滚动广告牌的设计.docx

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滚动广告牌的设计

学号：

1108441075

本科毕业论文（设计）

（2015届）

滚动广告牌的设计

院系电子信息工程学院

专业电气自动化

姓名华荣文

指导教师王俊杰助教

李大创副教授

2015年1月

摘要

当今社会，广告成为公共开放地信息传递手段。

广告成为商品生产者、经营者和消费者之间信息传递的重要手段，行业内以及行业间的竞争日趋白热化，以前“酒香不怕巷子深”的状态已经完全不存在了。

市场竞争竞争不断升级，广告也在所谓的“媒体大战”中不断成长，LED广告牌的出现是广告媒体发展的结果。

它也成为最有效最性价比高的宣传方法。

在我们生活中LED滚动广告屏随处可见，滚动LED点阵显示屏作为一种新兴的显示信息的媒介走进我们的日常生活，它是由很多个的LED发光二极管封装在一起形成的。

通过LED点阵能够显示数字、图像和文字。

LED电子广告牌随处可见，对我们的生活也提供了很多便捷。

也是信息传达的一种直接有效的方式。

在车站吵闹的时候我们可以通过看LED广告牌清楚的知道自己所要乘坐车辆的动向。

在逛街时有时醒目的电子广告牌映入眼帘，吸引了顾客达到了商家想要的效果。

LED电子显示屏广告作为一种新的电子动态文本，是一种可以连续工作本身工作的信息发布媒体也是走在前列的消费吸引了成千上万的眼神中的广告的武器。

什么样的个人及品牌的公司可以利用LED电子显示屏，以吸引顾客，介绍产品，商品和宣传，为企业创造更多的财富。

本设计利是一种基于STC89C52单片机的16*16点阵显示屏的设计，充分利用STC9C52单片机良好的稳定控制特点。

配合锁存器和寄存器，利用三极管放大电路使得点阵屏有规则的点亮。

显示出我们想要达到的文本。

从而达到我本次设计的目的。

其中STC89C52单片机负责对整个系统进行总体控制，设计中使用4块8*8单红色点阵屏来组成16*16点阵屏，通过74LS154译码器来控制点阵的行方向的控制，而列方向的控制采用两片串行输入八位并行输出的74LS595级联来控制，通过快速的动态刷新来显示我们需要的内容，已达到动态显示的目的。

这样的设计既实用又能结合我大学所学到的知识，也算是一个课堂只是的良好应用。

关键词：

点阵；单片机；译码器；动态扫描。

Abstract

Today'ssociety,advertisinghasbecomeopentothepublicmeansofinformationtransmission.Advertisingcommodityproducers,animportantmeansbetweenoperatorsandconsumersofinformationtransfer,intensifiedcompetitionwithintheindustryandbetweentheindustry,theformer"sellthemselves"thestatehasbeencompletelynon-existent.Escalatingcompetitioninthemarketcompetition,advertisingisalsocalled"mediawar"inthegrowing,LEDbillboardadvertisingistheresultoftheemergenceofmediadevelopment.Ithasalsobecomethemosteffectiveandcost-effectivepromotionalmethods.InourliveseverywhereLEDadvertisingscreenscroll,scrollLEDdotmatrixdisplayscreenasanewmediumofinformationintoourdailylives,itiscomposedofanumberofLEDlight-emittingdiodepackagetogethertoform.ByLEDdotmatrixcandisplaynumbers,imagesandtext.LEDelectronicbillboardseverywhere,onourlivesalsoofferalotofconvenience.Isadirectandeffectivewaytoconveyinformation.NoisyatthestationwhenwecanseetheLEDbillboardknowexactlywhatyouwanttotakethemovementsofthevehicle.Whenshoppingsometimesstrikingelectronicbillboardgreets,attractingcustomerstoachievethedesiredbusinessresults.LEDelectronicdisplayadvertisingasanewelectronicdynamictextisaninformationitselfcanworkcontinuouslyreleasetheforefrontofconsumermediaalsoattractedtheeyesofthousandsofweaponsandadvertising.WhatkindofpersonalandbrandcompaniescantakeadvantageofLEDelectronicdisplaytoattractcustomers,introductionofproducts,goodsandpropaganda,tocreatemorewealthfortheenterprise.

