毕业论文：LED点阵显示屏设计

目录/提纲：……
一、酒店LED显示屏的效益
二、酒店LED显示屏的作用
1、起到烘托气氛的作用
2、起到宣传、普及知识的作用
3、起到公告板的作用
4、起到公益广告的作用
5、可创造良好的经济效益
三、LED显示屏的特点
5、显示屏的发展前景极为广阔，在政府机构和企事业处都起着重大作用
……
毕业论文：LED点阵显示屏设计

摘 要
LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成， LED点阵显示屏可以显示数字、符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等，在现实生活中具有很大的用处。
本设计是9个8*8点阵LED电子显示屏的设计，以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C52为核心。本文介绍了以AT89C52为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制3个行驱动器74LS138和3个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示，并且添加了DS18B20温度检测芯片。该电子显示屏可以显示各种文字和符号，全屏能显示4个12*12点阵的汉字，文字能够平滑地向上滚屏，能通过键盘切换显示内容，调节滚屏速度，实时检测并显示当前的温度。
本文首先介绍了本设计的各个组成部分以及各部分的功能；其次对几种方案进行了可行性论证；接着对硬件和软件的设计进行简要的阐述，最后对调试后的心得做出一点说明并且对全文进行总结。



关 键 词：AT89C52；单片机；LED；点阵显示；动态显示

Abstract
As a popular display device component, LED dot-matri* display board consists of several independent LED (Light Emitting Diode). The LED dot-matri* display board can display the number or sign, and it is usually used to show time, speed, the state of system etc.
This design is 9 8 *8 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C52 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74LS138 andeight row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters,nine pieces of 8 * 8 dot-matri* LED display modules to form the 24*24 dot matri* display mod
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、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展，其功能也将越来越丰富，速度也越来越快，甚至有些方面并不逊于ARM或
DSP。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。由于它的控制系统均是基于嵌入式微处理器开发，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，所以很多控制卡生产厂家采用高端嵌入式系统进行设计。这样做虽然能在一定程度上提高数据处理速度，但是并不能完全满足所有显示效果要求，而且开发和产品成本也会随之成倍增加，甚至由于其设计不当可能在显示时出现抖动、闪烁、重影等现象。归根结底，LED显示屏控制卡的设计中硬件是一方面因素，同时还要考虑到显示数据组织方式，通过软硬件结合的方法才能设计出一款性价比较高的控制卡。本论文提出基于普通51系列单片机实现LED显示屏控制的原理及方法。
1.2 课题背景
1）LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：
第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。 　　
第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业
开发出来并得以应用。 　　
第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大
屏幕带入全彩时代。 　　
随着LED原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发
布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。 　　
2）单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel
公司功不可没。
MCU微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel
和Philips的历史功绩。
单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、
单片微控制器延伸到单片应用系统。
3）单片机可以从以下几个方面分类：
（1）.按应用领域可分为：家电类、工控类、通信类和个人信息终端类等。
（2）.按通用性可分为：通用型和专用型。
（3）.按总线结构可分为总线型和非总线型。
（4）.按指令运行的振荡周期可分为标准型和改进型。
2 功能要求及方案论证
2.1 功能要求
本方案设计一个LED点阵显示屏，能实现以下功能：
1）电子显示屏的大小为：24行* 24列；
2）显示屏能正常显示字符和汉字，汉字点阵为12 * 12，显示屏能显示一些特定句子或短语，通过按键切换选择显示内容；
3）显示内容可以平滑地向上滚屏，滚屏速度可键控调整；
4）具有实时温度检测功能，并在显示屏中心处显示温度。
2.2 主控单元方案论证
2.2.1 可编程控制器PLC
采用可编程控制器PLC做主控芯片，PLC具有强大的逻辑运算和控制能力，速度快，但价格比较高，会增加整个系统的成本且布线麻烦。
2.2.2 AT89C52单片机
采用AT89C52单片机做主控芯片， AT89C52单片机具有价格低、编程灵活和布线简单等特点，降低了整个系统的成本，而且支持在线编程，缩短了开发周期，可以满足本设计的要求。
2.2.3 FPGA
以FPGA（现场复杂可编程逻辑门阵列）为控制器的LED显示屏。FPGA芯片引脚众多、内部资源极其丰富。它支持的频率可以达到100MHZ。FPGA在处理数据上速度出色。是近年来新兴的可编程逻辑器件。用它作为显示屏的控制器，能够髙速的处理色阶PWM信号、高速的完成动态扫描逻辑、高速的完成字符移动算法。因此被运用于双基色、三基色的显示系统。但是它的制作成本较高，PCB板布线工艺要求高。
通过以上对比，该控制系统采用第二种方案。
2.3 显示模块方案论证
2.3.1 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。LED点阵规模常见的有 4*4、4*8、5*7、5*8、8*8、16*16 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、2-2及2-3示出最常见的8*8单色LED点阵实物的外型、引脚分布及内部电路，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。



