： PROTEL DXP 2021 是桌面環(huán)境下第一個以設(shè)計管理和協(xié)作技術(shù)為核心的全方位印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)，它集強大的設(shè)計能力，復(fù)雜工藝的可生產(chǎn)性和設(shè)計過程管理 于一體，可完整實現(xiàn)電子產(chǎn)品從概念設(shè)計到生成物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過程，以及中間的所有分析，仿真和驗證。整個過程包括以下幾個步驟： （ 1）構(gòu)想電路模型 （ 2）設(shè)計電路原理圖 （ 3）校對后輸出原理圖 （ 4）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 （ 5）設(shè)計印刷電路板 （ 6）檢查后輸出 PCB 板圖 方案二： PROTUES 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 SPICE 各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是： 1）實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 測試器、 SPI 測試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有： ARM7 LPC21xx 、 8051/52 系列、 AVR 系列、 PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多種外圍芯片。 3）提供軟件測試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等測試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前 狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和測試環(huán)境，如 Keil C51 uVision WAVE 偉福等軟件。 4）具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 基于以上分析結(jié)果，本次設(shè)計決定選取 Protues 作為電路原理圖和 PCB版圖繪制軟件。 系統(tǒng)軟件方案軟件的設(shè)計除了滿足設(shè)計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種子程序個主 要部分組成。軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。 單片機編程語言 現(xiàn)在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和 C 語言。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。與匯編相比 C 的編譯效率低，硬件可操控性比較差，目標(biāo)代碼體積大 匯編語言相對 C 語言優(yōu)點有： 1 速度快，可以直接對硬件進(jìn)行操作。 2 能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲 器或 I/O 端口。 3 能夠不受編譯器的限制，對生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)行完全的控制。 4 能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖。 5 能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度。 6 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。 基于以上決定采用語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。支持 MCS－ 51 用語言編程的編譯器偉福 WAVE6000 編譯 器因此軟件設(shè)計最終方案為采用語言為語言，為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。 3 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計 硬件整體設(shè)計概述及功能分析 3D LED 光立方總體框圖如圖 所示。電路大體上可以分成控制、顯示驅(qū)動電路、電路三部分。電路包括一個 51CUP 和一些外圍電路。在整個電路當(dāng)中此電路部分相當(dāng)于一個上位機，它負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、與PC 機的串行通訊、以及給屏部分發(fā)送命令。單片機根據(jù)內(nèi)容和指令通過口驅(qū)動8X8 LED 光立方顯示屏。將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(shè)計 。顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每有一個驅(qū)動器，各的同名共用一個驅(qū)動器。由給出的行選通信號，從第一開始，按順序依次對各進(jìn)行掃描。另一方而，根據(jù)各列， 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計總圖 電源供電系統(tǒng)設(shè)計 電路能夠正常工作，電源是必不可少的。單片機屬于數(shù)字電路中的器件，所以這里需要選擇 +5V 的直流電源。供電電源電路原理圖見圖 。 圖 電源電路圖 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路和濾波電容的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個并不十 分穩(wěn)定的直流電壓 該電壓常常會因為市電電壓的波動或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 51 系列 Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路。單片機最小系統(tǒng)包括時鐘電路和復(fù)位電路。 時鐘電路用于產(chǎn)生 AT89S52 單片機工作時必需的控制信號。單片機的內(nèi)部電路正是在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按照時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。復(fù)位