【正文】 .....................................................................................141 緒論 LED點陣顯示屏的設(shè)計背景及意義LED電子顯示屏（Light Emitting Diode Panel）是由幾百幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點，按矩陣均勻排列組成。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便,但硬體接線復(fù)雜,在實際應(yīng)用中一般採用動態(tài)顯示方式,動態(tài)顯示採用掃描的方式工作,由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動,從上到下逐次不斷地對顯示幕的各行進行選通,同時又向各列送出表示圖形或文字資訊的脈沖信號,反復(fù)迴圈以上操作,就可顯示各種圖形或文字資訊。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。LED點陣顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與LED顯示屏本身所具有的優(yōu)點分不開的。 單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱： LED點陣廣告牌的設(shè)計 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 成 績： 信 電 工 程 學 院 徐州工程學院課程設(shè)計(論文)摘 要LED的特色之處一是節(jié)能（直接功耗，間接耗能），二是基本無電離輻射，三提高空間利用率。而這些特色又恰好解決了上述的三種問題。組合型led點陣顯示器以發(fā)光二極體為圖素,它用高亮度LED晶粒進行陣列組合后,再透過環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。LED點陣顯示系統(tǒng)中各模組的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。LED點陣顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、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。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點。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。 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。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、節(jié)能、組態(tài)靈活、色彩豐富、顯示方式變化多樣以及無電離輻射等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了極為廣泛的應(yīng)用。 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)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。LED點陣規(guī)模常見的有445581616等等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。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．如5x7點陣顯示器用于顯示西文字母．58點陣顯示器用于顯示中西文，8x8點陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。 LED 動態(tài)顯示原理LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動態(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。在電子領(lǐng)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，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。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LED的陽極都接在本行的行線上。同樣，藍色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內(nèi)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。此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快，對微控制器（MCU）的通信速度要求較低。每增加一個1616點陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多增加兩根地址線，這就要求在PCB布線的時候要留有充足的地址線冗余量。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGA,CPLD等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。因受到單片機運算速度及通信速率的限制，LED動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。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。因此，8051控制的條屏只能用于顯示內(nèi)容及其簡單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場合。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。因此，以PIC單片機為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流。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。比如AT89C51芯片的一些工作原理是在MCS—51的基礎(chǔ)上通過改進完成的。本設(shè)計完成了16*16LED點陣動態(tài)顯示兩個以上漢字，并可以利用按鍵控制其左右移動。通過這次課程設(shè)計把我們在學校學習的理論知識和實際應(yīng)用有機地結(jié)合起來，把理論跟實踐相結(jié)合，培養(yǎng)了我們的專研精神。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計采用以AT89C51單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由AT89C52芯片、時鐘電路、列掃描驅(qū)動電路(74LS154)、16*16 LED點陣5部分組成。 AT89C52是一種帶8kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1 000次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C52芯片。