图2-1 8*8点阵实物图图 2-2 8*8点阵引脚分布

图2-3 8*8单色LED模块内部电路
LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码显示数字，也可显示各种中西文字及符号。如5*7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、8*8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可以用于简单图形显示。当用多块点阵组合使用时就构成了大屏幕，配合相应的MCU外围电路就做成大型点阵屏。
2.3.2 静态显示方式
若以8段LED数码管为例，在显示某一个数码时，加在数码管上的段码保持不变，直至改变显示其他数码为止。这样数码管的每一段均应由一条输出线来控制，每显示一位数码需要8根输出线，当N位显示则需N*8根输出控制线。静态显示原理简单、控制方便，但硬件复杂，占用较多I/O资源。
2.3.3 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，反复快速循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。
动态扫描就是利用其中的发光二极管快速的轮流显示，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。在电子领域中，这种方式采取动态扫描可以极大的简化接线，大大的简化了布线的同时也可以节省制作成本。
下面以8*8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2-3中，水平线DR1、DR2……DR8叫做行线，接内部发光二极管的阴极，每一行8个LED的阴极都接在本行的行线上。其中相邻两行线间绝缘。同样，竖直线DC1、DC2……DC8叫做列线，接内部每列8个LED的阳极，其中相邻两列线间绝缘。
在这种结构的LED点阵模块中，若在某行线上加低电平（用“0”表示），在某列线上施加高电平（用“1”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，DR8为0，DC1为1，则左下角的LED点亮。再如DR1为0，DC1到DC8均为1，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2-4：


（a）第一帧 （b）第二帧 （ c）第三帧 （d）第四帧






（e）第五帧 （f）第六帧 （g）第七帧 （h）第八帧
图2-4 用动态扫描显示字符“B”的过程
假设*,Y为两个8位宽的字节型数据，Y每位对应LED模块的8根列线DC8-DC1,同样*的每位对应LED模块的8根行线DR8~DR1。在这个示例中，*叫行扫描线，行扫描线在每个时刻只有一根线为“0”即有效行选通电平，Y叫列数据线，其内容就是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）*=0*FE，Y=0*00，如图 1.4 第一帧；
2）*=0*FD，Y=0*1E，如图 1.4 第二帧；
3）*=0*FB，Y=0*22，如图 1.4 第三帧；
4）*=0*F7，Y=0*22，如图 1.4 第四帧；
5）*=0*EF，Y=0*E1，如图 1.4 第五帧；
6）*=0*DF，Y=0*22，如图 1.4 第六帧；
7）*=0*BF，Y=0*22，如图 1.4 第七帧；
8）*=0*7F，Y=0*E1，如图 1.4 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，由于人眼的视觉暂留。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。但是在实际运用的时候，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。
在工程实际运用的时候，还要在每两帧之间加上合适的延时，以使人眼能清晰的看见发光。如果不加适当的延时显示出的文字或者图片会闪烁。在帧切换的时候还要加入余辉消除处理。比如先将扫描线 ……（未完，全文共34526字，当前仅显示6210字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：LED点阵显示屏设计》）