张光飞 杨之建 袁欢 LED线阵显示屏研发设计.docx

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张光飞杨之建袁欢LED线阵显示屏研发设计

2013年滨州学院大学生电子设计竞赛：

LED线阵显示屏设计

设计报告

参赛队员：

张光飞专业：

12应电专4

参赛队员：

杨之建专业：

12应电专4

参赛队员：

袁欢专业：

12应电专4

日期：

2013.05.06

摘要

旋转led显示屏是利用机械转动扫描的一种方式，以AT89C52单片机为核心，由键盘、驱动电路、LED显示、语音模块、超声波、12864液晶、点阵、红外控制等功能模块组成。

基于题目基本要求，本系统对驱动电路和字形显示进行了重点设计。

本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。

本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,发挥部分也得完全的实现,而且有一定的创能。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

关键字：

单片机LED旋转屏字形显示

SUMMARY

TherotatingLEDdisplayisawayofusingthemechanicalrotationscanning,AT89C52microcontrollerasthecore,functionbythekeyboard,drivecircuit,LEDdisplay,voicemodule,ultrasonic,12864liquidcrystal,lattice,infraredcontrolmodule.Basedonthebasicrequirements,thesystemisfocusedonthedesignofthedrivingcircuitandthefontdisplay.Thissystemmostofthefunctionscanberealizedbysoftware,absorbedtheideasofhardwareandsoftware,sothatthecircuitissimple,thestabilityofthesystemisgreatlyimproved.Thissystemnotonlytoachievethesuccessofthebasicfunctionalrequirements,playisfullyrealized,butalsohaveacertainenergy.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

Keyword:

MCULEDrotaryscreenfontdisplay

1系统设计

1.1设计背景

基于对视觉暂留效果的想象与发挥，在控制器的管理下，完成一些字形的转换与发挥功能。

以及初学者对控制器（单片机）的利用与实践的，以此来满足我对电子设计的热爱，与好奇之心。

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1.2结构的设计

设计总体框图如图：

数码管

12864液晶

点阵显示屏

单片机

语音控制

超声波

电机驱动

键盘

语音模块

电刷

红外

13个Led灯

图一系统框图

1.3模块方案比较与论证

1.3.1显示部分:

显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED线阵以及数码管显示有以下两种方案：

方案一：

静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0和1表示,若为1,则表示LED无电流,即暗状态;若为0则表示二极管被点亮。

若给每一个发光二极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有LED的状态保持到下一幅画。

对于静态显示方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。

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方案二：

动态显示，对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。

动态显示方式,可以避免静态显示的问题。

但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。

因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。

动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式,复用的程度不是无限增加的,因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短,发光的亮度等因素.我们通过实验发现,当扫描刷新频率（发光二极管的停闪频率）为50Hz,发光二极管导通时间≥1ms时,显示亮度较好,无闪烁感.。

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经过上述两种方案比较,我们采用方案二。

1.3.2芯片的选择：

方案一：

采取并口输入，能更准确的控制到每一个led。

使led旋转屏能呈现更好的效果。

方案二：

选取串口输入，但驱动力弱，对于旋转LED显示屏来说不稳定。

经过上述两种方案比较,我们采用方案一。

1.3.3键盘选择：

方案一：

采用独立式键盘。

由于各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。

此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。

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方案二：

采用行列式键盘。

它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上，行线信号和列线信号分别通过两个接口和CPU相连，通过行列扫描法判定按键的位置。

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方案三：

采用并串转换。

将口线数据输入到单片机的串行口，利用串行通信方式0扩展键盘接口，这样节省了IO口，但牺牲了速度。

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综合考虑，采用方案一与方案二的巧妙结合。

1.3.4电机驱动模块：

方案一：

使用高耐压复合晶体管芯片ULN2003来驱动电机。

方案二：

使用L298N电机驱动模块。

ULN2003最大工作电流为500mA，对于本系统中的直流减速电机驱动能力不足。

相反，L298N电机驱动芯片工作电压高，最高工作电压可达46V，内含两个H桥的高电压电流全桥式驱动器可以很好的控制本系统中的直流减速电机。

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故采用方案二。

1.3.5液晶的选择：

方案一：

带中文字库的128864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

方案二：

12232具有2560位显示RAM（DDRAM），即80×8×4位具有与68系列或80系列相适配的MPU接口功能，并有专用的指令集，可完成文本显示或图形显示的功能设置塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

