液晶点阵式矩阵电子广告牌设计与制作本科毕设论文.docx

1、液晶点阵式矩阵电子广告牌设计与制作本科毕设论文摘要本设计用AT89C51系列的高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动6416的点阵LED显示屏。同时，也可在嵌入式系统软件硬件设计仿真平台Proteus基础上设置了1616LED点阵汉字显示电路。使用AT89C51系列的高速单片机本身的功能，很方便的实现单片机和PC机之间的数据存储及传输，一方面可利用软件进行显示内容的多样化，另一方面点阵可显示屏，广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的实际应用性。LED显示屏可用动态扫描的方式同时显示4个1616点阵汉字，也可通过上位机软件修改显示的内容和显示的效果等等。把字符内

2、码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储1024个字符。设计中采用了SPI接口的GB2312标准字库，支持所有的国字符和ASC标准字符的显示。因为采用串行传输方式，所以使本系统的可扩展性得到提升，有利于多个显示单元的级联。通过汉字字模点阵数据的生成软件进行，实现汉字点阵的效果,同时应用汇编语言对单片机进行了控制性的操作。也完成了实物电路，并在Proteus软件基础上对结果仿真,得到了汉字点阵效果图。关键词: 动态显示 单片机 点阵字库AbstractThis design with AT89C51 series of microprocessor as the main

3、 control module, use the periphery of the simple circuit to drive the 64 x 16 matrix LED display. At the same time, also can be in embedded system software and hardware design simulation platform based on Proteus set 16 16 of LED dot matrix characters display circuit. Use the microprocessor itself A

4、T89C51 series of function, very convenient realize between SCM and PC of data storage and transmission, on the one hand, can use software showing the contents of the diverse, on the other hand bitmap can display, widely used in hospitals, airports, Banks and other public places, so this design which

5、 is of great practical application. The LED display dynamic scanning way can also showed four 16 16 dot matrix characters, can also be through the PC software modify the content of the show and show the effect of the and so on. The character encoding stored in free microcontroller program memory spa

6、ce, make the LED display system can power lost storage 1024 characters. Applied to the design of the interface standard GB2312 SPI dictionaries, support for all of the countries and ASCII characters of characters that standard. Because the serial transmission way, so that the system scalability get

7、promoted, be helpful for more display unit cascade. Through the Chinese characters font dot matrix of data generated software, achieve the effect of dot matrix characters, and application of the MCU assembly language controlling operation. Also completed the real electric circuit, and Proteus softwa

8、re in based on the results of simulation, the dot matrix characters get depicted. Keywords: dynamic display; Single chip microcomputer; Bitmap fonts 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究

9、提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 第一章 LED概述一、 绪论LED显示屏（LED panel）:LED（Light Emitting Diode），同时也是发光二极管的英

10、文缩写，简称为LED，它是一种能将电能转化为可见光的固态的半导体器件，则它也可以直接把电转化为光。它的作用是用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED的主要核心是一个半导体的晶片，晶片一端是负极，另一端连接电源的正极，它可以使整个晶片被环氧树脂封装起来。LED显示屏可以分为图文与视频显示屏，则它们均由LED的矩阵块组合而成。在图文的显示屏当中：它可与计算机同步显示出来汉字、英文文本和图形等等；视频显示屏它可采用微型的计算机来进行控制，图文、图像并茂，使之以同步、清晰的信息传播播放出来，信息，同时可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目及现场实时状况。L

11、ED显示屏它的画面特点：画面的色彩鲜艳，立体感觉强，静如油画，动如电影，应用十分的广泛，例如，应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所等等。LED显示屏发光的基本原理：它的半导体晶片是由两部分组合而成的，它的一部分是P型的半导体组成，在它里面的空穴占主导的地位，另一端是N型的半导体组成，在这边主要是电子。然而这两种半导体连接起来的时候，它们之间就会形成一个“P-N结”。当电流通过导线的作用于这个晶片的时候，电子将就会被推到P区，在P区里电子与空穴结合，然后就将会以光子的形式发出能量。二、 LED电子显示屏的基本概述多个 LED发光灯

