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LED广告屏设计
毕业设计（论文）
专
业
班
次
姓
名
指导老师
二0一三年
LED广告屏设计
LED广告屏的开发和设计
摘要
LED点阵广告牌在大街小巷随处可见，它的应用领域现在极其广泛。
像证券交易、金融信息的显示，LED显示屏需求量差不多上专门大的。
而这些LED的最差不多单元差不多上8*8的点阵，它是组成汉字及其其它图形的基础。
此次的设计确实是采纳单片机作为要紧操纵单元核心，来实现一个简单的LED点阵汉字显示系统。
通过单片机对行列扫描的操纵，配合程序的运用，来实现显示、滚动、暂停以及调速。
汉字的显示确实是字模以极快的速度在屏幕上循环，超过一定的速度，由于人眼的暂留效应，就会认为是完整地显示了汉字。
把字模按一定的速度依次调用显示，在我们视线中就看起来字体在滚动。
在此次的设计中，要紧用到了单片机的串口通信技术，如此不仅节约了单片机IO口的数目，而且是程序更加简洁。
LED显示汉字技术相信在今后还会得到更加广泛的应用，它在我们日常生活中占得地位相信也会愈来愈重要。
关键词：
单片机LED点阵汉字显示
名目
摘要I
1.绪论1
1.1引言1
1.2LED显示屏的特点1
1.3LED显示屏产品的优势2
1.4设计任务及要求3
2系统设计及其硬件电路设计3
2.1总体系统设计3
2.1.1实现方法选取4
2.3硬件电路设计6
2.3.1显示电路6
2.3.2列驱动电路6
2.3.3行驱动电路7
2.3.4复位电路7
2.3.5晶振电路8
3.要紧器件简介8
3.1STC11F32单片机简介8
3.274HC595简介11
3.374LS138简介13
3.44953芯片介绍13
4单片机串口通行介绍14
4.1
14
STC11F系列单片机串行通信接口
4.1.1串行口的结构与组成145软件和程序设计18
5.1字模软件18
5.2程序流程图19
5.2软件各子模块设计20
5.2.1写入74HC595程序的设计20
5.2.2列驱动程序的设计21
5.2.3行驱动程序设计22结论23
致谢24
参考文献25
附录26
英文翻译原文错误!
未定义书签。
译文错误!
未定义书签。
程序源代码错误!
未定义书签。
原理图错误!
未定义书签。
第一章绪论
1.1引言
近几年，LED显示屏的进展专门迅速，大街小巷到处充斥的LED的广告流淌字幕。
这与它本身所具有的优点分不开的。
这些优点概括起来是：
亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳固。
LED的进展前景极为宽敞，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光平均性，可靠性、全色化方向进展。
LED显示屏采纳了低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、防水、规格品种多等优点，能够满足各种不同应用场景的需求，进展前景专门宽敞，被公认为最具增长潜力也是进展最快的的LED应用市场。
随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等重大赛会的举办，体育场馆、车站、机场、医院、银行、商业场所、公共广场、居民社区的大面积应用，LED显示屏的市场应用空间持续扩大。
LED显示最早的设计方案为点阵模块方案，由室内伪彩点阵屏进展而来。
它的优势是原材料成本较低，且生产加工工艺简单，质量稳固。
缺点是色彩一致性差，马赛克现象较严峻，显示成效较差。
1.2LED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；按照图素的数目分为等，双原色、三原色等，按照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，如果按照脉冲方式操纵二极体的点亮时刻，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，但这类有用装置常通过微机或单片机操纵驱动。
由led点阵显示器的内部结构可知，器件宜采纳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。
大屏幕显示系统一样是将由多个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操纵系统，组合在一起后只要引入一个总操纵器操纵各模组的命令和资料即可，这种方法既简单而且具有易展、易修理的特点。
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、操纵方便，但硬体接线复杂，在实际应用中一样采纳动态显示方式，动态显示采纳扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次持续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。
