汉字显示屏设计Word文档下载推荐.docx

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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、液晶显示屏无法比拟的优点[1]。

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）广告媒体新产品等。

1.1.2我国的发展现状及发展趋势

（1）我国的LED显示屏发展现状

经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链，1998年中国光学光电子待业协会光电器件分会LED显示屏专业委员会成立，此协会集中了全国有代表性和影响的LED显示屏主要生产企业，成立之初有55家成员单位，目前已发展到67家，基本上包括了全国LED显示屏行业的主导企业。

中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。

现阶段，从事该产业的人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家，其中上游企业50余家，封装企业1000余家，下游应用企业3000余家。

在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。

长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。

2007年我国LED显示屏产业主要集中在华东和华南地区，这两个地区的产业总体规模占到全国的60%以上，这一趋势近两年更为明显。

统计数据显示，2007年市场销售额在1000万元以上的企业有108家，占到85%，反映出行业内企业平均规模水平在提升；

2007年市场销售额在5000万元以上的企业有38家，占30%，其销售额合计为40.8亿元，销售额占到了全行业的67.9%，反映出LED显示应用产业的集约化发展趋势；

2007年销售额在1亿元以上的企业有17家，占13.4%，其销售额合计28.08亿元，销售额占到了全行业的46.7%。

LED显示屏是发光二极管主要应用面之一，近年来发展迅速，目前LED显示屏制作技术先进，售价低，国外公司很难在大陆竞争市场，据不完全统计，1998年我国LED显示屏生产厂商有150多家，制造各类显示屏约五万平方米，实现产值14亿元，主要生产厂家有北京兰通、南京洛普、联创健和、上海信茂、上海三思科、东北微电子、西安青松、天津数据、深圳同洲等，这些公司生产的户外屏，全彩色室内外屏都能为用户接受，推动了信息显示市场发展。

（2）我国的LED显示屏发展趋势

1.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。

全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要发展方向。

2.材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。

3.信息化社会的形成，LED显示民间的应用前景更为广阔。

预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要示诉小型LED显示民间会有较大提高。

LED显示频正在向着高亮度、全彩化，标准化、规范化，产品结构多样化的方向快速发展。

（3）选题意义

通过这次的课题研究可以使我们更好的掌握点阵式汉字LED的原理及制作，以及对LED显示屏在我们的发展现状及发展趋势也有了很好的了解。

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，并将成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。

这也意味着这次的课题研究带给我们的是更大的发展前景，更好的发展前途。

1.2论文的主要内容

针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排：

（1）初步方案的论证和选择

搜集与题目的有关的资料，并拟定几套设计方案进行分析比较。

最终选定了以PC机为上位机，单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的设计方案。

（2）方案实现

以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。

经过对比选择选定AT89S51单片机为核心控制器件，由74LS154作为字位电路器件，三极管2N5551和2N5401为驱动电路器件。

论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。

（3）软件编写

根据硬件特点和设计要求，软件选用C语言编写。

程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。

然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。

（4）验证与测试

调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。

在硬件调试中出现有单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。

在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。

通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。

（5）结论

设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。

1.3LED显示屏的特点

组合型led点阵显示器以发光二极体为图素，它用高亮度led芯片进行阵列组合后，再透过环氧树脂和塑模封装而成。

具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。

点阵显示器有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等。

led点阵有4×

4、4×

8、5×

7、5×

8、8×

8、16×

16、24×

24、40×

40等多种；

根据图素的数目分为等，双原色、三原色等，根据图素顏色的不同所显示的文字、图像等内容的顏色也不同，单原色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双原色和三原色点阵显示内容的顏色由图素内不同顏色发光二极体点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极体的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。

几种led点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其他型号点阵的结构与引脚可试验获得，led点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数位，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点阵用于显示中文文字，也可用于图形显示。

用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。

由led点阵显示器的内部结构可知，器件宜采用动态扫描驱动方式工作，由于led管芯大多为高亮度型，因此某行或某列的单体led驱动电流可选用窄脉冲，但其平均电流应限制在20ma内，多数点阵显示器的单体led的正向压降约在2v左右，但大亮点∮10的点阵显示器单体led的正向压降约为6v。

大屏幕显示系统一般是将由多个led点阵组成的小模组以搭积木的方式组合而成的，每一个小模组都有自己的独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模组的命令和资料即可，这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。

led点阵显示系统中各模组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，但硬体接线复杂，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驱动，从上到下逐次不断地对显示幕的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字资讯的脉冲信号，反复以上操作，就可显示各种图形或文字资讯。