12、组成固定的字符或图形从而进行显示，则可形成LED点阵图文的显示屏效果。它的主要特点是只控制LED点阵中发光器件的通断（比如：发光或熄灭），它则不控制LED发光的强弱。在LED点阵汉字显示的方式中是先根据所需要的汉字提取出来汉字点阵（如1616 点阵），将点阵文件存入ROM，从而形成新的汉字编码；在使用时候，需要先根据它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。由于LED有很多的优点等等，所以在市场中也得到了广泛的应用，它的主要应用领域有：（1）信号指示应用如：信号照明它主要是以LED单色光应用比较的广泛，同时也是比较早的一个领域。（2）显示屏的应用如：指示牌、广告牌

13、、大屏幕显示等等，其LED可用于显示屏幕，而它的显示屏幕又可分为单色和彩色。（3）照明的应用如：便携灯具，汽车用灯，特殊照明等等。由于LED的尺寸比较的小，可以方便它的动态的亮度和颜色控制，所以，比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通的电子设备功能则显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百到几十万个半导体发光二极管像素点，它是按矩阵均匀排列组成。它可以利用不同的半导体材料，制造出来不同色彩的LED像素点。在目前应用最广的是红色、绿色、黄色。但是蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用的阶段。

14、LED它的显示屏是一种通过控制半导体发光二极管亮度的方式，从来显示出来文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等等各种的信息显示屏幕。 LED显示屏可分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成的。它的图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息的显示。LED显示屏是因为其像素单元是主动发光的，它具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点等等。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所等等呢。 LED显示屏的发展前景及其的广阔，同时目前正朝着更高亮

15、度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向的发展。三、 LED电子显示屏的分类（1）按颜色基色的分类：单基色的显示屏:单一颜色（如红色或绿色）。 双基色的显示屏：红和绿双基色，二百五十六级灰度、可以显示六万五千五百三十六种颜色。 全彩色的显示屏：红、绿、蓝三基色，二百五十六级灰度的全彩色显示屏可以显示出一千六百多万种颜色。 （2）按显示器件分类：LED数码的显示屏：显示器件均为7段码数码管，它适用于制作时钟屏、利率屏等等，显示出数字的电子显示屏。 LED点阵图文的显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组合而成的点阵显示模块，适用于播放文字、图像信息。LED视

16、频的显示屏：显示器件是由很多发光二极管组合而成的，可以显示视频、动画等等各种视频文件。（3）按使用场合分类：室内的显示屏：它的发光点较小，一般三毫米到八毫米，它的显示面积一般是有几至十几平方米。 室外的显示屏：它的面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可以在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 （4）按发光点直径分类：室内的屏：三毫米、三点七五毫米、五毫米、 室外的屏：十毫米、十二毫米、十六毫米、十九毫米、二十一毫米、二十六毫米 室外屏的发光基本是由发光筒来完成的，发光筒的原理是将红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内一起发光增强亮度。它的显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等等。第

17、二章 显示原理及控制方式分析一、 LED点阵模块结构组合型的LED点阵显示器模块，是以发光二极管为基本的像素，它利用高亮度发光二极管芯片点阵列组合后，在按照环氧树脂和塑模封装而成。这种LED模块广告牌的优点：具有提高系统的稳定性、可靠性、以及高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。常有的显示器件规格：PH10,PH14,PH16,PH20,PH25等多种像素管。LED点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616等等。LED像素颜色可分为单色、双基色、三基色等。它像素颜色的不同，所显示出来的文字、图象等内容的颜色也不同。LED单色点阵只能显示出固定的色彩如红、绿、黄

18、等单色，而双基色与三基色点阵所显示出来内容的颜色主要是由像素内部颜色不同的发光二极管点亮组合决定，例如红绿都亮时显示黄色，但是按照控制脉冲方式二极管的点亮时间，同时可实现256和更高级的灰度显示，即可实现真彩色显示。如图2.1,2.2,2.3显示出最常见的LED 88单色点阵显示器，它内部的电路结构和外型规格。 如图2.1 如图 2.2 图2.3 88单色LED模块内部电路结构LED点阵显示器单块使用时，既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58点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组