1.3LED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）极大的提升了图像的稳固性。
2.高的灰度级，使常规真彩数据RGB各8位（256级数据）分不扩展为14位，并通过局部操纵扫描的方式，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，按照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（按照查色表）不伦差值如何改变，在该亮度范畴内可实现16384级的灰度，从而极大的提升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剂100级软件调剂、硬件16级亮度调剂。
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，又提升了工作效率，使显示屏可在不用空调降温的条件下正常工作。
6.采纳数据分块处理，各块同步并行通讯的方式，极大的提升通讯速度。
7.远程通讯使用千兆网高速数据通讯芯片，采纳光电隔离技术，从而极大的提升了防静电防雷击的性能。
8.显示屏可通运算机网络系统进行远程操纵。
9.具有先进的显示屏内温、湿度、烟雾监控，适时调剂温湿度并有报警功能。
1.4设计任务及要求
此次设计要紧确实是利用STC11F32单片机作为操纵，由LED点阵作为显示器，配合其他的一些外围的电路来实现点阵式汉字，并进行一些功能扩充。
要紧内容为:
熟悉把握STC系列单片机远离及编程；设计单片机的最小系统电路；设计LED广告屏电路设计LED广告屏的功能程序调试LED广告屏系统；
2系统设计及其硬件电路设计
2.1总体系统设计任何设计都要有一个打算，一步一步地进行。
电子设计更是如此，第一要确定要使用的电子元器件，画出差不多的流程图，确定硬件电路，设计软件，仿真，焊接电路。
整个设计从功能上应该可分为三个模块：
中心操纵模块、行列驱动模块、显示模块。
中心模块确实是由单片机操纵的，是整个系统的核心，要紧用来输出组成汉字的信号。
行列驱动确实是用来传输汉字的信号的，显示模块，即最直观的部分，确实是显示功能。
显示模块
图2-1总体设计方案图
2.1.1实现方法选取
数据传送方式的选择：
单片机的输出有并行输出和串行输出，并行输出尽管节约时刻，但占用的位比较多，它的输出是并行的，因此就需要几位数据同时从几个端口输出。
而串口尽管要一位一位输出，但其只需要一个端口就能输出多位的数据。
尽管并行效率高，但占用的IO口太多，而此次设计需要的IO口远远超过了单片机的并行输出IO口，因此在信号输出的方式选择上要采纳串口通信模式。
显示模块工作方式的选择：
图文显示一样有静态和动态显示两种方法，静态显示尽管设计简单，但其占用的管脚太多，如本设计中16*32的点阵共有512个发光二极管，明显单片机没有这么多的端口可供使用，但如果采纳锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来运算，16*32的点阵需要512/8=64个锁存器。
那个数字也不实际，因为我们仅仅是16*32的点阵，而在实际应用中的显示屏往往要更多，如此在锁存器上花的成本确实是一个专门庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采纳这种设计，而采纳动态显示的显示方法。
动态扫描的意思简单地讲确实是逐列轮番点亮，如此扫描驱动电路就能够实现多列的同名行共用一套驱动器。
就16*16的点阵来讲，把所有同1列的发光管的阴极连在一起，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，先送出对应第一列发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1列使其燃亮一定时刻，然后熄灭；再送出第二列的数据并锁存，然后选通第2列使其燃亮相同的时刻，然后熄灭；以此类推，第16列之后，又重新燃亮第1列，反
复轮回。
当如此轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳固的图形了。
如下所示：
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。
在本例中单片机第一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，连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，从上图能够看到，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.这一列完成后连续进行下半部分的扫描，P21点亮，为二进制00000010，即16进制0
2H.按照那个方法，连续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，能够得出
汉字“大”的字模代码为：
04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H
