【正文】 8 點陣數(shù)據(jù)存儲方式的選擇 ................................ 9 系統(tǒng)總體結構及原理分析 ............................... 11 工作原理分析 ......................................... 12 4 硬件電路設計 .................................................... 13 LED 控制卡電路設計 ......................................... 13 列驅動電路設計 ....................................... 14 行驅動電路設計 ....................................... 15 時鐘模塊電路設計 .......................................... 16 溫度驅動電路設計 .......................................... 16 MAX232 串行通信電路設計 .................................... 17 系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇 .................................. 18 對于 LED 顯示屏的電源要求 ............................. 18 開關電源在 LED 屏應用中的優(yōu)勢 ......................... 19 5 系統(tǒng)軟件設計 .................................................... 19 上位機軟件設計 ............................................ 19 漢字字模的提取方法 ........................................ 21 上位機與單片機通信協(xié)議 .................................... 22 下位機軟件設 計 ............................................ 23 中斷數(shù)據(jù)處理 .............................................. 25 6 測試結果與分析 .................................................. 25 上位機軟件測試 ............................................ 25 漢字移動測試 .............................................. 26 結果分析 .................................................. 26 7 總結 ............................................................ 26 參考文獻 ........................................................... 28 致 謝 .............................................................. 29 附錄 A LED 顯示屏控制卡原理圖 ...................................... 30 附錄 B LED 顯示屏控制卡 PCB 電路圖 .................................. 31 附錄 C VB 上位機界面 ............................................... 32 附錄 D 本設計顯示效果圖片 ......................................... 32 附錄 E 程序清單 ................................................... 33 I LED顯示屏控制器的設計 與實現(xiàn) 摘 要 本設計是 以 STC12C5A60S2 單片機 作 為核心控制器件 ， 外圍存儲芯片實現(xiàn)漢字編碼的存儲 ， 可以實現(xiàn)中英文字符和動態(tài)顯示，并且可以通過級連的方式來擴展顯示屏的尺寸，增加顯示內容。對論文的研 究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確的方式標明。 本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 題目（中文）： LED 顯示屏 控制 器 的 設計 與實現(xiàn) （英文） ： The Design and Implementation of LED Display Controller 本科 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 作者鄭重聲明 :所呈交的本科生論文（設計），是在指導老師的指導下，獨立進行研究所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已近注明引用的內容外，論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果。本聲明的法律結果由作者承擔。本設計 采用 Visual Basic 編寫 上位機 ， 上位機與下位機采用 RS232 通信標準來實現(xiàn) 。 由 LED 控制卡驅動 32*64 點陣屏顯示， 利用人眼的滯留現(xiàn)象，達到能夠實時修改顯示內容的目的。 Key words Host puter。32*64 monochrome dot matrix screen。利用不同的半導體材料可以制造不同色彩的 LED 像素點 [1]。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。 LED 顯示屏因為其像素單元是主動發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點 [3]。 LED 顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性 、全色化方向發(fā)展 [4]。并且有按鍵可以直接在下位機上調整時間與顯示速度 ,與上位機采用 RS232 通信的方式 ,控制 2 更加 簡便 。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級灰度、可以顯示 65536 種顏色。 (2)、 按顯示器件分類 ： LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 (3) 、 按使用場合分類 ： 室內顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ3mmΦ8mm，顯示面積一般零點幾至十幾平方米。 (4)、 按發(fā)光點直徑分類 ： 室內屏： Φ3mm、 、 Φ5mm。室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、 藍發(fā)光二極管封在一個塑料筒內共同發(fā)光增強亮度 [5]。