大学本科应用电子专业电子显示屏设计毕业论文.docx

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大学本科应用电子专业电子显示屏设计毕业论文

毕业论文

基于单片机的LED广告牌

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摘要

LED是指发光二极管，在某些半导体的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式点知发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED。

由于电子显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如公交汽车的报站器、广告屏以及公告牌等等。

介绍的LED点阵电子显示屏，其功能有固定汉字、字母、数字的显示；平行左移、右移；固定信息的循环显示；显示屏的亮度连续可调；时间的显示和上位机对显示内容可修改的功能。

随着LED显示屏在广告传媒领域逐渐崭露头角，其控制系统也如雨后春笋，层出不穷。

由于他的控制系统均是基于嵌入式处理器开发，所以单片机在其中也占有一席之地。

但是，由于LED显示屏控制较复杂，特别是对于显示特殊效果，如循环移动、覆盖霓虹灯效果，要求处理器运算速度快、执行效率高。

关键词：

单片机  点阵  LED电子显示屏 

引言

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

多个 LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。

其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。

LED点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16 点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。

LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。

它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。

并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。

LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。

1LED电子广告牌的特点

LED显示屏具有色彩鲜艳、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，在许多行业都得到了广泛的应用，如在车站、码头、商场、银行等公共场所将LED?

显示屏用于信息发布。

目前LED显示屏的种类越来越多,从使用场合及亮度考虑可分为室内和室外屏，从扫描方式可分为动态扫描显示屏和静态扫描显示屏。

LED发光显示器是单片机应用产品中常用的一种物美价廉的输出设备，其主要优点是在于降低成本。

提高可靠性和易于实现。

而简易的LED电子广告板的设计主要是通过运用单片机控制系统去实现对汉字的显示，以及汉字的上下滚动和左右移动，完成对三维立体的设计显示。

在我国改革开放之后，随着国民经济的增长，对公众场合发布信息的需求强烈，LED显示屏的出现适应了这一市场需求，LED显示技术得到了高速发展，LED显示屏幕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。

日光灯与传统日光灯比较有如下优点：

（1）环保，无污染。

传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽会挥发到大气中。

LED日光灯不使用水银，且不含铅汞，对环境起到保护作用。

LED日光灯公认为二十一世纪的绿色照明。

（2）高效转换，减少发热。

传统灯具会产生大量热能，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。

而且对文件，衣物也不会产生褪色现象。

（3）清静舒适，没有噪音。

LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场所为上上之选。

适用于图书馆，办公室之类的场所。

（4）光线柔和，保护眼睛。

传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100-120次的频闪。

LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象。

（5）无紫外线，不吸引蚊虫。

LED灯具不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁边。

室内会变得更加干净卫生整洁。

（6）电压可调。

传统的日光灯是通过镇流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。

而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。

（7）节省能源，寿命更长。

LED日光灯的耗电量不到传统日光灯的三分之一，寿命也是传统日光灯的10倍，可以长期使用而无需更换，减少人工及相关费用，更适合于难以更换的场所。

（8）坚固牢靠，长久使用。

LED灯体本身使用的是环氧树脂而非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸到地板上LED也不会轻易损坏，可以放心使用。

另外更便于运输。

LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术与一体的大型显示屏系统。

本系统所采用的是16*16点阵LED图文显示屏，①显示汉字和各种常见字符等信息，可广泛应用于各种场所。

具有结构简单、安装方便、字型美观、图案清析。

采用高性能单片机控制，性能稳定，可靠性高，具有掉电保护功能，并且可以完全脱机运行。

②大屏幕显示系统一般是由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的，每一个小模块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块的命令和数据即可，这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。

LED就是lightemittingdiode（发光二极管）的英文缩写.LED显示屏是种通过控制半导体发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。

2单片机的简介和部分单片机最小系统电路 

2.1单片机的简介

单片机是单片微型计算机的简称，是指集成在一个芯片上的微型计算机，

它的各种功能部件，包括CPU、存储器、基本输入/输出接口电路、定时/计数器和中断系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。

单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入/输出、显示等外围接口电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。

单片机应用系统的组成 由硬件和软件两部分组成，两者相互依赖，缺一不可。

硬件是应用系统的基础，软件是在硬件的基础上，对其资源进行合理调配和使用，控制其按照一定顺序完成各种时序、运算或动作，从而实现应用系统所要求的任务。

单片机是生活必不可缺的，顾名思义单片机的应用是很广泛的，导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯和数据传输、工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

2.2单片机最小系统电路 

2.2.1时钟电路

用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

2.2.2复位电路 

无论是是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。

单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

如：

复位后PC=0000H，使单片机从程序存储器的第一个单元取指令执行。

单片机复位的条件是：

必须使RST（第九个引脚）加上持续两个机器周期（即24个脉冲震荡周期）以上的高电平。

若时钟频率为12ΜHz,每个机器周期为1μs,则需要加上持续2μs以上时间的高电平。

3 LED显示原理及控制方式分析 

3.1 LED点阵模块结构与原理 

八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二级管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装组合而成。

这种一体化封装的LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。

LED点阵规模常见的有4x4、4x8、5x7、8x8、16x16等等。

根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。

像素颜色不同，所显示的文字、图像等内容的颜色也不同。

单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色有像素内不同颜色发光二级管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。

LED点阵显示器是把很多LED发光二级管按矩阵方式排列在一起，通过对每个LED进行发光控制，来完成各种字符或图形显示的。

LED点阵显示器单块使用时，即可代替数码管显示数字，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，5x8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵显示器可以用于显示简单的中文文字，也可以显示简单图形。

 3.2 LED点阵与单片机的接口 

用单片机控制一个8x8LED点阵需要使用两个并行端口，一个端口控制行线，另一个端口控制列线。

显示过程以行扫描方式进行，扫面显示过程是每次显示一行8个LED，显示时间称为行周期，8行扫描显示完成后开始新一轮扫描，这段时间称为场周期。

行与行之间延时1-2ms。

延时时间受50Hz闪烁频率的限制，不能太大，应保证扫描所有8行所用时间之和在20ms以内。

4 总体设计 

4.1硬件电路总体设计 

如下图所示，本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、电源、74HC154、8×8 LED点阵5部分组成。

 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要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，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。

8ｘ8的点阵共有64个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，这个数字很庞大，因为我们仅仅是8ｘ8的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。

因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。

采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。

显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。

显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。

从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。

显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。

当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。

4.2软件总体设计 

用比较复杂的C语言程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上从左到右的滚动显示。

系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示子程序和串行口中断程序。

用AT89C51、74LS138、74HC154芯片和1个8×8LED点阵显示器构成一个完整的8位点阵LED显示系统。

5详细设计及仿真 

5.1 硬件设计及软件设计 

5.1.1硬件设计

整个体统由AT89C51芯片、LED、74HC138、阻排、三极管等一些单片机外围应用电路组成。

该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要1个8×8LED点阵模块，可组成8×8的条形点阵。

 AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器