04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H
05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H
方
19
L1
L1
5
101
70
7
23
71
87
1
135
14
2L
24
0
72
88
2
136
14
6
L4
1
L
L
L1
96
L1
D17
D17
39
55
93
95
151
15
159
120
127
128
181
182
D189
D190
D191
D192
119
D20
D197
D19
D19
D16
D183
2L6
82L1
L72L7
L112L1
2L
1682L162L
32L3
L52L5
22L2
L102L1
1042L82L8
我们设计的是一块16*32的LED显示屏，如下图：
然而显示原理也是通过STC11F单片机操纵外围电路对整个屏幕进行扫描，用74HC138译码
185D193
186D194
法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上
器和4953芯片作为行驱动对屏幕上的16行进行扫描操纵，用74HC595作为列驱动对屏幕上的32列进行扫描操纵，按照人眼的视觉暂留成效，完成汉字的显示
H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H
个原理能够看出，不管显示何种字体或图像，都能
02L20
11
H1
347
3
每一列HH910
H11
352
H1
分不为H13
H14
H1
466
H1
467
D333
D341
D321
D322
D323
253
D313
D337
254
43
46
4L示24L2D电484L3
299
D30
28
29
D32
34L
3044L154L
4L164L
4L144L1
2804L124L1
270
04L
L3
D262
D4示450D446L31L31
L114L1
D217
77
227
62
78
228
64
80
230
4L4
L54L
L64L6
发DD光336678二DD3377极87管DD338887组合DD339987而
D379D389D399
1
L22
L232L23D3802L242L24D3902L252L25D4002L262L26
把D437D447
4L174L
325
D336
D334
4L
D34
DD44他3389的DD444489每
D493
D494
490
495
D412
D413
263L26D4143L273
第D489
他是由16行32列一共DD445598行由H1到H16来表示，L322L32每四个二极管是一组，、3L323L2、4L2以此类推。
456L3
457
4602L322L
461
下462
463
4643L32
551101
5124L324L32
图2-3显示电路
2.3.2列驱动电路
SR10
SRCK11
SER414
RCK
GQA
RCKQB
QC
SRCLRQD
15L9
1L10
RCK
SER59
SRCKQE
SERQF
QG
QH1QH
C9
UL
104
RCK
2L11
3L12
4L13
5L14
SR10
SRCK11
SER514
GQA
RCKQB
QCSRCLRQD
6L15
7L16VCC
SER69
SRCKQE
SERQF
QG
QH1QH
列SQNA驱74HC动15595L电17路包13
1L18RCK12
4
G
RCKQB
2L19
152L9
12L10
SER89
2L15
2L16
22L11
32L12
42L13
52L14
SR10
SRCK11
SER714
RCK
GQA
RCKQB
QCSRCLRQD
SRCKQE
SERQF
QG
154L9
14L10
24L11
34L12
44L13
54L14
64L15
74L16
1SQN6A74H个C1559527L147HC513
RCKQB
12L18RCK
22L19
RCKQB
4一HC155个953L1774H13C
13L18RCK12
QH1QH
8154个L17并行输
RCKQB
QC
14L18
24L19
出端SSRR连CK1101接着SSRRCCLKRQQQ8DCE组43由LL2201四SSRR个CK11二01极SSRRCC管LKRQQQDCE组成3422的LL2210SSRRCLK1101灯SS组RRCCLK。
RQQQCDE如34：
33LL22第10SS一RRCK行1110第SSRR一CCLKRQQQ个DCE34447LL22410HC595
SER814
SERQF
5L22
6L23
SER914
SERQF
操纵SER9L91到QH1LQQ8HG这7L284个SER灯109组，QH1第QQHG
VCC
74HC
52L22SER1014
62L23
SERQF
2L2744SEHR1C1959Q5H1操QQHG纵7着3L242LSER112到9
9Q5H1
KQESERQFQ2H1LQQ8HG
这784L2个4灯组。