ThisdesignisbasedonLeeSTC89C52microcontrollerdesign16*16dotmatrixdisplay,andmakefulluseofthemicrocontrollerSTC9C52goodstabilitycontrolfeatures.Withlatchesandregisters,useatransistoramplifiermakesregularlatticescreenlightsup.Showsthetextwewanttoachieve.SoastoachievethepurposeofthisdesignI.STC89C52microcontrollerwhichisresponsiblefortheoverallcontroloftheentiresystemisdesignedtousefour8*8toformasinglereddotmatrixscreen16*16dotmatrixscreen,74LS154decoderiscontrolledbycontrollingthedirectionofthelatticelines,andthecolumncontrolthedirectionoftheserialinputusingtwocascaded74LS595eightparalleloutputscontrolledbyfastdynamicrefreshtoshowwhatweneed,hasreachedthepurposeofdynamicdisplay.canbeconsideredagoodclassroomapplicationsonly.

Keywords:

matrix; singlechipmicrocomputer; decoders; dynamicscanning

第1章引言

1.1研究背景及意义

本论文主要围绕LED点阵的特点开展的点阵设计，设计中的难度很多如限流电阻的计算，扫描时间的控制，软件程序如何设计等，下面我们就介绍下点阵的设计。

1.2LED电子显示屏概述

LED显示屏：

是一种平面显示器，由小的LED模块面板拼接而成。

LED发光二极管，这是一种发光二极管显示模式控制了镓、砷、磷和氮（N）二极管组成，当孔与电子复合辐射的可见光，因此可用于制造发光二极管在电路的工具。

作为指示剂，或文字或número.el红磷砷化镓二极管、发光二极管间隙的绿色，黄色的头发碳化硅二极管、蓝色铟氮）。

LED显示屏通常用于显示视频图像和视频信息等数据信号LED显示半导体二极管相同的排序，使用不同的半导体材料可以生产LED矩阵元素目前广泛使用的像素的红色，绿色，黄色，绿色和蓝色LED到实践的发展阶段。

LED二极管显示屏亮与灭控制显示文本、图形和动画等各种市场显示信息。

因为它是光亮度高，视野开阔，低电压功耗，寿命长，稳定性和抗冲击等优点。

因此，广泛应用于车站、码头、机场、马路、商业街市场建设招标、工业企业管理和其他公共场所。

第2章总体设计

一个完整的系统的实现，考虑到各种各样的问题，所以是LED点阵的设计，下面我来说说我的设计。

2.1显示单元的选择

显示一个简体字，至少需要16×16点阵来表示。

为了能在比较远的地方也能看到显示效果，本设计采用4个8×8点阵，16×16点阵由像素直径5mm的红色LED模块拼接成的LED阵列。

因此，每个汉字显示12厘米大小，它仍然可以清楚地看到50米。

本设计要求整个屏幕能显示“电气一班华荣文”一系列汉字，则需要16*16红色点阵滚动显示。

2.2显示方案的选择

显示方案是本次设计需要考虑最核心的部分，对于LED点阵显示有下面两种方案：

方案一：

静态显示，在每个二极管的状态，分别为0和1，0为不发光二极管的电流，1为发光二极管的电流。

它的每一段都与一个独立的并行口相接，而公共端则根据数码管的种类连接到VCC或GND端。

对于需要多线程译码及驱动装置，越来越复杂，成本高，可靠性低。

方案二：

动态显示，就是分割画面，在每个部分的显示模式是动态的，可以避免设计问题，如果不妥善处理，可能会导致较低的亮度和亮度的问题。

要保证电路设计易于实现，保证图像稳定，无闪烁技术。

多路复用模式的动态扫描显示，动态显示是没有增加，因为我们看到的是一个稳定的图像的影响的持久性和持续时间的发光二极管的亮度等。

结果发现，当升级（发光二极管光的闪烁频率为50Hz，频率）等于或大于1ms的时间驱动的发光二极管的亮度，无光泽，更好。

鉴于上述原因,我们采用方案二。

2.3关于屏幕的可扩展性

除了设计的基本要求，也是实现显示单元的数量可任意扩展。

在传统的并行传输，因为由列地址线中的数据锁存器的限制的数目，并且可以在不增加显示单元，并且为每个显示单元的不同的电路结构，印刷电路板的结构是不同的，与权利要求的模块化设计完全不符合。

