LED点阵显示屏毕业设计文献综述.doc

XXXXXXXX大学专业文献综述LED点阵电子显示屏系统的设计 作者：xxx 指导老师：xxx摘要：本设计拟采用一种由单片机控制的8*8点阵发光模块组成的16*64发光点阵，探讨简单的汉字、英文字母和动态图象显示技术，以及实时的温度测量显示。该系统具有设计简单、字符清晰、可靠性高等特点。关键词：LED；单片机；点阵；Design of LED Dot Matrix Electronic Display SystemAuthor: Song Jian-lei Instruct teacher: Li Xue-lianAbstract：The paper introduces a kind of 16*64 dot matrix consists of 8*8 dot matrix module, we discuss the display technology of Chinese character, English letter, dynamic image and real time temperature. It is simple in design, cheap in cost and high in reliability.Key words: LED；Single Chip Microcomputer；Dot Matrix；引言LED(Light Emitting Diode，LED)电子显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅速发展而形成的一种新型信息显示媒体。LED点阵显示器作为一种新兴的显示器件，它是由多个独立的LED发光二极管封装而成。发光二极管LED具有体积小、抗冲击和抗震性能好、高可靠性、寿命长、工作电压低、功耗小及响应速度等优点1。由于电子显示屏具有显示内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活，用户可随时任意自行编辑修改显示内容，显示方式图文并茂等优点，因此被广泛应用于商场、学校、银行、邮局、机场、车站、码头、金融证券市场、文化中心、信息中心休息设施等公共场所2。本文主要介绍一种用于值班室外等场合的公告牌的LED点阵电子显示屏。公告内容随时可以更新，能够实施显示温度和日期时间，并具有自动亮度调节功能。考虑到所需器件的已购买，本设计采用8*8的点阵发光管模块，组成16*64发光点阵，显示特定的中文、字符以及数字。硬件方面，该系统以增强型MCS-51单片机为控制器，采用RS232通信标准，另外本系统还配备了先进的总线型数字温度传感器DS18B20，它只要一个端口就可以完成数据的读出和命令的写入，并且不需要对温度进行标定，具有操作简单、工作可靠的特点。软件方面，该系统利用KEIL C进行软件开发，并配合PROTEUS进行联合仿真。1 点阵显示屏总体设计设计思路：PC机从上位机软件发送指令和数据，通过串口RS232将数据传输到单片机，单片机对行驱动和列驱动发出控制命令，对LED点阵屏进行相应的控制。外部时钟电路可以用来读取显示的时间，外部存期器件用于存储LED点阵屏的输出数据，在进行控制操作时，单片机可直接从此读取数据，可脱机进行显示控制。通过按键不需经过PC机可对LED点阵屏进行简单的人机交互。温度传感器将检测的温度数据传送到单片机，单片机对数据进行处理后对LED点阵屏发出控制指令，LED点阵屏显示相应的数据。1.1 点阵显示屏显示方式的设计方案选择点阵显示屏部分的设计首先要考虑它的显示方式，使用串行方式还是并行方式。我通过方案论证的方法进行了对比选择。串行方式可同时显示4个16l6点阵汉字或8个168点阵的汉字、字符或数字；串行方式显示为点阵显示屏系统中比较常用的，所用器件也比较常用，容易买到。但是它存在一个致命的缺点，就是刷新速度不够快。如果要驱动64列点阵显示，通用51单片机会比较吃力，出现比较严重的闪烁停滞现象。此外，要实现文字的左右移动和调整移动速度等功能，都会给软件设计带来较多困难。并行方式可以通过锁存器芯片来扩展IO口，达到控制LED点阵的64个列线的目的。方案中运用16片锁存器74HC573来组成8组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用4/16译码器74HC595对LED点阵的16行进行扫描。