综合考虑，我们采用方案一的串口，既节省了IO口，和得到更多的显示信息。

1.4创新点

1.4.1利用电刷合理巧妙的把单片机和led灯的连接；

1.4.2利用键盘控制，红外遥控，语音控制多项控制模式；

1.4.3开关控制；

1.4.4超声波测距离语音提示功能（当人的距离离显示屏两米之内时系统自动提示“为了您的视觉效果，请到两米以外观看，谢谢”）；裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

1.4.5数码管距离的显示以及转速的显示；

1.4.6液晶、点阵、显示屏多功能显示的同步结合；

2系统的硬件电路设计

2.1AT89C52单片机系统

系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。

下图为AT89C52单片机。

AT89C52片机仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。

2.2键盘模块

键盘模块：

为了使软件编程简单，每个按键都通过一个4.7K的上拉电阻接电源VCC,按键的另一端接地。

当有键按下时，与该键相连的P3口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED。

模块电路如图绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。

键盘电路

2.3led显示驱动

在单片机的IO口串联一个电阻与led相连，最后接到VCC上。

当IO口为低电平时点亮led灯。

2.4电机驱动

L298N是直流电机和步进电机两用驱动器。

分别为M1和M2。

引脚A，B可用于输入PWM脉冲调制信号对电机进行调速控制。

实现电机正反转更容易，输入信号IN1接高电平输入段接低电平，电机正传，反之反转。

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2.5时钟和时钟电路

时钟是单片机的核心，相当于单片机的心脏，单片机中的晶振为11.0592M。

频率决定了单片机的运行速度，波形的好坏取决于单片机的稳定性，需要在晶振两个引脚接两个电容。

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2.6电刷

在电机旋转部分与静止部分之间传导电流的主要部件之一。

具有良好的滑动接触特性，对电阻率和接触电阻等也有特殊要求。

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2.7复位电路

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。

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VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。

工作期间，按下S，C放电。

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S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。

几个毫秒后，单片机进入工作状态。

2.8电源电路

由于单片机工作时有一定的电压范围，当外界电源电压波动时会引起单片机复位活不正常工作。

如果我们利用电池供电时，电池会随充电和放电而产生电压波动，因而不能直接给单片机供电的。

为了解决这个问题需要加稳压电路。

在输入直流电压和负载之间串联入一个三极管，用三极管的管压降代替稳压二极。

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电源模快稳压电路

管电路中的稳压电阻R。

当UI或RL变化引起输出电压UO变化时，UO的变化将反映到三极管的发射结电压UBE上，引起UCE的变化，从而调整UO，以保持输出电压的基本稳定。

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2.9数码管，锁存器

码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

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锁存器（Latch）是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。

锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。

锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。

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2.10超声波测距模块

一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。

一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值。

此时就为此次测距的时间。

方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到移动测量的值了。

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3软件系统设计及实现软件设计

3.1工作原理

利用AT89C52单片机作为本系统中的控制模块。

LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机内部的数据显示出来。

在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

本次旋转led可以归纳为动态扫描和机械旋转两部分，实质就是机械转动配合起来的动态扫描技术。

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旋转扫描有不同的形式，但我们的显示器件只有一列，由机械转动到某一位置时就显示该位置的状态，倒下一位置又显示下一位置的状态，即一列图像完成全部图像的显示，扫描过程由电机转动更换位置来实现的。

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在显示转动时，显示内容的稳定与否取决于与led发光时间的配合精度