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 如果將G1和G2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由ABCD對輸出尋址，74LS154還可作1線16線數(shù)據(jù)分配器，見圖21。(4) 與單片機引腳的連接地址輸入端A、B、C、。（5） 與點陣引腳的連接 74LS154芯片的18腳對應(yīng)接上面兩個點陣引腳的列線，917腳（12腳接地）對應(yīng)接下面兩個點陣引腳的列線。 點陣式漢字LED顯示屏設(shè)計 16*16點陣LED原理及應(yīng)用設(shè)計LED點陣顯示屏時必須掌握點陣工作原理才能進行更深層設(shè)計。圖21為8*8點陣LED的等效電路圖，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。應(yīng)用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。 圖21 8*8點陣LED等效電路圖圖22 四塊8x8點陣LED級聯(lián)成16x16點陣 LED點陣的顯示文字圖形原理LED驅(qū)動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。當這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上的漢字的每一筆都是同時出現(xiàn)的。顯示數(shù)據(jù)可通過單片機的P0，P2口傳輸?shù)近c陣行引腳。能亮的列從左到右掃描完16列（相當于位碼循環(huán)移動16次）即顯示出一個完整的圖像。能亮的行從上向下掃描完16行（相當于位碼循環(huán)移位16次）即顯示一幀完整的圖像。每一個字由16行16列的點陣形成顯示，即每個字均由256個點陣來表示，我們可以把每一個點理解為一個像素。漢字庫從該位置起的32字節(jié)信息記錄了該字的字模信息。我們以水平方向（x方向）掃描顯示漢字的“楊”為例來說明其掃描原理，每一個字由16行16列的點陣組成顯示，如下圖，如果用8位的AT89S51的單片機來控制，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分成兩個部分。在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的部分，~。上半部分第一列完成之后，繼續(xù)掃描下半部分的第一列，從上圖可以看到，其余全部滅，所以代碼為11111011，16進制為FBH，然后單片機轉(zhuǎn)向上半部的第二列，其他的都不亮，即為11110111，16進制為F7H，這一列掃描完成之后繼續(xù)進行下半部分的掃描，其他的為不亮，為二進制11111100，即16進制FCH。3 字模生成 字模簡介 文字的字模是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有著根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀[1]。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼)。在硬件系統(tǒng)內(nèi)，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在沒有進入系統(tǒng)的CMOS里，也可以讓你看到英文字符。字模生成 LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù)在通過軟件實現(xiàn)的技術(shù)中，目前有許多字模生成軟件，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。根據(jù)機內(nèi)碼，顯示單元控制模塊從漢字庫中查取顯示字模，實現(xiàn)漢字顯示。因此，“動態(tài)文字顯示速度快”。在條屏顯示的過程中按規(guī)定的方式取出E2PROM中的字模數(shù)據(jù)進行處理。照此計算，若有256個需要顯示的字符，則至少需要32B256=8192字節(jié)（8KB）的E2PROM存儲空間。因此這種方案，需要在單片機外部擴展大容量的E2PROM，增加硬件成本。在多字下載的時候傳輸時間也較長。而本設(shè)計創(chuàng)新使用了專用的點陣字庫芯片，成本僅為8元，內(nèi)含各種點陣規(guī)格的GB231ASCII等標準字庫。在本設(shè)計中，單片機內(nèi)部的小容量E2PROM，用于存儲待顯示漢字的GB2312標準機內(nèi)碼，每個全角字符的內(nèi)碼占2字節(jié)，則在同樣需要顯示256個漢字的情況下，這種方案僅占用512字節(jié)的E2PROM空間。首先分析程序所要實現(xiàn)的功能，程序要實現(xiàn)動態(tài)顯示并能左右移動的功能。 程序設(shè)計總體思路用簡短的匯編程序設(shè)計，實現(xiàn)LED點陣顯示內(nèi)容，并使顯示的內(nèi)容在屏幕上從左到右的滾動顯示。用AT89C574LS3774LS1374HC154芯片和4個1616LED點陣顯示器構(gòu)成一個完整的16位點陣LED顯示系統(tǒng)。圖515 調(diào)試與仿真Proteus仿真時，單片機需要加載程序。在Proteus ISIS中，選中AT89C52并單擊鼠標左鍵，對AT89C52進行設(shè)置，設(shè)置單片機時鐘頻率為12MHz。仿真過程中如有硬件問題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問題可在keil中直接修改，通過keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到預(yù)期的結(jié)果。 仿真效果 調(diào)試中出現(xiàn)的問題延時問題：在顯示子程序中需要調(diào)用延時子程序，如果延時過短，雖然能提高顯示屏的亮度，但是將無法達到預(yù)定的效果，每行還沒有顯示完全就進入了下一行的掃描，甚至鎖存器還沒有輸出到顯示屏，便進入到下一個掃描周期，如果時間過長，不但顯示屏的亮度會降低，而且掃描的過程變?yōu)殚g斷的，人眼看到的不是完整的漢字，這兩種情況都是不成功的，要想達到最佳的顯示效果，就得根據(jù)鎖存器的鎖存時間，得出掃描一行的最短時間，再結(jié)合實踐，便能得出延時的最佳時間，這樣顯示屏才能顯示穩(wěn)定的漢字。在設(shè)計中采用的芯片有AT89C574LS3774LS1374HC154和4個88LED點陣顯示器。應(yīng)用廣泛。通過本次(1616位點陣LED)的設(shè)計，理論知識學習和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富。參考文獻[1] [M].北京:機械工業(yè)出版社, [2] [M].北京:北京航空航天大學出版社,2005 [3][M].北京:北京航空航天大學出版社,2005 [4] [M].北京:電子工業(yè)出版社,[5] 趙長德,[M].北京:機械工業(yè)出版社,附錄附錄1整體電路原理圖附錄2完整程序ORG 0000HAJMP READYORG 000BHAJMP INT_0。控制移動的速度 MOV 37H,00H MOV 3AH,9D 。中斷初始化 SETB ET0 MOV TMOD,01H MOV TH0,0A6H MOV TL0,00H SETB TR0。調(diào)用顯示子程序 ACALL KEY 。循環(huán)調(diào)用子程序DATA_CHUSHI:MOV 35H,00H MOV 38H,00H MOV 39H,01H 。暫存R0指向地址