【正文】 大屏幕材料研制方面，單色、多色 LED 點陣模塊產(chǎn)品己經(jīng)很成熟，目前的發(fā)展方向為全彩色 LED 顯示屏 。 (2) 高亮度、全彩化 藍色及綠色超高亮度 LED 產(chǎn)品出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，使 LED 全彩色顯示屏產(chǎn)品成本下降，推廣速度加快。 顯示屏的發(fā)展 目前 LED 電子顯示屏的顯示向更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光均勻比、更高的可靠性、全色化、多媒體方向發(fā)展，系統(tǒng)的運行，操作與維護也向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。屏幕顯示技術(shù)由早期傳統(tǒng)的白熾燈經(jīng)歷了陰極射線管(CRT)和石英管 (DV)，到現(xiàn)在的 LED 全彩色顯示屏，已有了長足的發(fā)展，而對于 LED 顯示屏而言，高亮度 LED 仍然是其發(fā)展的主要方向。隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，顯示屏已由傳統(tǒng)的白熾燈發(fā)展到現(xiàn)代的 LED、電視墻、 LCD 等多種顯示方式。 現(xiàn)代信息社會中，作為人機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進入二十一世紀的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代， LED 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。 軟件設(shè)計采用了匯編語言和 C 語言，底層基本驅(qū)動及功能由匯編語言實現(xiàn)，節(jié)省了使用傳輸數(shù)據(jù)的 CPU 取指和譯指時間。 整個系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。 山東理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 題 目： 基 于單片機控制系統(tǒng) 的 LED 顯示屏的設(shè)計 學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 畢業(yè)設(shè)計時間：二ОО九年二月二十三日～ 六月十四 日 共 十七 周摘 要 I 摘 要 隨著信息時代高新技術(shù)的飛速發(fā)展 ,人們對及時獲取并顯示各類信息的愿望日益強烈由此帶動了信息傳媒的飛速發(fā)展，發(fā)光二極管 (LED)顯示屏就是信息顯示的重要傳媒之一。本論文在查閱了有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，分析了 LED 顯示模板 驅(qū)動方式，給出了 LED 顯示屏控制系統(tǒng) 的設(shè)計方案。同時在系統(tǒng)的設(shè)計中為了滿足用戶需要，進行了 LED 顯示屏尺寸的擴展設(shè)計，以便支持 LED 顯示屏大尺寸的擴充。目前己經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的各類顯示設(shè)備有液晶顯示器、等離子體顯示器、場發(fā)射顯示器、真空熒光顯示器、發(fā)光二極管 (LED)等等，其中， LED作為一種新型的顯示設(shè)備，從一問世，就引起了世人的極大關(guān)注并廣泛應(yīng)用于金融市場、醫(yī)院、體育場館、機場、碼頭、車站、高速公路等公共場所的信息顯示和廣告宣傳。讓人們看到了這一技術(shù)的可行性和實用性。我國最早自行研制的顯示屏安裝于上海的人民廣場和北京火車站及體育場，他們開創(chuàng)了第一代我國自行研制生產(chǎn)顯示屏的歷史。通用 VLSI 在產(chǎn)品性能提高的同時成本也在呈下降趨勢，新一代 LED 控制 專用集成電路也己開始得到推廣和應(yīng)用。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展中，幾番價格回落調(diào)整達到基本均衡后，產(chǎn)品質(zhì)量 、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對 LED 顯示屏的標準化和規(guī)范化有了較高的要求 .行業(yè)規(guī)范和標準體系的形成，150900 系列標準的應(yīng)用，使 LED 顯示屏行業(yè)的發(fā)展趨于有序。預(yù)計大型或超大型 LED 顯示屏為主流產(chǎn)品的局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要求的小型 LED 顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的 LED 顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄?，如公共交通、停車場、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標準系統(tǒng) LED 顯示屏在 LED 顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額。以 LED 顯示屏為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)、列車到發(fā)顯示系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運樞紐的自動化系統(tǒng)。 (4) 道路交通信息顯示。比如我們學(xué)校的圖書館中掛有大屏幕的單紅 LED 顯示屏，能實時顯示圖書館公告以及信息等。 能 實現(xiàn)模板擴充后的屏幕 漢字 顯示 。利用這 個特性來實現(xiàn)發(fā)光。 (1 )直流驅(qū)動方式 直流驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方法，由電阻 R 與發(fā)光二極管 LED 串聯(lián)以后連接到電源 V 改上。如果能夠?qū)?LED 正向電流直接進行驅(qū)動，只要恒流值相同，發(fā)光強度就比較接近 (同樣存在著法光強度與正向電流之間各個器件的分散性，但是這種分散性沒有伏安特性那么陡，所以影響也就小得多 )。首先，要想獲得與直流驅(qū)動方式相當?shù)陌l(fā)光強度的話，脈沖驅(qū)動電流的平均值 Ia 就應(yīng)該與直流驅(qū)動的電流值相同。 ?? T tdttai 0)1( 圖 脈沖驅(qū)動方式 () L E D.脈沖源第二 章 LED 的工作原理 7 （ 4）掃描驅(qū)動方式 掃描驅(qū)動通過數(shù)字邏輯電路，使若干 LED 器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。 LED 點陣模塊 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。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過 PC 機或單片機控制驅(qū)動。單片機及相應(yīng)軟件，主要負責存儲顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號的定時與順序、和 PC 機進行通信等。靜態(tài)顯示每一個像素需要一套驅(qū)動電路，如果顯示屏為 nxm 個像素屏，則需要 nxm 套驅(qū)動電路，動態(tài)掃描顯示則采用多路復(fù)用技術(shù)，如果是 P 路復(fù)用的話，則每 P 個像素需一套驅(qū)動電路， nxm 個像素僅需 nxm/p 套驅(qū)動電路。在行掃描列控制顯示時，把顯示數(shù)據(jù)從存儲器中取出傳送到每一行對應(yīng)的列驅(qū)動器上，這就存在一個列數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。對于串行傳輸來說，數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換，因此列數(shù)據(jù)的準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就少一些，以至影響到 LED 的亮度。鎖存型驅(qū)動如采用專用型或功能型 IC 設(shè)計，則成本將大幅度降低。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數(shù)目。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。除此之外，傳統(tǒng) 8051 單片機的內(nèi)部資源貧乏，僅 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾 K 字節(jié)的程序存儲器，無 E2PROM， SPI。因 PIC 單片機是 RISC 架構(gòu)的工業(yè)專用單片機，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。 FPGA以高速、并行著稱。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。在條屏的運用中，能用 ARM 來實現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動。 本設(shè)計所用到的單紅模組是32*16 的點陣 LED 構(gòu)成，理論上可以同時顯示連 個字符，并且亮度呵清晰度較好。 除了基本要求外，本設(shè)計還要實現(xiàn)顯示單元數(shù)目的隨意擴展。不僅板間連接簡單，更是降低了 PCB 布局及布線的難度。其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間 ， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1MIPS/MHz，ATmega16AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器 。此時 74LS138 為信號線譯碼，并對應(yīng)輸出到行列線?；趩纹瑱C的 LED 顯示屏控制電路是系統(tǒng)的核心，完成對 LED 顯示屏的動態(tài)掃描控制， PC 用于后級管理和控制?？紤]到本設(shè)計的上、下位機進行一次通信時的數(shù)據(jù)量不大（ 2KB 以內(nèi)），而且對通信的速度及可靠性要求并不嚴格。因此上位機軟件的任務(wù)就是：將待顯示的字符轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的標準機內(nèi)碼， 并把操作者對下位機顯示方式、速度等進行設(shè)置的常數(shù)，通過 RS232 總線按一定的通信協(xié)議一起發(fā)送到下位機。當片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當 /CE 為高電平時，A、 B 均為高阻態(tài)。 