595操纵L9到L16这
第二行第C一1310个4
SN74HC595U2L4SN74HC595
6QA这1158LL22个56灯RCK组1132，G以Q此A类115推22LL2256。
SSRRC
K1101
SRC
的K11操
RCKQB
QC
SER139
灯组
SRCKQESERQF
QG
QH1QH
SR10
SRCK11
5L30
SER1314
SER149
111236
C1
个灯组，第
C16104U3L4SN74HC595U4L4
个G7QA4H11C5335LL22965R5CK完1132成了G
U3L4SN74HC595
2
2L27
SR10
3
2L28
4
2L29
SRCK11
5
2L30
SER1414
6
2L31
SER159
7
2L32
RCK
RCKQB
QCSRCLRQD
SRCKQESERQFQG
QH1QH
SRCKQESERQFQG
QH1QH
RCKQB
QCSRCLRQD
23L27
33L28
43L29
53L30
63L31
73L32
SR10
SRCK11
SER1514
SER169
74HC595操纵
RCKQB
QCSRCLRQD
SRCKQE
SERQF
QG
QH1QH
4HC595
4H1C1152595448LL2256个LED
图2-4列驱动电路
2.3.3行驱动电路
行驱动电路包括1个74HC138和4个4953，按照A和B的值的不同，分不会输出Y0、Y1、Y2、Y3四个不同数据，当A=0、B=0时，输出Y0;当A=1、B=0时，输出Y1；当A=0、B=1时，输出Y2；当A=1、B=1时，输出Y3。
通过4953芯片，Y0操纵1、5、9、13行，Y1操纵2、6、10、14行，
（b）4953
图2-5行驱动电路
2.3.4复位电路
复位是单片机的初始化操作，它的要紧功能是把PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱逆境
也需要按复位键以重新R启ST动。
C复C2位方式V有C自C动复位和手动复位两种。
本系统采纳手动复位方式复位。
RST引脚是复位应连续24个
R振2荡脉冲
10KC6
104
信号的1输0入U端。
复位信号是高电平有效，其有效时刻周期以上。
图2-6复2位电1路
2.3.5晶振X电路X
晶振电路用于产生程序运行所需的时钟信号，时序是指令执行中各信
C4
在AT89C51单片机内部是带有时钟电路的，因此，只需要在片外通过可构成一个稳固的自激振荡片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XT
号之间的先后关系Y。
1单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应该在统一的时钟信号操纵下按时序进行工作。
XTAL1和XT2A0L32P0引脚M接H入Z定时操纵元
器。
在AT892C501P芯
AL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容就能够了
图2-7晶振电路
3.要紧器件简介
3.1STC11F32单片机简介单片机确实是一个微型电脑，它的内部也用和电脑功能类似的模块，例如中央处理器CPU、随机储备器RAM、只读储备器ROM、中断系统、定时器/计数器、I/O接口等半导体集成电路芯片，它要紧是作为操纵部分的核心部件。
单片机是一种在线式实时操纵运算机，在线式确实是现场操纵，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式运算机（例如家用PC）的要紧区不。
单片机必须靠程序运行，同时能够修改。
通过不同的程序实现不同的功能，专门是一些专门的功能，这是不的器件需要费专门大力气才能做到的。
因为单片机通过编写的程序能够实现高智能，高效率，以及高可靠性。
单片机广泛应用于仪器外表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化治理及过程操纵等领域。
STC单片机是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是由笙泉科技设计，国内宏晶公司贴牌生产的，那个芯片设计的时候就吸取其它51系列单片专门容易被解密的教训，改进了加密机制。
STC11系列单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
内部集成的FLASH寿命可达10万次，同时完全支持ISP和IAP功能。
该系列针对不同功能、电压、封装等的型号规格专门齐全。
所有的STC11/10xx系列单片机内部都固化了宏晶科技的ISP程序，不需要并行编程器，通过RS232串口就能够烧录用户程序。
但一些系统为了程序保密或者采纳其他诸如RS485通讯或其他通讯方式的需要，仍旧需要自己编写ISP程序用于系统升级。
在STC11/10xx系列单片机中以IAP打头的芯片型号，用户程序和数据FLASH是统一寻址，承诺在用户程
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