LED图文显示屏系统软硬件设计Word下载.docx
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LED显示屏的技术现状及发展趋势2
1.2.1LED显示屏相关定义3
1.2.2LED显示屏的分类4
1.2.3相关技术4
1.3论文主要研究内容及组织6
2LED显示屏工作原理8
2.1LED图文显示屏软件模块工作原理8
2.1.1主控制界面的工作原理8
2.1.2效果处理界面原理8
2.2LED图文显示屏硬件模块工作原理9
2.2.1屏体部分结构与功能9
2.2.2控制器结构与功能10
2.2.3单片机功能10
2.2.4存储器11
2.2.5驱动电路11
2.2.6控制信号模块11
2.2.7查字模模块11
3
系统分析12
3.1整体分析12
3.2软件模块分析与设计13
3.3硬件模块分析与设计15
4
软件控制系统的设计与实现17
4.1编辑功能设计与实现17
4.2字模提取21
4.2.1字模简介21
4.2.2LED显示屏领域字模实现技术22
4.2.3软件控制系统字模提取的分析与设计．．．．．．．．．．．．22
4.3效果添加与预览功能的设计与实现24
4.3.1硬件模块处理显示模式技术24
4.3.2软件模块直接加载效果技术24
4.4设备通讯26
4.4.1Windows下实现串口通讯26
4.4.2系统通讯分析与设计26
4.4.3传输数据处理．．．．．．．27
5总结与展望29
5.1工作总结29
5.2工作展望．．．．．．．．．30
致
谢31
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
附
录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123
1绪论
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，是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。
它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者，广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面，是目前国际上极为先进的显示媒体。
1.1LED显示屏的研究背景及意义
在现代信息化社会的高速发展过程中，最具意义的莫过于大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用开始向消费类多媒体应用渗透。
与传统的显示设备相比，正是这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：
（1）LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维、二维动画、电视画面等）、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。
（2）LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。
它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。
（3）LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。
在其历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体：
但就其性能看：
如阴级管（crt）或石英管（dv）大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；
彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积有限，受视频角的影响非常大，可视角度很小；
影象投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）；
电视墙表面有分割线，视觉上有异物感，室外应用时亮度效果差。
而LED显示屏以其受空限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。
LED显示屏的发展主要经历了三个阶段：
1、1990年以前LED显示屏的成长时期。
一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛开展；
另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。
这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，成本较高。
2、1990-1995年，这一段是LED显示屏迅速发展的时期。
进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。
蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；
电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。
LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。
3、1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。
进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的契机，LED显示屏必将得到飞跃发展。
1.2LED显示屏的技术现状及发展趋势
LED显示屏的技术范围包括半导体光电器件技术、电子电路技术、集成电路技术、信息图像处理技术、信息传输技术、计算机网络技术以及电子产品制造和电子产品安装工程相关技术。
其控制原理如下图：
若图片无法显示请联系QQ3249114,led显示屏控制系统免费,转发请注明源于
图1-1控制原理结构图
1.2.1LED显示屏相关定义
1、LED：
发光二极管leghtemittingdiode
2、LED显示屏：
LEDpanel由LED器件组成的显示屏幕
3、显示单元：
displayunit由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的最小单元
4、CRT同步显示：
电脑显示器大多采用CRT显象管，因此电脑显示器有时也称为CRT显示器。
CRT同步显示是指LED显示屏的显示内容能实时、同步地反映电脑CRT显示器上的显示内容
5、全彩色LED显示屏：
