点阵LED汉字广告屏的设计与制作.docx

1、点阵LED汉字广告屏的设计与制作本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：点阵式汉字广告屏的设计与制作学 院：计算机科学与技术专 业：电子科学与技术班 级：电子科学与技术学 号：20学生姓名：魏广寅指导教师：杨鲁平2008 年 6 月 2 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 中文摘要及关键词.Abstract & Keywords.第1章 前言.111 LED电子显示屏概述112 LED电

2、子显示屏的分类113 LED显示屏的应用示例214 设计任务.2第2章 显示原理及控制方式分析.321 LED点阵模块结构322 LED 动态显示原理 .323 LED常见的控制方式5第3章 总体方案设计与分析.731 显示单元的考虑.732 滚屏的实现.733 关于可扩展性.734 微控制器的考虑.735 关于点阵数据的存储方式.836 关于显示内容的更新.837 总体电路结构及工作原理.9 371 硬件电路框图.9 372 工作原理.10第4章 硬件电路设计.1241 显示单元电路设计.12 411 点阵LED模块的选择.13 412 列驱动电路设计.13 413 行驱动电路设计.15 4

3、14 行驱动电路元件参数计算.1642 单片机控制系统电路设计.17 421 单片机的选型. 17 422 STC单片机在条屏运用中的优越性.17 423 单片机系统电路设计.1943 字库与单片机的接口设计.20 431 字库芯片选型.20 432 字库芯片的使用方法.20 433 字库芯片的电气特性.21 434 字库芯片与单片机的接口设计.23 435 字库芯片3.3V电源设计23 436 5V-3.3V的电平转换电路设计.2444 与上位机的通信电路设计.25 441 通信协议的选择25 442 MAX232电平转换芯片特点26 443 单片机与PC间通信接口电路设计.2745 对于系

4、统电源及通信电缆的选择.27 451 对于LED显示屏的电源要求.27 452 开关电源在条屏应用中的优势.28第5章 单片机软件设计.2951 开发工具及语言.2952 单片机软件流程.2953 单片机软件中几个重要算法的实现.30 531 显示缓存技术与映射关系 .30 532 LED点阵与显示缓冲区建立连续编址映射的算法30 533 实现动态显示的算法.31 534 实现滚屏的算法3154 下位机软件有关的计算 .32 541 UART异步串行口波特率计算32 542 SPI同步串行口波特率计算 .33 543 汉字内码与点阵地址的换算.3355 片上E2PROM的空间分配3356 单片

5、机与PC机间的通信协议.34第6章 上位机软件设计.3561 上位机软件开发环境.3562 上位机软件流程.3563 上位机软件界面设计.36 631 控件布局.36 632 MSCOMM控件属性.3664 上位机软件关键算法实现.37 641 PC机串口操作.37 642字符转为GB2312内码的算法.3865 上位机软件使用方法及运行环境.39 651 控件功能及使用方法.39 652 运行环境.40第7章 PCB结构设计.4171 PCB设计平台.4172 元件布局及PCB整体结构工艺.4173 布线工艺与准则.4174 PCB实物照片.43第8章 使用说明与测试结果.4481 LED汉

6、字显示屏使用说明.44 811 使用环境.44 812 安装上位机软件44 813 更改显示内容.44 814 更换显示模式.4582 测试结果.45 821 软件测试.45 822 实际刷新率测试46 823 实际移动速度测试.46 824 电气指标测试4783 设计任务完成情况.48第9章 总结.49参考文献.50致谢50附录51附图1 并行驱动方式电路图.51附图2 本设计完整电路图（串行传输方式）.52附图3 PCB元件布局.53附图4 PCB顶层布线.54附图5 PCB底层布线.55附图6 元件清单.56附图7 本设计作品照片.57附图8 本设计显示效果照片.58清单1 单片机程序清

7、单.59清单2上位机软件VB程序清单 .。79点阵式LED汉字广告屏的设计与制作摘要本设计使用STC12C系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动9616的点阵LED显示屏。利用STC12C系列高速单片机本身强大的功能和内部E2PROM，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵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现实应用性。本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示六个1616点阵汉字，并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。采用IAP在应用可编程技术，把字符内码存储在空闲的单片机

8、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，支持所有的国标字符和ASC标准字符的显示。因为采用串行传输方式，使本系统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的算法。关键词 动态显示 Ddynamic Display单 片 机 MCU 串行传输 Serial Data Transfer 点阵字库 Llattice Llibrary The Design and Making ofChinese Characters Lattice LED D

9、isplay AbstractThis design uses STC12C series MCU as a main controller, and depends on a simple external circuit to drive 9616 the lattice LED display. By using its own powerful functions and capacity of internal E2PROM, it is easy to accomplish the MCU and PC and E2PROM for internal storage, data t

10、ransmission equipment ,and it also can be used conveniently to show a variety of content changes. The other dot matrix display is widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application. The LED Display dynamic scan can show the way