1.4LED显示屏产品的优势

LED显示屏产品的优势：

1.高的换帧频率（不小于300hz）极大的提高了图像的稳定性。

2.高的灰度级，使常规真彩数据RGB各8位（256级数据）分别扩展为14位，并通过局部控制扫描的方式，将14位数据量完全转换为214=16384个亮度档次，从而实现16384级灰度。

3.通过人眼的视觉特性，根据白天及晚间环境光的变化，进行最高亮度及最低亮度值的改变（根据查色表）不伦差值如何改变，在该亮度范围内可实现16384级的灰度，从而极大的提高了图像显示的清晰度，红绿兰可独立进行任意γ校正，对显示屏进行手动或自动亮度调节100级软件调节、硬件16级亮度调节。

4.合理的结构、简单的组合，使显示屏体重量达到最低。

5.合理的工作电流，既不降低亮度，又提高了工作效率，使显示屏可在不用空调降温的条件下正常工作。

6.采用数据分块处理，各块同步并行通讯的方式，极大的提高通讯速度。

7.远程通讯使用千兆网高速数据通讯芯片，采用光电隔离技术，从而极大的提高了防静电防雷击的性能。

8.显示屏可通计算机网络系统进行远程控制。

9.具有先进的显示屏内温、湿度、烟雾监控，适时调节温湿度并有报警功能。

第二章系统方案的设计

2.116×

16LED显示屏总体方案设计

2.1.1显示屏系统硬件设计

由于LED显示屏的特性及作用，大多数的LED显示屏都是放在户外的，所以对硬件的质量要求非常的高。

也为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。

硬件的设计采用模块化设计，既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。

图2-1系统硬件组成框图

如图2-1所示，根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及上位机四部分组成。

上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。

1.显示屏主控制器

控制部分是整个系统的核心部分，其功能为与上位机通信接收上位机发送的数据和控制指令处理过后控制显示部分显示内容。

其常用的电子设计方法有单片机、DSP、及EDA技术。

几种设计方法比较各有其特点：

（1）单片机

单片机是集成了CPU，ROM，RAM和I/O口的微型计算机。

它有很强的接口性能，非常适合于工业控制,因此又叫微控制器（MCU）。

单片机品种齐全,型号多样CPU从8，16，32到64位，多采用RISC技术，片上I/O非常丰富，有的单片机集成有A/D，“看门狗”，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。

它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。

除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。

随着超大规模集成电路的发展，NMOS工艺单片机被CMOS代替，并开始向HMOS过渡。

供电电压由5V降到3V，2V甚至到1V，工作电流由mA降至μA，这在便携式产品中大有用武之地。

（2）DSP芯片

DSP又叫数字信号处理器。

顾名思义，DSP主要用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信号处理。

现在已经广泛应用于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域，DSP具有修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。

将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这使得速度有了较大的提高。

DSP区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微处理器用软件实现乘法,逐条执行指令，速度慢。

而DSP依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号处理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。

（3）EDA

EDA（即ElectronicDesignAutomation）即电子设计自动化，它是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对用硬件描述语言HDL完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。

设计者只需用HDL语言完成系统功能的描述，借助EDA工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实现。

由于FPGA/CPLD可以通过软件编程对该硬件的结构和工作方式进行重构，修改软件程序就相当于改变了硬件，软件编写可以采用自顶向下的设计方案，而且可以多个人分工并行工作这样便缩短了开发周期和上市时间，有利于在激烈的市场竞争中抢占先机。

而且MCU和DSP都是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD则可实现硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；

另一方面，FPGA/CPLP器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。

三种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。

现在市场上常用的单片机主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。

其中应用最广泛的单片机首推Intel的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势常作为单片机学习的教材。

且51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。

当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。

所以在控制部分方案的选择中选定51系列单片机作为控制部分的核心器件。

2.1.2LED点阵显示屏

LED显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的，要构成大屏幕的LED显示屏就需要多个发光二极管。

构成LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来，二是选用一些由单个发光二极管构成的LED点阵子模块构成大的LED点阵模块。

这两种屏幕构成方法各有有缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；

而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个LED出现问题时同在一个模块的所有LED都必须被更换。

这就加大了维修的成本。

两种方法相比较，决定采取模块构成的方法来制作一个LED点阵显示屏。

一个16×

16的LED显示屏行和列各有16支引脚，不能单靠51单片机的端口驱动所以必须要对单片机的端口个数进行扩展。

经常采用的端口扩展方法是用串并转换芯片进行译码。

常用的串并转换芯片有74LS154（4线-16线译码器）、74LS164（8位串并转换器）、74HC595等。

51系列单片机端口低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；

而为高电平时，输出电流仅数十μＡ甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力，所以单片机不能直接驱动LED显示屏显示。