圖 74LS245 管腳圖 第四 章 硬件電路設(shè)計 14 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16J P 1H E A D E R 8 X 2G19D I R1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811VCC20GND10U17 4 L S 2 4 5S E ROEC K LS C L KV C CS C L KR C L K138_A138_BV C CV C CR?1KR?4 . 7 KR?1KR?4 . 7 K. 圖 74ls245 在本設(shè)計中的應(yīng)用 74HC595 列驅(qū)動芯片 功能： 8 列驅(qū)動 1 、描述 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL電路，遵守 JEDEC 標第四 章 硬件電路設(shè)計 15 準。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 特點： 是 8 位串行輸入 /8 位串行或并行輸出存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)輸出寄存器可以直接清除 100MHz 的移位頻率 輸出能力： 并行輸出，總線驅(qū)動； 串行輸出；標準中等規(guī)模集成電路 595 移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds），和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能 OE 時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 應(yīng)用中驅(qū)動電路如下圖所示： 第四 章 硬件電路設(shè)計 16 APM4953K 行驅(qū)動芯片 功能：行驅(qū)動 第四 章 硬件電路設(shè)計 17 在應(yīng)用中，第 1 和第 3 腳接 +5 電源，而第 8 腳接地。 利用 G /(G2A)和 /(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外 接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。C to 125176。所有的寄存器都直接與 算術(shù)邏輯 單元 (ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。 第四 章 硬件電路設(shè)計 24 微處理器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 圖 ATmega16 單片機引腳圖 端口 A(PA7..PA0)端口 A 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。門限時間見 P36Table15。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。 字庫與單片機的接口設(shè)計 字庫芯片選型 本設(shè)計所選用的字庫芯片 GT21L32S4W1，是集通數(shù)碼科技的產(chǎn)品。 串行數(shù)據(jù)輸入（ SI）：該信號用來把數(shù)據(jù)從串行口輸入芯片，數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿移入。其時序如圖 示。 過串行數(shù)據(jù)輸出腳 SO 移位輸出，每一位在串行時鐘的下降沿被移出。 字庫芯片與單片機的接口設(shè)計 參 考 GT21L32S4W1 官方提供的應(yīng)用指南，結(jié)合本系統(tǒng)的具體要求，設(shè)計GT21L32S4W1 與單片機的接口電路如圖 示。采用的是 LDO 低壓差線性三端穩(wěn)壓器件 （或與之性能完全相同的 ），外圍的電容起到濾波和高頻旁路作用，能 有效地降低電壓紋波及防止穩(wěn)壓芯片的高頻自激。 圖 LM1117 引腳排列及封裝 通信電路設(shè)計 通信協(xié)議的選擇 要使上位機能對條屏進行參數(shù)設(shè)置，顯示內(nèi)容更新等操作，就離不開和上位機的通信。該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 圖 MAX232 通信接口電路 圖 中，左邊虛線框內(nèi)的 DB9 連接器，既作為通信接口，又用做電源輸入。儲能電容可以在開機瞬間向系統(tǒng)提供較大電流，使單片機等正常啟動。在數(shù)據(jù)變換時 ,應(yīng)按本系統(tǒng)電路所設(shè)計的顯示信息按串行數(shù)據(jù)的輸入方式 ， 掃描占空比為進行數(shù)據(jù)的予處理 ,使之更適合 （ 容易于機對顯示信息的動態(tài)掃描控制及 顯示）。本設(shè)計使用的鏈路是符合 EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會標準）的 RS232C 鏈路協(xié)議。 Protel 是目前國內(nèi)最流行的通用 EDA 軟件，它是將電路原理圖設(shè)計、 PCB板圖設(shè)計、電路仿真和 PLD 設(shè)計等多個實用工具軟件組合后構(gòu)成的 EDA 工作平臺，是第一個將 EDA 軟件設(shè)計成基于 Windows 的普及型產(chǎn)品。 Protel 99SE 的功能十分強大，在電子電路設(shè)計領(lǐng)域占有極其重要的地位。 從布線難度、銅膜載流容量、 PCB 熱彎曲效應(yīng)和機械強度等方面考慮。 布線工藝與準則 布線的時候首先考慮的是正確性，其次逐步修改布局及走線使其美觀