因此摒弃了传统的并行传输模式，以及独特的串行锁存器的技术，该总线可以通过控制数据的五列来实现锁存每个显示单元。

板之间不只是简单的连接，它难以减小PCB布局和布线。

印刷电路板各显示单元是完全相同的，便于批量生产。

2.4单片机控制器的考虑

因为这种设计采用软件来实现滚动效果，并且在串行模式的传输模式。

因此，微控制器单元的处理速度的要求较高，高速8位微控制器的ARM7的选择。

ARM处理速度快，但对于应用程序，ARM的资源严重浪费的屏幕内，和更高的成本。

因此，选择高速8位单片机作为控制器，一个共同的高速8位微控制器AVR微控制器系列都有，C8051F单片机，单片机STC89C52。

这些类型的单片处理速度可以达到1MIPS/兆赫（以每秒百万指令1MHz的处理能力的时钟频率），但AVR单片机时钟频率限制仅至16MHz，而类似C8051F系列的SOCARM7，时钟速度为100MHz，但它是一种资源的浪费其内部丰富的，而且价格很高，在相当浪费的控制单色屏幕。

因此，STC89C52系列单片机的最佳选择，最高时钟可达40MHz，和接口和存储器资源丰富，价格很低。

2.5关于点阵数据的存储方式

目前最广泛使用的技术是将串通过PC软件转换将被显示为通过根据寻址存储在E2PROM经过一定顺序编程这些字形数据的方式对应的数据的点阵。

在屏幕显示的过程中规定的E2PROM矩阵数据处理的方式被除去。

对于一个16×16点阵字库的数据，你需要一个连续的32个字节的E2PROM的空间来存储。

即便如此，如果你需要显示256个字符，你需要的E2PROM存储空间至少32B×256=8192字节（8KB）。

通常没有集成单片机内部的这样一个大容量的E2PROM。

所以这个程序，你需要扩展大容量外置MCUE2PROM，额外的硬件成本。

PC编程，因为它涉及到中国的模数，模量较大的难度算法。

在多字下载时间的传输时间较长。

设计的许多缺点，放弃了传统的方案。

因为本设计只需要很少的显示内容所以直接保存在STC89C52中是足够的，因此没有使用外部设备。

第3章硬件电路设计

3.1整体设计框图

经过对此设计的了解，为了能够达到实验目的，使用单片机STC89C52作为本系统的主要控制单元。

LED点阵显示屏是显示单元，把单片机送来的数据翻译后显示出来，并且还能够滚动显示。

硬件整体设计框图如图1所示：

图1整体设计框图

3.2主控电路

本设计使用主控电路控制来实现LED点阵显示屏上字符滚动显示，主控制器采用单片机STC89C52。

STCSTC89C52是一种低功耗，高性能CMOS8位单片机制作可编程闪存在系统8K字节。

采用STC89C52经典MCS-51内核，但做了很多改进，使传统的51微控制器芯片具有不可用的功能。

在一个芯片上，拥有灵巧的8个CPU和系统内可编程闪存，使得STC89C52提供高度灵活，超有效的解决方案为许多嵌入式控制应用。

STC89C52外部结构及特性：

包装有两种方式：

双列直插式封装（DIP）和一个40平方英尺的44引脚封装（PLCC），行40引脚封装（DIP）和外部总线结构如图2所示：

图2STC89C52引脚排列

STC89C52单片机内包含的具体部分如下：

一个8位CPU。

一个片内振荡器及时钟电路。

8KBFlash程序存储器。

256BRAM数据存储器。

三个16位定时器/计数器。

可寻址64KB的RAM和64KB的EEPROM空间的控制电路。

32条可编程的I/O线（4组8位并行I/O端口）。

一个可编程全双工串口通信。

8个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

3.3LED点阵显示电路

本设计使用的是4块8*8单色点阵屏设计16*16点阵屏，采用单色显示，进行显示所要显示的字符，通过74LS154译码器来控制点阵的行方向的显示，而列方向的16条线则由74LS595的八位并行输出端控制。