11、 at the same time six 16 16 dot matrix Chinese characters, and PC software can modify the content and effect shows, and so on. IAP used in the application of programmable technology, the characters within the code stored in the SCM free program memory space, so that the LED display system can store

12、1,024 brown-out characters. SPI used in the design of the interface standard GB2312 character, to support all the GB2312 standard ASCII characters and characters of the show. Because serial transmission used, so that the system can be enhanced scalability, for a number of display units of the cascad

13、e. This article from the start LED display principle, elaborated on the LED display dynamic process, as well as hardware circuit design, computing and software algorithms.Keywords Ddynamic Display 动态显示 MCU 单 片 机 Serial Data Transfer 串行传输 Llattice Llibrary 点阵字库第1章 前言11 LED电子显示屏概述LED电子显示屏（Light Emitti

14、ng Diode Panel）是由几百-几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，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显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。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显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命

15、长、耐冲击和性能稳定等优点。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。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、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、全色化方向发展。 12 LED电子显示屏的分类按颜色分类单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 按显示器件分类LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的

16、电子显示屏。 LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 按发光点直径分类室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。13 LED显示屏的应用示例见图1.1 左：图文屏 右：条幅屏 图

17、1.1 LED电子显示屏应用示例其中的LED点阵单色图文动态条幅屏（下文中简称条屏），因为成本低廉、可靠性高、显示效果优良，所以成为点阵式LED汉字广告屏中的主流产品。14 设计任务本设计的任务就是完成一个可以随意扩展显示单元数目的单色动态条幅屏。任务要求：（1） 能同时显示六个简体汉字（2） 能实现汉字在屏幕上的移动 第2章 显示原理及控制方式分析21 LED点阵模块结构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，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化封装的点阵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。LE

18、D点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616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、图象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由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，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。图2.1示出最常见的88单色LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图2.1 88单色LED模块内部电路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

19、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。22 LED 动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。点阵式LED

20、汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。以88点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2.1中，红色水平线Y0、Y1Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。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。在这种形式的L

21、ED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图2.2图2.2 用动态扫描显示字符“B”的过程假设X,Y为两个8位宽的字节型数据，X的每位对应LED模块的8根列线X7-X0，同样Y的每位对应LED模块的8根行线Y7-Y0。在这个示例中，Y叫行扫描线，行扫描线在每个时刻只有一根线为“1”即有效行选通电平，X叫列数据线，其内容就是

22、点阵化的字模数据的体现。下面用伪代码描述动态显示的过程。（1）Y=0x01,X=0xFF，如图 2.2第一帧；（2）Y=0x02,X=0x87，如图 2.2第二帧；（3）Y=0x04,X=0xBB，如图 2.2第三帧；（4）Y=0x08,X=0xBB，如图 2.2第四帧；（5）Y=0x10,X=0x87，如图 2.2第五帧；（6）Y=0x20,X=0xBB，如图 2.2第六帧；（7）Y=0x40,X=0xBB，如图 2.2第七帧；（8）Y=0x80,X=0x87，如图 2.2第八帧；（9）跳到第（1）步循环。如果高速地进行（1）到（9）的循环，且两个步骤间的间隔时间小于1/24秒，由于视觉暂留

23、。LED显示屏上将呈现出一个完整的“B”字符。这就是动态扫描的原理。只不过实际运用的时候，列线和行线通常不止8位，还要根据列线和行线的数量来决定是用行线或列线来做扫描线。例如0601条屏（每行6个汉字，共1行），行线有16根，列线有96根。如果用列线来做扫描线，则每列LED在每96次循环扫描中只可能亮一次，则其发光视觉平均亮度为直流亮度的1/96。如果用行线来做扫描线，则每16次循环，每行LED就能亮一次，其发光视觉平均亮度为直流情况下的1/16。可见，用行线做扫描线，因为其发光周期的占空比较大，其视觉亮度是用列线做扫描线的6倍。因而发光效率比前者高。在实际运用的时候，还要在每两帧之间加上合适

24、的延时，以使人眼能清晰的看见发光。在帧切换的时候还要加入余辉消除处理。比如先将扫描线全部设置为无效电平，送下一行的列数据后再选通扫描线，避免出现尾影。23 LED常见的控制方式目前常见的是并行传输方式（见附录1.1），通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示，各8位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的优点是传输速度快，对微控制器（MCU）的通信速度要求较低。但是这种方案最大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。每增加一个1616点阵的全角汉字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线冗余量。再一个缺点是，每个单元的PCB随着安放位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。并行传输需要的芯片较多，因此市场上已经出现用FPGA,CPLD等高密度可编程逻辑器件（PLD）来取代传统锁存器IC的方案。成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。因此，并行传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。随着广告屏显示内容的多媒体化，对控制器传输速度，运算能力的要求越来越高。因此控制器的种类也在不断发展以适应要求，从最初的8051单片机，到PIC单片机，又到FPGA，直到现在的ARM处理器。不同功能档次的