在单片机和显示屏之间还需要增加以功能放大位目的的驱动电路。

2.1.3软件系统方案

软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中执行。

编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。

最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。

51单片机的编程语言可以是汇编语言，也可以是高级语言，如由C语言演变而成的C51语言等。

汇编语言产生的目标代码短，占用的存储空间小,执行速度快，能充分发挥单片机的硬件功能，但对于复杂的应用来讲使用汇编语言编程复杂，程序的可读性和可移植性不强。

高级语言产生的目标代码长，占用的存储空间大，执行速度慢。

但这是相对于汇编语言来讲的，其实C语言在大多数情况下的机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，编程效率也大大高于汇编语言。

由于本系统相对比较简洁，因此使用汇编作为该显示系统的编程语言。

2.2系统的工作过程

汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。

本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用8*8的点阵发光管模块，而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。

同时为了降低制作难度，仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。

1、汉字显示的原理：

我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。

即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。

我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。

事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。

图2-2显示汉字“大”的点阵图形

我们以显示汉字“大”为例，来说明其扫描原理：

在UCDOS中文宋体字库中，每一个字由16行16列的点阵组成显示。

如果用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。

一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。

在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00---P07口。

方向为P00到P07,显示汉字“大”时，P05点亮,由上往下排列，为P0.0灭，P0.1灭,P0.2灭P0.3灭,P0.4灭,P0.5亮,P0.6灭,P0.7灭。

即二进制00000100，转换为16进制为04H.。

上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，16进制则为00H。

然后单片机转向上半部第二列，仍为P05点亮，为00000100，即16进制04H.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，P21点亮，为二进制00000010，即16进制02H.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为：

04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H

04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H

05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H

04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H

由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。

不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，我们就不必自己去画表格算代码了。

软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。

我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。

在这个例子里，由于一共用到16行，16列，如果将其全部接入89c51单片机，一共使用32条I/O口，这样造成了I/O资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。

实际应用中我们使用4-16线译码器74ls154来完成列方向的显示。

而行方向16条线则接在P0口和P2口。

电路中行方向由P0口和P2口完成扫描，由于P0口没有上拉电阻，因此接一个4.7k*8的排阻上拉。

如没有排阻，也可用8个普通的4.7k1/8w电阻。

为提高负载能力，接16个2n5551的NPN三极管驱动。

列方向则由4—16译码器74LS154完成扫描，它由89C51的P1.0---P1.3控制。

同样，驱动部分则是16个2N5401的三极管完成的。

电路的供电为一片LM7805三端稳压器，耗电电流为100ma左右。

2.3确定系统基本结构及硬件设计

本单片机应用系统结构是以单片机为核心外部扩展相关电路的形式。

确定了系统中的单片机、存储器分配及输入/输出方式就可大体确定出单片机应用系统

的基本组成。

第三章系统硬件电路的设计

系统硬件电路的设计是本课题设计的重点，硬件电路主要包括单片机的最小系统的设计、显示电路的设计、键盘电路的设计、温度测量电路的设计、温度控制电路的设计、电源电路的设计。

3.1AT89S51芯片的介绍

3.1.1AT89S51芯片的性能和特点

在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51，AT89S51更实用，因它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89XX做的编程器均带有这些功能。

显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。

而且，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。

AT89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，与AT89C51比较，AT89S51在工艺上进行了改进，采用0.3511m新工艺，成本降低，而且将功能提升，增加了竞争力。

AT89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。

比较AT89C51和AT89S51二者有如下不同：

Ø

程序存储器写入方式：

二者的写入程序的方式不同，AT89C51只支持并行写入，同时需要VPP编程高压。

AT89S51则支持ISP在线可编程写入技术。

串行写入、速度更快、稳定性更好，编程电压也仅仅需要4~5V即可。

市场价格：

由于AT89C51己经全面停产，所以在市场价格方面，库存的89C51的批发价格要比AT89S51贵将近一倍。

兼容型：

AT89S51向下兼容AT89C51，就是说用AT89S51可以替代AT89C51使用，同样的程序，运行结果相同。

加密功能：

AT89S51系列全新的加密算法，这使得对于AT89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

抗干扰性：

内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

电源范围：

AT89S51电源范围宽达4~5.5V，而AT89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。

工作频率：

目前AT89S51的性能远高于AT89C51，AT89S51系列支持最高高达33MHz的工作频率，而AT89C51工作频率范围最高只支持到24MHz。

编程寿命更长：

AT89S51标称的1000次，实际最少是1000次~10000次