3.3.174LS154的总体结构

1、总体特点

高速CMOS元件416线译码器74LS154高性能存储器。

与大部分ttl和dtl电路完全兼容。

74ls154用门电路输入通道解码器不可以用来输出端上的普通逻辑和旁听解码器扩展。

使门电路包括两个假信号，输入必须设为低，输出端选择可以用作为输入数据输入，74ls154真之1-16的多路分配器。

其余用低输入时将地址输出的应用状态。

DIP封装引脚图如图5所示：

图574LS154引脚图

2、参数列表

74LS154

基本参数

电压

2.0~6.0V

驱动电流

+/-5.2mA

传输延迟

11ns

逻辑电平

CMOS

功耗考量

低功耗或电池供电应用

封装与引脚

SO24，SSOP24，DIP24，TSSOP24

3.3.274LS595的总体特点和工作原理

1、总体特点：

74LS595是8位串行输入转并行输出移位寄存器，有数据存储寄存器，三态输出功能。

数据在SHcp的上升沿输入，在SHCP上升沿输入数据，在管理存储寄存器访问上升沿。

移位寄存器和存储寄存器两个单独的时钟。

如果两个时钟连在一起，那么移位寄存器总会比存储寄存器早一个脉冲。

在移位的过程中，输出端的数据能够保持稳定。

这在串行速度慢的场合用途很大，数码管不存在闪烁感。

其DIP封装引脚图如图7所示：

图774LS595引脚图

各引脚及其功能：

Q0~Q7

八位并行输出端

Ds

串行数据输入端

/OE

输出使能端

STcp

存储寄存器的时钟脉冲输入口

SHcp

移位寄存器的时钟脉冲输入口

/MR

芯片复位端

Q7'

并行数据输出口，即储寄存器的数据输出口

2、工作原理

当SHCP上升沿到来时，DS引脚电流电平值移位寄存器左移，在移位寄存器的下一个上升沿时，所有位的到来将是一个向左，同时，也可串行输出移位寄存器Q7高值，使8连续的次数，可以把数组的每个元素（8号）到移位寄存器；当STCP上升沿到来时，移位值将被锁存到寄存器中的锁存器，和输出从Q1~Q7针。

