LED显示屏控制器的设计与实现.doc
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学科分类号
本科生毕业论文（设计）
题目（中文）：
LED显示屏控制器的设计与实现
（英文）：
TheDesignandImplementationof
LEDDisplayController
学生姓名：
学 号：
2013年05月15日
本科生论文（设计）作者签名：
年月日
目录
摘要 I
关键词 I
Abstract I
Keywords II
1前言 1
1.1LED电子显示屏概述 1
1.2LED电子显示屏的分类 2
1.3LED显示屏市场前景 2
2LED显示原理的分析 3
2.1LED点阵模块结构 3
2.2LED动态显示原理 4
3系统设计的任务与方案论证 7
3.1设计任务 7
3.2设计方案论证 7
3.2.1显示单元模块的选择 7
3.2.2主控制器的选择 8
3.2.3点阵数据存储方式的选择 9
3.2.4系统总体结构及原理分析 11
3.2.5工作原理分析 12
4硬件电路设计 13
4.1LED控制卡电路设计 13
4.1.1列驱动电路设计 14
4.1.2行驱动电路设计 15
4.2时钟模块电路设计 16
4.3温度驱动电路设计 16
4.4MAX232串行通信电路设计 17
4.5系统电源及通信电缆的选择 18
4.5.1对于LED显示屏的电源要求 18
4.5.2开关电源在LED屏应用中的优势 19
5系统软件设计 19
5.1上位机软件设计 19
5.2汉字字模的提取方法 21
5.3上位机与单片机通信协议 22
5.4下位机软件设计 23
5.5中断数据处理 25
6测试结果与分析 25
6.1上位机软件测试 25
6.2汉字移动测试 26
6.3 结果分析 26
7总结 26
参考文献 28
致谢 29
附录ALED显示屏控制卡原理图 30
附录BLED显示屏控制卡PCB电路图 31
附录CVB上位机界面 32
附录D本设计显示效果图片 32
附录E程序清单 33
LED显示屏控制器的设计与实现
摘要
本设计是以STC12C5A60S2单片机作为核心控制器件，外围存储芯片实现汉字编码的存储，可以实现中英文字符和动态显示，并且可以通过级连的方式来扩展显示屏的尺寸，增加显示内容。
本设计采用VisualBasic6.0编写上位机，上位机与下位机采用RS-232通信标准来实现。
上位机向下位机发送控制命令和需要存储的汉字编码，下位机接收数据并处理上位机发送过来的控制命令以及显示编码。
由LED控制卡驱动32*64点阵屏显示，利用人眼的滞留现象，达到能够实时修改显示内容的目的。
关键词
上位机；LED显示屏控制卡；32*64单色点阵屏；时钟芯片
TheDesignandImplementationofLEDDisplayController
Abstract
ThisdesignisbasedonSTC12C5A60S2microcomputerasthecorecontroldevice,toachievethestorageoftheChinesecharactercodingthroughexternalmemorychips.ThefunctionofthesystemcanbeachievedinEnglishcharactersanddynamicdisplayorcanbeconnectedincascademannertoexpandthesizeandthecontentofdisplay,.preparationofPCprogrammedbyVisualBasic6.0,thecommunicationstandardbetweenthePCandthemicrocomputerisRS-232.ThepreparationofPCsendcommandsandChinesecharactercodingthatneedstobestoredtoMCU,thenextcrewprocessescommandsandthedatathatwassentfrompreparationofPCanddisplaycoding,32*64dotmatrixdisplaydrivenbytheLEDdisplaycontrolcard.Achievingthepurposeofdisplaycontentscanbemodifiedintimethroughhumaneyephenomenon。
Keywords
Hostcomputer;LEDdisplaycontrolcard;32*64monochromedotmatrixscreen;Clockchip
II
1前言
1.1LED电子显示屏概述
LED电子显示屏（LightEmittingDiodePanel）是由几百至几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。
利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点[1]。
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显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕[2]。
LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。
LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点[3]。
因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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[4]。
本文主要研究一种基于STC12C5A60S2单片机的LED点阵屏的控制系统，显示面板为单色32*64点阵屏，控制卡上集成了温度传感器和时钟模块，可以独立显示时间和温度。
并且有按键可以直接在下位机上调整时间与显示速度,与上位机采用RS-232通信的方式,控制更加简便。
1.2LED电子显示屏的分类
（1）、按颜色分类：
单基色显示屏:
单一颜色（红色或绿色）。
双基色显示屏：
红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。
全彩色显示屏：
红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。
（2）、按显示器件分类：
LED数码显示屏：
显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。
LED点阵图文显示屏：
显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。
（3）、按使用场合分类：
室内显示屏：
发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。
室外显示屏：
面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。
（4）、按发光点直径分类：
室内屏：
Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm。
室外屏：
Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm。
室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度[5]。
1.3LED显示屏市场前景
LED全彩显示屏，是20世纪90年代在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体。
它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，结合了微电子技术、光学技术、计算机技术、信息处理等现代高新技术，以其可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比合理、使用成本低等特点迅速成为大型平板显示的主流产品，以其明显优越于背投、等离子、液晶显示及电视屏幕的性能而在信息显示领域得到了广泛的应用，如体育场馆、大型展览馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所[6]。
尤其是以其高亮度，大面积显示而让更多人在户外也感受到信息时代的来临。
显示信息无处不在。
据业内专家预测，今后几年全球各类LED显示屏需求每年均达到几十亿美元，且还在逐年递增。
国际大都市如纽约、巴黎、伦敦都普遍使用大型LED全彩显示屏作为信息传播、广告宣传的新型载体。
在中国，随着经济的飞速发展，各类场馆的兴建和市政工程改造项目的兴起，国内市场LED显示屏需求增长率更是高达30％以上。
按每年30%的增长速度，LED显示屏的市场规模将会不断的壮大，由于LED产品具有性能稳定、寿命较长、功耗较小以及价格低廉等优势，因此在各种实际应用中具有较强的市场竞争力，市场前景十分广阔。
2LED显示原理的分析
2.1LED点阵模块结构
八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成[7]。
这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。
LED点阵规模常见的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。
根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。
像素颜色不同，所显示的文字、图像等内容的颜色也不同。
单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示[8]。
本系统所使用的8×8单色LED点阵显示器的内部电路结构和外形规格如图2.1所示，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。
图2.18×8单色LED模块内部电路
LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号。
如5x7点阵显示器用于显示西文字母，5×8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。
用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类大屏幕显示方法常通过PC机或单片机控制驱动。
2.2LED动态显示原理
LED点阵显示系统中各模块的显示方式:
有静态和动态显示两种。
静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可以显示各种图形或文字信息。
点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。
将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面[9]。
最典型的例子就是电影放映机。
在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，便于PBC的布局难度促进工厂批量生产，因此在LED显示技术中被广泛使用。
以8×8点阵模块为例，说明一下
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