all-colorLEDpanel由红、绿蓝三基色LED器件组成并可调出多种色彩的LED显示屏
1.2.2LED显示屏的分类
1、根据使用环境，LED显示屏分为室内显示屏和室外显示屏
2、根据显示颜色，LED显示屏分为单基色LED显示屏，双基色LED显示屏和全彩色（三基色）LED显示屏。
按灰度级又可分为16、32、64、128、256级灰度LED显示屏等。
3、根据显示性能，LED显示屏分为文本LED显示屏、图文LED显示屏、计算机视频LED显示屏，电视视频LED显示屏和行情LED显示屏（一般包括证券、利率、期货等用途）等。
4、根据基本发光点，室内LED显示屏可以按照LED单点直径分类；
室外LED显示屏可以按照采用的象素直径分类。
1.2.3相关技术
1、显示颜色、亮度和视角
目前LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的红色LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。
在显示屏制作上采用SMD表贴技术的LED器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。
2、灰度控制技术
LED显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜色的组合，一般可做到16级、64级、256级灰度。
为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出现了非线性级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的“级差一致性”。
目前LED显示屏灰度控制一般都在256级，通过采用非线性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。
实际上、受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商讨的。
3、驱动电路
LED正向导通电压的典型值3.0V~4.0V，驱动电流为20mA。
如果只是用一个固定的正向电压驱动LED，可能会产生变化范围较大的正向电流，例如用3.4驱动6只LED，相应的正向电流差别较大：
10mA~44mA，取决于具体的LED特性线。
为保证可靠性，驱动LED的电流必须低于LED额定值的要求，典型最大值一般为30mA，但是，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50℃时电流需限制在20mA以内。
在实际运用中，负载常采用通过串并连形成的LED阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或LED个数变化，限流电阻也应该相应变化。
LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。
通用IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。
近年恒流驱动IC的发展较快并受到重视和广泛应用。
恒流驱技术根据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点，大大提高了LED显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使LED显示屏更可靠、亮丽。
LED显示屏专用的IC一直受到关注。
一些IC制造商相继推出一些用于LED显示的专用IC驱动芯片，如TI公司推出的LEDDriver等，这类芯片对原来通用驱动IC的集成度进行了提高，使显示屏的驱动电路设计简捷方便，功能上也有所提高，经过研制开发设计适合发展需要的大规模或超大规模专用LED驱动电路，这类专用IC相对复杂，功能较强。
LED专用驱动IC简化了显示屏系统设计的复杂程度，在一定程度上增强了显示屏的功能，提高了整体的稳定性，具有积极的意义。
4、系统控制技术
控制系统是为了达到实现用“计算机”来控制“LED电子显示屏”而专门设计的。
显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理
电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为业内关注并研究开发和应用的关键技术包括：
串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。
显示屏后的单片机、电子部件实现电子显示的功能。
其信息的动态变换、刷新，就得通过通讯线，由计算机来控制。
“通用图文屏管理系统”就是专门为此而设计的电脑方面使用的软件。
能方便实现发布信息的内容输入、编辑排版、动态显示等全部功能。
力图实现“所见所得”的效果－－即电脑屏幕所见的效果，就是LED电子显示屏所显示的效果！
5、通信传输和网络控制
对于信息的发送方式：
一种是用232通讯，利用计算机串行口COM1～COM4通讯，此方式通讯速度较慢，且距离不能太远，只有30米左右；
另一种是采用在计算机上加插一块通讯卡的422通讯方式，此方式通讯速度快，且距离远，可达1000米左右。
发送功能涉及到上端与下端方面的通讯。
在电脑终端的信息数据通过“通讯协议”与单片机实现数据传递，达到电脑智能终端控制电子产品的“电子自动化”的目的。
根据对信息传输显示的实时性，LED显示屏的通信传输控制有通信传输和视频传输。
视频传输方式则是把LED显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在LED显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显示屏都采用视频控制方式。
具体传输是采用成对的专用长线传输接口电路。
1.3论文主要研究内容及组织
通过软件编辑实现图文编辑与传输。
对所编辑的图形、文字做简单的图象处
理，加入屏幕信息瞬间变换与滚动方式穿插显示的功能。
在控制系统中实现字模的提取与保存。
通过串口采用串行通讯方式，完成信息的传输。
并且在控制系统中实现多屏信息合并单屏信息保存后传输的功能。
通过对点阵模块和控制电路的分析，确定LED显示屏的部件构成；
通过对单片机及智能控制模块的分析，确定LED显示屏的组成结构和驱动方式，实现LED显示屏的驱动。
通过对软件系统的简要分析，在论文中将对其进行详细的研究与设计。
具体组织安排如下：
第二章：
LED显示屏工作原理。
在这一章中主要介绍：
2.1LED图文显示屏软件系统工作原理；
2.2LED图文显示屏硬件系统工作原理。
第三章：
系统分析。
在这一章中，根据具体应用环境的要求，对整个系统进行详细的分析。