19、合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。二、 LED的基本知识目前，常见的是并行传输的方式，它将通过8位锁存器，将8位总线上的列数据进行了锁存的显示，其中各8位锁存器的片选信号是由译码器来进行提供的。其中这种方式的优点是传输速度比较的快，它对微控制器MCU的通信速度要求比较低。但是这种方案最大的缺点就是不便于随意的扩展显示单元的数目。每增加一个16*16点阵全角汉字的显示单元，就会需要在之前的电路上多增加上两个地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线的冗余量。它的另一个缺点是，每一个单元的PCB也随着安放位置的不同，则布线结构也有所不相同，同时也不利于厂

20、家批量生产。它并行传输需要的芯片比较的多，因此市场上已经出现了用FPGA,CPLD等等高密度的可编程逻辑器件PLD来取代了传统的锁存器IC的方案。则成本有所下降，但是可扩展性仍旧比较的差。所以，并行的传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。发光管中最主要的部分还是发光管内部的发光管芯所选用。目前，现在中高档发光管的管芯生产厂家主要有日亚公司，丰田公司，美国的科瑞公司，惠普公司，德国的西门子公司，台湾的国联公司，鼎元公司和光磊公司，其中美国及欧洲的公司都主要是以生产纯蓝纯绿发光管芯片为主，但是台湾公司它则以生产红绿管的管芯为主，从目前的实际应用以及红绿色彩搭配来看，一红四绿其中红管采用的是四元素的

21、红，但绿管采用的是三元素的绿，同时，1、在管芯的使用上建议用红管的管芯台湾国联公司的712SOL，绿管的管芯采用台湾鼎元公司的113YGU。它的这种管芯则采用及搭配是目前双基色室内显示屏配置较高的。另外还有两红有一纯绿的配置。2、集成元器件 在光电驱动电路中接收计算机传到分配卡中的数字信号可以驱动发光体的亮与暗，从而可以形成我们所需要的文字或图形，它的质量是否可靠稳定，可以直接的决定了发光体能否正常的工作，从目前的室外屏的运行来看，故障率出现最多的地方就在光电驱动部分，因为它所选用的集成IC器件的质量使之直接的决定了光电驱动部分质量。3、电源 一般公司使用的电源要求保证在5年时故障要低于1%，

22、那么它每年故障要低于0.02%，其中电源质量的好坏在其元器件的筛选当中和电源生产厂家的质量控制当中。目前，电子市场上电源的品牌也是比较多的，它的国产的有常州创联，思达，上海衡孚等等，它的进口主要来自台湾明伟，从实际的使用上看，我们国产电源常州思达的电源稳定性比较的好，使用寿命比较长，而且电源品牌比较响。在本显示屏公司可采用通过3C认证的电源。4、生产工艺和施工工艺 它的系统的工艺主要是焊接工艺和安装工艺。对于焊接工艺来讲，它的显示系统有多达10万个焊接点，其中一个虚焊就可造成出至少一个象素筒的不亮，所以，焊接工艺是十分重要的，则我们目前采用先进的波峰焊接，它的整个焊接过程均是由设备来完成的，它

23、以避免人工的过失。假如室外的显示屏，就应对屏体的安装工艺提出了更高的要求，然而要求屏体的整体结构抗台、防水、防高温。它这是主要由于系统工作时间长、功耗量大同时，再加室外工作环境相对恶劣，则要求屏体具有一定防高温、防尘、防雾功能等等。它的显示屏面积在20平方米以上的时侯，建议最好采用双支撑，但是在20平方米以下时，建议最好采用单体支撑、它的显示屏是安装在电厂的第二大门上有天然的支架。它的显示屏的整体结构采用了钢结构，对外立面采用台湾吉祥工业铝塑板包边。同时，为了它保证显示屏结构的安全可靠，建议最好结构的设计与施工由有专业施工资质的企业来完成。三、 LED的动态显示原理LED点阵显示系统当中各个模

