【正文】 圍有限，達(dá)不到 19232（雙色）點(diǎn)陣的控制要求， LED 動(dòng)態(tài)顯示的刷新率也不可能做得太高，實(shí)際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。但具體選擇哪款單片機(jī)，還要具體分析，這關(guān)系到整個(gè) LED 條屏控制系統(tǒng)的 性價(jià)比 。所以一般應(yīng)用于大型 LED 顯示屏的控制上，適用于全彩屏以及同步屏。這主要根據(jù) LED 顯示屏的大小、顯示內(nèi)容以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求綜合考慮。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 根據(jù)課題研究的內(nèi)容，經(jīng)過仔細(xì)的分析可知系統(tǒng)由單片機(jī) 最小系統(tǒng)、 SD 卡讀寫模塊、 RS232 通信模塊和功能鍵輸入模 塊，共四個(gè)模塊組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。該控制 器 采 用 ATmega16+74HC165 的解決方案，配合 相應(yīng)的上位機(jī)軟件，可以滿足以下要求： A. 可以至少實(shí)現(xiàn) 192 32（雙色）點(diǎn)陣的控制，即 控制卡接上 雙色 19232 LED 顯示屏 后可以正常顯示文字和簡(jiǎn)單圖形； B. 可以驅(qū)動(dòng)顯示屏靜態(tài)顯示 8 16 1 32 32 的英文字符、中文漢字和簡(jiǎn)單圖形， 16 16 大小漢字可以顯示兩排，每排 12 個(gè)； C. 可以驅(qū)動(dòng)顯示屏動(dòng)態(tài)顯示文字和簡(jiǎn)單圖形，實(shí)現(xiàn)文字的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、上下追逐、閃爍效果等； D. 可以驅(qū)動(dòng)顯示屏用紅、黃、綠三種顏色顯示文字和簡(jiǎn)單圖形； E. 可以通過串口和 PC 機(jī)相連，配 合上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏顯示信息的修改。這些方案中要么是售價(jià)便宜但控制顯示的字?jǐn)?shù)有限，要么是顯示控制性能很好，但售價(jià)過高，而性價(jià)比高的控制 器 并不多。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 9 3 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 近年來， LED 顯示屏的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，越來越多的人都在關(guān)注 LED顯示屏控制系統(tǒng)的研制。所有信號(hào)經(jīng)過再次驅(qū)動(dòng)后，基于 AVR 單片機(jī)的雙色 LED 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 分為兩部分進(jìn)入控制電路： RCK、 SCK、 R R G G2 進(jìn)入列數(shù)據(jù)電路； A、B、 C、 D、 OE 進(jìn)入掃描電路。 顯 示 點(diǎn) 陣 （ 上 半 屏 ）9 6 1 6 點(diǎn) 陣顯 示 點(diǎn) 陣 （ 下 半 屏 ）9 6 1 6 點(diǎn) 陣行 驅(qū) 動(dòng)（ 4 9 5 3 8 ）行 驅(qū) 動(dòng)（ 4 9 5 3 8 ）譯 碼 電 路7 4 H C 1 3 8 A譯 碼 電 路7 4 H C 1 3 8 B信 號(hào) 驅(qū) 動(dòng) 電 路7 4 H C 2 4 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 5G N DG N DG N DG N DR 1R 2G N DO EABR C KS C KG 1G 2CD0 8 接 口 （ i n ）G N DG N DG N DG N DR 1R 2G N DO EABR C KS C KG 1G 2CD0 8 接 口 （ o u t ）ABCDG 2R 2G 1R 1R C KS C KO EL 0L 1L 1 5L 0L 1L 1 5R C kS C KR 1G 1R C kS C KR 2G 2圖 26 雙色 96 32LED 顯示屏單元板結(jié)構(gòu)框圖 每塊單元板之間通過 08 接口用數(shù)據(jù)線連接起來，而數(shù)據(jù)和控制信號(hào)由控制卡從第一塊單元板的輸入接口送入。以本次課題所使用到的 96 32 點(diǎn)陣 LED 單元板為例，其電路板上除了 48 塊 8 8LED模塊外， 共有 48 片 74HC595 ， 4 片 74HC138 ， 4 片 74HC245，以及 16 片 4953。本課題所使用的 LED顯示屏為兩塊 08 接口的 96 32 點(diǎn)陣 LED 單元板級(jí)聯(lián)而成。 RCK 為 74HC595 數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存入并行寄存器，同時(shí)屏體顯示更新。 G G2 為綠色 LED 列數(shù)據(jù)線。 