管的主要优点是数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。

这是在串行速度的场合非常有用，无闪烁格。

74HC595可以达到30MHz的5V电源时的时钟速度，每个并行输出端口可以承受20mA电流沉拔电流。

此功能可确保没有额外的电流放大电路的LED驱动可以很容易。

它允许500ns到结束输入上升（下降）时，仍然可以检测到的时钟脉冲严重畸形。

它可以容纳更大的传输线的对地电容，提高抗干扰能力的设计。

74HC595并联电阻20欧姆连接的输出端与LED列的模块之间的压力，这里的阻力，将红色LED并联箝位效应。

红色和绿色LED的两组正常发光。

因为工作电流的LED显示不断变化，引起系统电压波动。

高频率分量的电压波动，也有低频分量。

它可能对周围的无线电环境造成电磁污染，而在系统时钟紊乱，逻辑错误。

为了避免这种情况，接下来的每个74HC595VCC和GND的电源并联电容器，用于滤波和去耦。

系统电压稳定，旁路高频脉冲电源组件。

消除自激，降低了外国的杂散电磁辐射，提高电磁兼容性。

3.4整体电路

下面是我设计的主要部分接口电路，总体电路图见附录1（原理图）。

图3.4接口电路

3.5实物图

下面为我制作的16*16点阵实物图，正面图与背面图。

图3.5116*16正面点阵图

图3.5216*16背面点阵图

第4章软件实现

4.1概述

整个系统功能由硬件和软件，为基本形式的软件、硬件和软件的决定。

主要可以分为两类：

一是监督程序（主程序），这是控制系统的核心，特别是对于协调执行模块和运营商。

二是执行程序（子程序），进行实质性的功能。

我们要结合实验目的，就主程序和子程序相连接。

首先我们要设计系统程序方案。

制定程序框图。

了解我们每一步要干嘛。

该怎么去做好。

从而使我们的目的更容易实现。

总之一句话，我们的程序设计要简单可行。

4.2系统程序方案设计

系统程序主要包括了：

主程序、点阵显示驱动程序。

程序设计框图如下：

主程序：

对初始化显示部分的主控，在可视状态下的LED显示系统的亮度均匀性，足够的，可以显示文字和数字，文字和数字的显示应该是稳定的和清晰的无干扰。

文字显示可以移入移出。

本设计的显示内容为“电气一班华荣文”实现向右移动功能。

下面是主程序部分：

程序中首先对各个变量进行初始化，并对74HC595进行初始化，当时初始化过程完成后，开始显示处理。

//主函数

voidmain（）

{

uchari=1,j=0;

ucharX=0;

//595c初始化

Init595（）;

//循环演示

以下程序主要是对汉字的移动和显示处理：

while

（1）

{

for（j=0;j<10;j++）//循环显示10次

{

//送入16个位数据

for（i=1;i<17;i++）

{

WriteS（0xff,0xff）;//消影

Wei_154（i）;

WriteS（HanZi[i*2-2+2*X],HanZi[i*2-1+2*X]）;//显示内容

Wei_154（i）;

delay（7）;//显示

G2=0;//关闭

}

}

X++;

if（X==17*16）

X=0;

}

}

在主函数中完成函数的调用及字体的移动处理，所以使人们能看见可以移动字体显示。

点阵显示驱动程序，主要实现对74ls595和74ls154的驱动编写，已实现动态刷新画面。

4.2.1主程序设计

通过主程序对74ls595的初始化和对子程序的调用完成单片屏幕的动态刷新以达到点阵的动态显示目的。

（见附录2）

4.2.2子程序设计

本程序是用一个子程序的形式，写主程序的时候，只称分配子程序，然后调整分布和消除I/O寄存器冲突和冲突。

该计划应尽可能不使用跳转指令电话是很难理解的。

因为，每一个指令的程序结构和程序调用指令。

不同的是，该命令改变程序结构清晰，而不是一个跳转指令尽可能调用程序的使用，除了实用，很好的一个程序，当你使用你的程序，你可以直接调用这个单元功能模块。

4.2.3延时函数

因为显示原理是视觉暂留原理需要有延时控制显示。

延时函数如下：

//等待函数

voiddelay（uintz）

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=7;y>0;y--）;

}

4.2.4行选控制

通过单片机IO口控制74HC154，可以实现5线控制16线的过程。

（具体程序见附录2）

第5章实现与调试

5.1软件调试

用keil软件，编辑c语言程序并对程序实行调试。

Keilc51是一个很好的C语言软件开发系统，C语言比装配功能，结构，可读性，可维护性具有明显的优势，使用简单，等。

Keil能够实现包含C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完备开发方案，如果你使用C语言编程，那么Keil就是不二之选，平时我们学习之用也是keil。

其简单易用的集成环境令你事半功倍。

下图是keil调试程序界面：

5.2protus仿真

有了程序和硬件结构首先给LED点阵设计进行仿真，用来验证其可实现性。

这样就要用到protus仿真软件。

Proteus软件是一款EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，也能实现仿真单片机及外围器件。

也是目前比较好的仿真工具。

其简单易学易用，已受到单片机教学教师、单片机爱好者以及致力于单片机开发应用人员的喜爱。

仿真过程见下图：

仿真前电路图：

显示字“电”：

显示第二个字“气”：

显示最后一个字“文”：

5.3pcb图实现

仿真结果可实现，那么我们可以开始画PCB图，这时需要用到protel软件。

Protel是EDA软件，在电子行业中CAD软件，Protel是排名靠前的EDA软件，电子设计者的首选，一些高校还设立了专门的课程学习电子专业，学校还专门类专业学习。

我们学校我们专业也专门开课学习