24、块显示的方式：有静态和动态显示两种效果。国内的LED点阵显示屏它的大部分都是单显示型，其中显示的内容相对的较少，显示花样也比较的单一。在产品出厂时，显示的内容就已输入显示屏，控制系统当中的EPROM芯片内，在当需要更换显示内容时就非常的困难，从而这样使该类型的显示屏使用范围受到了很大的限制。而国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏，它虽然增加了显示屏系统的编程能力，使之显示的内容和显示花样都有所增加，但是也存在着更换显示内容不便的缺点。点阵式LED汉字广告屏它绝大部分是以采用动态扫描显示德方式，同时用这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性，将其连续的几帧画面高速的循环显示出来，它只

25、要帧速率高于二十四帧/秒，人眼看起来就是一个完整的效果，使之也相对静止的画面。最典型的例子：电影放映机。我们以88的点阵模块为例，从而说明一下其使用方法及控制过程。如图2.1中，红色德水平线Y0、Y1Y7叫做行线，它的内部发光二极管接的是阳极，它的每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。同时它的相邻两行线间都是绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘的。显示屏的控制系统它主要包括了输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等等，即涉及的具体技术也是很多，其关键的技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及

26、远程控制技术等等。第三章 硬件电路设计一、 系统硬件概述整个电路是由单片机AT89C51，8个74LS273，1个74LS138，1个74HC154,4个1616的LED。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要4个1616 LED点阵模块，可组成1664的条形点阵。AT89C51是一种带4KB字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的

27、MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51引脚即外观如图3.1所示。如图3.1 AT89C51的管脚图译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，74LS138的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门，74LS138与前面不同，其有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。发光二极管点亮只须使其正向导通即可，根据LED的公共极是阳极还是阴极分为两类译

28、码器，即针对共阳极的低电平有效的译码器；针对共阴极LED的高电平输出有效的译码器。74LS273是低功耗肖特基TTL8D锁存器，内有8个相同的D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。工作原理：74LS373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端LE为高电平时，

29、O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。74LS373引脚即外观如图3.2所示如图3.2 74LS373引脚图74HC154为类似74LS138的译码器，它的内部是4 线12 线译码器，如果选通端（G1、G2）为低电平时，可把地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。如果将 G1 和 G2 中的任意一个作为数据输入端，则 （ABCD） 对输出寻址，同时还可作 1 线16 线数据分配器。一般工作环境的温度为070。 LED,50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting di

30、ode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，接着用四周环氧7树脂密封，也是固体封装，所以能起到保护内部芯线的作用，因此LED的抗震性能好，该电路的显示采用逐行扫描方式。当工作时，它由单片机提取出第一行需要显示的内容经过延时一段时间后再进行下一行点阵数据的显示。二、 1616LED点阵显示制作（一） 1616LED点阵的内部结构及工作原理我们先以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成来进行显示。即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。可以把每一个点理解为一个像素，把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不但可

31、以显示汉字，而且也可以显示在256像素范围内任何图形。这里我们以“龙”字说明，如图3.3所示。如图3.3 龙用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。一般把它拆分为上部和下部，上部由816点阵组成，下部也是由816点阵组成。此例中单片机首先显示的是左上角第一列的上半部分，即第0列的p00p07口。方向从p00到p07 ,显示汉字“高”时,p02点亮,由上往下的顺序排列,为p2.0 灭，p2.1 灭, p2.2 灭, p2.3 灭, p2.4 亮, p2.5 亮,p2.6灭,p2.7 灭。则二进制为00001000，转换为十六进制为 08h。上半部第一列

32、完成后，则继续的扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上向下扫描，也就是从p27向p20方向扫描，从图3.3可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，十六进制则为00h。 然后单片机转向上半部第二列，应用这个方法继续扫描往下读二进制数，得出汉字“龙”的扫描代：00H,08H,08H,08H,08H,08H,0FFH,08H,0FH,48H,28H,08H,08H,18H,08H,00H00H,00H,02H,06H,30H,0C4H,04H,08H,0FCH,24H,44H,84H,04H,04H,3CH,00H由以上的这个原理可以看出来，无论是显示何种字体或图像，都可以用这个方法来进行分析出来它的扫描代码从而显示在屏幕上面。只不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，就不必自己去画表格算代码了。（二） 用88LED点阵构成1616LED点阵在Pr