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1612 接口1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1608 接口ABCDG1G2R1R20ERCKSCKOE ABCDSCKRCKR1G1GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND 圖 25 0 12 接口示意圖 其中 A、 B、 C、 D 為行掃描信號(hào)線，決定 16 行中的哪一行點(diǎn)亮。 由于 LED 顯示屏最終是用很多塊這樣的單元板拼接而成的，所以在單元板兩端分別預(yù)留級(jí)聯(lián)接口。 LED 顯示屏 單元板結(jié)構(gòu)及其電路介紹 LED 顯示屏單元板的基本結(jié)構(gòu) 8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模4 5 m m1 5 m m 24 Φ 雙色 192 32 點(diǎn)陣 LED 單元板模塊排列 示意圖 LED 單元板的基本組成單位是 8 8 LED 模塊，一般采用 8 4 的排列方式，即高四塊，長 8 塊， 64 32 點(diǎn)陣大小 。在應(yīng)用串行控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡管串行移位芯片具有級(jí)聯(lián)功能，但設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮時(shí)鐘信號(hào)、鎖存信號(hào)、行控制 信號(hào)的級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)問題。 7 4 H C 5 9 54 9 5 3功 率 驅(qū) 動(dòng) 圖 23 LED 顯示屏串行控制電路 行的邏輯控制可選用三 八譯碼方式，直接行線控制由于占用 CPU 的 I/O 口資源較多，一般不采用。以前多采用 TIP127+(ULN2803+74HC595)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)在普遍采用 4953+74HC595 作為驅(qū)動(dòng)。串行控制驅(qū)動(dòng)方式可選用的芯片有： MC409 74HC59 74LS595 等等。所以下 面具體介紹下串行控制驅(qū)動(dòng)方式。集成專用芯片驅(qū)動(dòng)使用了專門的控制芯片，類似液晶屏上的控制器，使用更為簡(jiǎn)單高效。所謂串行控制驅(qū)動(dòng)方式，就是將顯示的數(shù)據(jù)通過串行方式送入點(diǎn)（列）驅(qū)動(dòng)電路。本項(xiàng)目所 使 用的 LED 顯示 屏采用 1/16 掃描方式。當(dāng) N 為一時(shí)，就變成了靜態(tài)顯示方式。 上面所演示的動(dòng)態(tài)顯示過程采用了 1/8的掃描方式。只要間隔時(shí)間夠短， 由于視覺暫留 ， LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的 圖形“ B”， 這就是動(dòng)態(tài)掃描的原理。 Y 叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)刻只有一根線為 “1”即有效行選通電平， X 叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是 LED 顯示屏的顯示數(shù)據(jù) 。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個(gè) LED 全點(diǎn)亮。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的 LED 就會(huì)有電流流過而發(fā)光。同樣，藍(lán)色豎直線 X0、 X1……X7 叫做列線， 分別接 每列 8 個(gè) LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 圖 21 88 LED 模塊內(nèi)部電路 在圖 21 中 紅色水平線 Y0、 Y1……Y7 叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行 8 個(gè) LED 的陽極都接在本行的行線上。動(dòng)態(tài)顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量， 節(jié)省 了 驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化 了 電路。 LED 顯示屏顯示控制系統(tǒng)中 絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。靜態(tài)顯示控制容易，亮度高，不閃爍，但靜態(tài)顯示 硬件接線 極為 復(fù)雜， 每個(gè) LED 發(fā)光點(diǎn)都需要一個(gè)控制端，占用控制端口較多。 LED 顯示屏顯示原理及驅(qū)動(dòng)方式 LED 顯示屏顯示原理 LED 顯示屏的 顯示 原理與 LED8 段數(shù)碼管的顯示原理類似， 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 發(fā)光點(diǎn)直徑 一般為基于 AVR 單片機(jī)的雙色 LED 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 10mm26mm，為保證亮度，常采用 1/4掃描或 1/8掃描方式控制。半戶外屏對(duì)防水、防風(fēng)、防腐蝕有一定的要求，顯示亮度要求也較高 ，一般采用 1/16掃描或 1/8掃描。室內(nèi)屏由于對(duì)顯示亮度要求不高，所以控制上一般以 1/16掃描為主。 