16×16点阵LED电子显示屏的设计毕业论文.doc
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1、1616点阵LED电子显示屏的设计摘 要LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成. LED点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。本设计是1616点阵LED电子显示屏的设计。整机以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74LS154和两个列驱动器74L373来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,采用4块8 x 8点阵LED显示模块来组成一个16x16点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形或文字能够实
2、现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。关键词:AT89C51单片机 LED 点阵显示 动态显示Abstract As a popular display device component, LED dot-matrix display board consists of several independent LED (Light Emitting Diode). The LED dot-matrix display board can display the number or sign,
3、 and it is usually used to show time, speed, the state of system etc. This design is 1 16 16 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control sy
4、stem LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74LS154 an two row driver 74L373 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display
5、Chinese characters, four pieces of 8 x 8 dot-matrix LED display modules to form the 16x16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the prin
6、ciple function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. Key words: AT89C51 Micro Controller Unit; LED; Lattice Display;Dynamic Display目 录摘 要-1Abstract-2第1章 绪 论-4 1.1 选题背景- -4 1.2 研究现状及发展趋势- -4第2章 功能要求及方案论证-6 2.1 功能要求-6 2.2 显示模块方案论证-62.1
7、.1 静态显示方式-72.1.2 动态显示方式-7 2.3 数据传输方案论证-7第3章 系统硬件电路的设计-93.1 单片机系统及外围电路-93.2 系统电源模块-113.3 行驱动器-113.4 列行驱动器-143.5 16*16 LED点阵显示屏幕-163.6 特殊器件介绍-19 3.6.1 51系列单片机-193.6.2 锁存器74L373-22第4章 系统软件设计-244.1 系统的程序流程图-244.2 系统主程序-27第5章 调试及性能分析-315.1 开发环境介绍-315.2 理论性能分析-315.3 系统调试-31第6章 结 论-33第七章 总 结-34 7.1 工作过程介绍-
8、34 7.2 系统功能的拓展方向-34第八章 谢辞-36参考文献-36附录1 显示驱动程序-37附录 2 系统主程序-附录3 原理电路图-附录 4 电路原理图-附录 5 仿真电路图-附录 6 系统PCB图-第1章 绪 论1.1 选题背景LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体,显示屏由几万几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏
9、 无法比拟的优点。在短短的十来年中,LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。LED的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域,主要包括:(1)证券交易、金融信息显示。(2)机场航班动态信息显示。(3)港口、车站旅客引导信息显示。(4)体育场馆信息显示。(5)道路交通信息显示。(6)调度指挥中心信息显示。(7)邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。(8)广告媒体新
10、产品等。1.2 研究现状及发展趋势(1)我国LED产业发展现状我国的LED显示屏产业经过几年的发展,基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计,至1998年底,年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家,其销售总额达6亿元左右,占行业市场总额的85%以上。全国从事LED显示屏的各类企业有100余家,从业人员近6000人,行业年度销售总额近8亿元人民币,1996年、1997年的增长速度均保持40%左右,1998年略有回落。在国内市场上,国产LED显示屏的市场占有率近100%,国外同类产品基本没有市场,四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等,均由国
11、内代表企业中标。技术水平相对领先,我国LED显示屏产业在规模发展的同时,产品技术推陈出新,一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术,近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现;LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍,在全国LED显示屏行业的从业人数6000人中,科技人员有2800多人,将近50%。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分,也是平板显示领域
12、唯一立足国内形成的民族高科技产业。 (2)LED显示屏的发展趋势现代信息社会中,作为人-机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展,进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代,LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展,并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来,成本逐年快速降低,已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使LED全彩色显示产品成本下降,应用加快。LED产品性能的提高,使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果,完全可以满足户外全天候的环境条件要求,同时,由于全彩色显示屏价格性能比的优势,预计在未
13、来几年的发展中,全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品,体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。未来LED显示屏会向着标准化、规范化,产品结构多样化的方向发展2。(3)选题意义 该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法,对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践,使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了51单片机的软硬件开发工具的使用方法,为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目
14、前我国的信息行业发展迅速,作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛,相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此,此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。第二章 功能要求及方案论证2.1功能要求 本方案设计一个电子显示屏,具体要求满足以下条件: 1.要求采用51单片机作为微控制器; 2.通过1616的点阵LED进行文字显示; 3.在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 2.2显示模块方案论证四个88的点阵构成一个1616的点阵。行和列的交叉处有一个
15、LED,共由256个LED构成,如果LED的阳极与行相连,而阴极与列相连,那么只要给该LED对应的行以高电平,列以低电平,那么对应的LED就发光。图2-1画出了室内直插式88点阵双基色LED模块实物图。这种模块由64个发光LED芯片以88的形式构成一个正方形模块,然后用2列8针引脚将内部电路接口引出,供驱动电路使用。图2-1 LED 点阵显示原理图 行对应的给LED的阳极,先给第一行以高电平,如果送给16列的代码为EFFF,则第一行的第4个LED被点亮,再给第二行以高电平,如果送给16列的代码为EF07,则第二行的第4、9、10、11、12、13个被点亮,接着给第三行以高电平,同时给列以驱动代
16、码,这样不断地进行行行的扫描,只要速度够快,由于人的视觉暂留作用,就不会感觉到明显的闪烁感。点阵上会看到一个清晰的“机”字。 LED数码管 结构简单,价格便宜。本文所述的是LED的数据显示方式,这种方式通常使用8段LED或者16段LED。在实际应用中,点亮LED数码管的方式有静态和动态2种方法。本文以8段LED作为示例来论证方案1.静态显示方式静态显示方式,即8段LED数码管在显示某一个数码时,加在数码管上的段码 保持不变,直至换显其他数码为止。这样数码管的每一段均应由一条输出线来控制,每显示以为数码需要8根输出线,当N位显示则需N8根输出控制线。占用较多I/O资源。2.动态显示方式为解决静态
17、显示占用较多I/O资源的问题,在多位显示时通常采用动态显示方式,动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起,由一个8位的输出口控制,每位数码管的公共端分别出一位I/O线控制。显示不同数码时,由位线控制各位轮流显示。位线控制某位选通时,该位应显示数码的段码同时加在段码线上,即每一时刻仅仅有一位数码管是被点亮的,当轮流显示的速度较快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,看起来就像所有位同时显示一样,这时,我们就能看到稳定的图像了2.3数据传输方案论证 采用串行传输的方法,控制电路可以只用一根信号线,将列数据一位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是十分经济的。但是,串行传输过程较长,数据按顺序
18、一位一位地输出给列驱动器,只有当一行的各列数据都以传输到位之后,这一行的各列才能并行地进行显示。这样,对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备(传输)和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说,列数据准备时间可能相当长,在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了,以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题,可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时,传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的,列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析,就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说,它应能实现串入并处的移位功能;对于列数据显示来说,应具有并行
19、锁存的功能。这样,本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时,串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据,而不会影响本行的显示。图2-2为显示屏电路实现的结构框图。 图2-2显示屏电路实现的结构框图第三章 系统硬件电路的设计硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。3.1单片机系统及外围电路单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片,采用24MHZ或更高频率晶振,以获得较高的刷新频率,时期显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连,用来显示数据。P1口低4位与行驱动器相连,送出行选信号;P1.5P1.7口则用来发送控制信号。P0口和P2口空着,在有必要的时候可以扩展系统的R
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