主要介绍：
3.1整体分析。
对软件的整体结构、框架进行分析与研究；
并对硬件部分构成以及各模块的功能做分析。
3.2软件控制系统分析。
在本节中，对系统的编辑、保存、预览功能进行详细的分析与研究；
3.3设备驱动分析。
通过对单片机以及各部分功能模块的分析，实现总体设计方案。
第四章：
核心控制系统的设计与实现。
通过第三章的系统分析，针对系统的难点、重点对其核心功能进行详细的设计与开发
4.1编辑功能设计与实现；
4.2字模保存技术；
4.3图象预处理的设计与实现；
4.4设备通讯，以次完成信息的传输；
4.5在核心功能初步实现的基础上，对系统进行开发。
以上是本次毕业论文的工作安排。
在随后的工作中，将根据这一计划逐步完成论文。
2LED显示屏工作原理
现在一般把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏，其实LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，这里所谓的图形，是指由单色固定亮度的点阵线条组成的任意图形，其中LED点阵发光器件或发光或熄灭，即只有两种状态。
本系统设计正是基于LED图文显示屏实际应用，着重实现LED显示屏的图文编辑及设备驱动。
2.1LED图文显示屏软件模块工作原理
LED图文显示屏软件系统的功能是实现需要联机动态显示和更新部分或全部LED图文显示屏系统显示内容。
动态显示只是对文字显示来说的。
在应用软件的支持下，录入的文字实时的由计算机下载给主控制器，并实时进行显示；
更新显示内容时，计算机将录入的文字或图形数据下载给主控器，并存入存储器中。
录入完毕移去计算机后，将显示更新后的内容；
也可由计算机下达命令，显示固化的内容。
因此，相应的应用软件主要由主界面、动态显示界面、图象预览界面、串口校验等界面组成。
设计的应用软件在Windows操作系统下使用。
2.1.1主控制界面的工作原理
系统采用Windows标准风格的下拉菜单主界面，应该实现如下功能：
在窗体菜单栏选择在更新显示内容时的图形、文字的编辑，颜色的选取控制，对于字模的提取与保存的控制以及对于存储的待显示信息的优化处理，动态效果的添加，文件传输前的调整和设备通讯前的设置功能。
2.1.2效果处理界面原理
系统要求满足：
将保存后的单屏静态显示效果的信息文件打开，通过手工设置，确认将要实现如瞬间显示，由左至右滚动显示的效果；
可以通过手工添加实
现多屏文件保存成一个文件通过串口传输。
2.2LED图文显示屏硬件模块工作原理
图文显示屏的硬件模块基本结构可以分为屏体和控制器两大部分。
2.2.1屏体部分结构与功能
屏体部分主要是LED和行列驱动电路构成。
不论是图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光。
根据屏幕所需的平面面积大小，选择一定数量的LED。
像数码管一类的LED显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件，其它位置都是空白的，因此相对价格比较便宜。
但是，由于数码管显示的信息有限，只有0---9（或再扩展到A---F）几个字符，这些字符的变化是靠组合7段LED的发光与否实现的。
由于段数不多，组合形成的字符也不多。
而用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，每个LED发光器件占据数据中的一位，通过对点阵上全部的LED进行控制，在需要该LED器件发光时数据中相应的位填1，否则填0，这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件，得到满意的显示效果。
由于文字的显示点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，如汉字的宋体、楷体和黑体等多种可供选择的方案；
其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同规格。
图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。
本系统根据实际应用环境采用的是单色图文屏，采用红色的LED点阵单元。
对于双色图文屏和多色图文屏来说，在LED点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的LED发光器件，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。
显示的时候，各个颜色的显示点阵是分开控制的。
事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期的效果。
每一种颜色的控制方法和单色的完全相同。
在显示效果方面，
完全可以通过扫描驱动方式实现可以感知的静止不动的效果---静态显示模式；
通过随时间变化不断控制刷新显示数据可以实现各种动态显示模式，如闪烁、平移、旋转、缩放等，但这里对显示的数据进行的刷新并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。
2.2.2控制器结构与功能
由M行N列组成的M*N图文显示屏其LED发光器件数量相当大，不宜使用静态显示驱动电路，而采用多行的同名列共用一套列驱动器。
控制电路负责有序的选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。
这一行上的LED发光器件就可以根据列数据进行显示。
这种时序控制电路，可以由布线逻辑完成，但考虑显示数据的存储和设计的灵活性及通用性，一般都采用单片机实现。
图2-1单片机功能框图
2.2.3单片机功能
控制电路采用单片机，主要负责与上位机的通讯、控制存储显示数据模块、安排控制信号的定时与顺序、控制驱动LED显示点阵的电路等。
2.2.4存储器
一般的设置随机存储器接收上位机的数据进行保存，或者加设存储固化显示数据的存储器。
2.2.5驱动电路
用来驱动LED显示点阵的电路。
2.2.6控制信号模块
各种控制信号用来使显示屏正常工作，包括行选通信号、列数据移位信号、列数据输出锁存器打入信号、产生上下部分在时间上错开的SRCLK信号、清屏信号等。
2.2.7查字模模块
当需要由单片机来控制调用字模时，需要增设汉字模模块保存模块。
本章小结
本章通过实际应用的要求，阐述了LED显示屏软件与硬件控制系统的功能。
对LED显示屏的软件系统的功能分析，基本介绍了作为图文信息编辑的软件设计所需要达到的功能，阐述了组成主控系统的各个功能模块的结构以及各自的功能。
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