C. 按 LED顯示屏 的使用環(huán)境分類，可分為： 室內(nèi)顯示 屏 、半戶外顯示屏、戶外顯示屏。無論是組模屏還是直插屏，在實(shí)際生產(chǎn)中一般將其以 64 32點(diǎn)陣為單位做成單元板，并加上驅(qū)動(dòng)電路 ，留出標(biāo)準(zhǔn)化接口（ 08接口或 12接口），方便連接控制卡以及級(jí)聯(lián)成更大的屏幕。直插屏使用普通高亮的 LED燈管，在一塊大的基板上等距離焊接，形成點(diǎn)陣。對(duì)于雙基色和三基色的模塊，由于幾種顏色封裝在同一個(gè)發(fā)光點(diǎn)中，所以顯示細(xì)膩。組模屏由數(shù)個(gè) 8 8點(diǎn)陣大小 LED模塊組成，每塊 LED模塊 由 64個(gè)發(fā)光點(diǎn)組成， 封裝在同一塊基板上。 本課題針對(duì)的是192 32點(diǎn)陣大小的雙色 LED條幅顯示屏（下稱 LED條屏），可以顯示紅、綠、黃三種顏色的文字、圖形。 它可以按以下幾種不同方式進(jìn)行分類： A. 按 LED顯示屏 的顯示內(nèi)容 分 類，可分 為 ： 圖文顯示屏和條幅顯示屏 。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn) ， 目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色 ， 而藍(lán)色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。主要完成了以下工作內(nèi)容： A. 在明確雙色 LED點(diǎn)陣顯示屏的控制系統(tǒng)功能要求的前提下完成了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； B. 根據(jù)雙色 LED點(diǎn)陣顯示屏的控制系統(tǒng)工作原理，設(shè)計(jì)出以 ATmega16單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)原理圖； C. 在原理圖的基礎(chǔ)上完成了印制電路板的設(shè)計(jì)，并完成系統(tǒng)硬件的研制和調(diào)試； D. 根據(jù)硬件以及系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)：包括上位機(jī)軟件和單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)的編程與實(shí)現(xiàn)； E. 進(jìn)行了 系統(tǒng) 的軟、硬件 聯(lián)合調(diào)試 ，并 與 192 32（雙色）點(diǎn)陣 實(shí)物進(jìn)行連接完成了系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 課題研究的內(nèi)容 本課題針對(duì)雙色 LED 點(diǎn)陣顯示屏的控 制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本課題針對(duì) LED 顯示 屏異步控制系統(tǒng)，通過使用 高 性 能 的 AVR 單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)計(jì)出了一種高性價(jià)比且能支持更多字?jǐn)?shù)顯示的 LED 顯示屏控制器 。為了適應(yīng)這一市場(chǎng)變 化，以 ARM 為 主控芯片 的 LED 顯示屏控制 器 應(yīng)運(yùn)而生，這種控制 器 雖然增強(qiáng)了顯示信息的能力，但卻 大大 增 加 了制造成本。由于基于 MCS51 單片機(jī)的運(yùn)行速度較慢，所以 LED 顯示 屏顯示文字的個(gè)數(shù)很受限制。不同的 LED 電子條屏控制 器 根據(jù)不同的需要，還可以通過電纜、無線、手機(jī)短信、 SD 卡等多種方式對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改和控制。異步 顯示控制 器 主要針對(duì)的是以顯示文字為主的小尺寸顯示屏，尤以能顯示兩行漢字的 LED 電子條屏為主 ， 其主要根據(jù) LED 條屏的長度 和 用戶的不同需求來定， 控制 比較靈活。這些產(chǎn)品 主要 可 分為同步 顯示控制 器 和異步 顯示控制 器 。LED 顯示屏控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)也成為 LED 顯示行業(yè)最主要的發(fā)展內(nèi)容和方向。目前市場(chǎng)上的 LED 電子屏大多采用現(xiàn)成的 LED 模塊，已經(jīng)采用了統(tǒng)一的接口定義。 SD card 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 3 目 錄 1 概 述 ..........................................................................................................................1 課題研究的背景 ...........................................................................................................1 課題研究的意義 ..................................................................................