它利用發(fā)光二極管構成的點 陣模塊或 像 素單元組成大面積顯示屏幕，結合了微電子技術、光學 技術、計算機技術、 3 信息處理等現(xiàn)代高新技術，以其可靠性高、使 用壽命長、環(huán)境適應能力強、性價比合理、使用成本低等特點迅速 成 為大型平板顯示的主流產(chǎn)品，以其明顯優(yōu)越于背投、等離子、液 晶顯示及電視屏幕的性能而在信息顯示領域得到了廣泛的應用，如 體育場館、大型展覽館、市政廣場、演唱會、車站、機場等場所 [6]。顯示信息無 處 不 在。國際 大都市如紐約、巴黎、倫敦都普遍使用大型 LED 全彩顯示屏作為信息傳播、廣告宣傳的新型載體 。 按每年 30%的增長速度 ， LED 顯示屏的市場規(guī)模將會不斷的壯大 ，由于 LED 產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定、壽命較長、功耗較小以及價格低廉等優(yōu)勢，因此在各種實際應用中具有 較強的市場競爭力，市場前景十分廣闊。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。 4 根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。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容的顏色由像素內不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮時可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極 管的點亮時間，則可實現(xiàn) 256 或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示 [8]。 圖 88 單色 LED 模塊內部電路 LED 點陣顯示器 單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號。用多塊點陣顯示器組合則可構成大屏幕顯示器，但這類 大屏幕顯示 方法 常通過 PC 機或單片機控制驅動。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復雜，在實際應用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大 5 的窄脈沖電壓驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，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，反復循環(huán)以上操作，就 可 以 顯示各種圖形或文字信息。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 [9]。在電子領域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量， 便于 PBC 的布局難度促進工廠批量生產(chǎn)， 因此在 LED 顯示技術中被廣泛使用。 紅色水平線 Y0、 Y1……Y7 叫做行線，接內部發(fā)光二極 管的陽極，每一行 8 個 LED 的陽極都接在本行的行線上。同樣，紅 色豎直線 X0、 X1……X7 叫做列線，接內部每列 8 個 LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。則行線和列線的交叉點處的 LED 就會有電流流過而發(fā)光。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8個 LED 全點亮。其過程如圖 所示。在這個示例中， Y 叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為 “1”即有效行選通電平， X 叫列數(shù)據(jù)線，其內容就是點陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。 （ 1）． Y=0x01,X=0xFF,如圖 第一行 ； （ 2）． Y=0x1C,X=0x02,如圖 第二行 ； （ 3）． Y=0x22,X=0x04,如圖 第三行 ； （ 4）． Y=0x22,X=0x08,如圖 第四行 ； （ 5）． Y=0x1E,X=0x10,如圖 第五行 ； （ 6）． Y=0x01,X=0x20,如圖 第六行 ； （ 7）． Y=0x04,X=0x04,如圖 第七行 ； （ 8）． Y=0x38,X=0x80,如圖 第八行 ； （ 9）．跳到第（ 1）步循環(huán)。 LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個完整的 “9”字符。只不過實際運用的時候，列線和行線 7 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。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?？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。 在實際運用的時候，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。比如先將掃描線全部設置為無效電平，送下一行的列數(shù)據(jù)后再選通掃描線，避免出現(xiàn)尾影。 (2)、 通過上位機修改顯示內容，按鍵可改變顯示內容 。 設計方案 論證 顯示單元 模塊的 選擇 LED 顯示屏 顯 示一個簡單的漢字，至少需要 一個 16*16 點陣 單 8 元 來構成，根據(jù) 發(fā)光點直徑 的大小分為 和 5mm 的 LED 點陣模塊。 方案二： 5mm 直徑 組成的 8*8 點陣模塊，在同樣的距離內 5mm直徑的發(fā)光二極管組成的 8*8 的 點陣模塊所發(fā)出的亮度 值 大約是 單元模塊的一倍 ，清晰程度也高于 的單元模塊 。這樣每個 88 漢字能夠獲得 161 6cm 的顯示尺寸，因此在 50 米處仍能清晰閱讀。 主控制器的選擇 隨著廣告屏顯示內容的多媒體化，對控制器傳輸速度，運算能力的要求越來越高 ?？刂破鞯姆N類也在不斷發(fā)展以適應 市場 需 求 ,不同功能檔次的廣告屏對應著不同的處理器。 STC12C560S2 單片機是傳統(tǒng)的 8051 單片機的升級版，外部時鐘頻率可達到 80MHZ、 60K 的 FLASH 存儲器、 1280 字節(jié)的ROM 和 10 位 A/D 轉換，擁有 P4 口適合需要多個 I/O 的設計系統(tǒng) 。 FPGA 以高速、并行著稱。用他作為 LED 顯示屏的控制器， 能夠高速的處理色階 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。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。 ARM 有著極高的指令效率，極高的時鐘頻率。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，多像素的全彩屏驅動。因此，以 ARM 為控制器的顯示屏常為視頻全彩屏。 點陣數(shù)據(jù) 存儲方式 的選擇 目前使用最廣泛的技術是， 通過上位機軟件將待顯示的字符串轉換為對應的點陣字模數(shù)據(jù)，通過燒寫的方式將這些字模數(shù)據(jù)按一定的 10 順序編址后存儲在 E2PROM 中。對于一個 16*16 點陣的漢字字模 數(shù)據(jù)，需要連續(xù) 32 字節(jié)的 E2PROM 空間來存儲。通常的單片機內部沒有集成這么大容量的