在送每一行的数据到LED点阵前，先把数据分别送到第一级的8个74HC573，然后再给第二级的8个74HC573送锁脉冲，数据一起输出到LED点阵列中，这样就避免了各行数据显示不同步问题。由于并行数据传输速度比串行快，所以字符闪烁的问题得到较好地解决，文字左右移动也比较容易控制。最终结合本设计的要求与实际情况选择了数据传输速度快的并行方式显示。1.2 显示屏控制部分工作模式的设计方案选择显示屏控制部分的设计好坏决定了整个LED点阵电子显示屏系统的好坏，选择单机工作模式或主从工作模式，我依然采用方案论证的方法进行了对比选择。单机工作模式。采用一个单片机控制实现所有功能，其中包括LED点阵显示屏的刷新显示、模式设定、时间读取、温度检测，以及与上位机的通信等。只用一个单片机控制点阵显示屏可以使电路大大减化，软件设计方面也容易实现。但是，将所有功能集成在一起，一片单片机处理能力是不够的。此时，单片机的CPU内部资源已显不足，会导致系统功能欠佳，达不到较好的性能。主从工作模式。采用主从单片机工作方式来控制整个系统。其中一个单片机用于控制LED点阵显示，另外一个单片机用于扩展键盘、串口与上位机通信、温度测量、时间读取等工作。相对单机工作方式，主从工作模式的处理能力大大提高，并且分工明确，执行速度得到很大的提高。虽然硬件电路以及软件设计方面要求相对高了一些，更涉及到主从单片机通信问题3。因为本设计的用途是用于值班室外等场合的公告牌，所以它显示的内容实时性高，对单片机的要求也比较高。相对单机工作方式，虽然主从工作模式的硬件电路以及软件设计方面要求相对高了一些，更涉及到主从单片机通信问题。但是，为了更好地实现各项性能指标，本设计拟采用主从工作模式。2 系统软件部分的设计思路软件程序是整个控制系统的核心部分，本设计拟采用的系统软件的开发平台为Windows 7，开发软件为KEIL C，程序可读性强，模块化的设计使程序看起来更加简洁。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图像、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。软件的设计主要由主程序，初始化子程序，中断扫描子程序，显示程序等组成。C 语言由于具有移植性强，可以实现复杂运算，函数化结构，可以直接进行位运算，非常适合初学者学习等优点。所以本程序拟采用C语言编写。在KEIL 51 环境下调试，PROTEUS 下仿真。本设计的软件流程如图2-1所示。图2-1 LED点阵显示屏软件流程框图开始系统初始化设定显示模式读取预显示内容送扫描脉冲送显示点阵数据显示完毕？结束YESNO3 硬件电路设计方案的选择LED点阵电子显示屏系统硬件部分拟采用增强型MCS-51单片机最小化应用设计4，工作时钟为12MHz。整个硬件系统主要分为4个部分：单片机部分，包括其外围复位及时钟源电路；LED点阵显示部分，包括输入限流和行扫描驱动电路；温度测量电路，以总线型温度探头DS18B20为主。系统的工作原理：由5V稳压电源为整机提供标准供电电源，键盘作为信息输入及功能选择的输入设备，当按下任意键时，单片机内部键扫描程序置某一标志位，同时转相关功能程序，在LED点阵上时实显示出来。其中温度测量功能是由温度传感器DS18B20完成外界温度检测，内部A/D转换和数据输出，再由单片机处理数据，转换为时实温度值显示输出。本设计硬件电路设计的整体框图如图3-1所示。图 3-1 LED点阵显示屏系统框图小键盘时钟芯片DS1302温度检测DS18B2000主单片机ISP编程接口上位机PC从单片机LED显示驱动器16*64LED点阵显示器3.1 系统主控制器电路的设计本设计采用的DS1302是具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。DS18B20是一线式数字温度传感器；温度测量范围为55125；测温分辨率可达0.0625；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使其非常适用于远距离多点温度检测系统5。3.2 点阵驱动与控制电路该电路主要将单片机发送来的输出点阵数据，通过锁存器芯片扩展的I0口，来控制LED点阵的64个列线端。本设计中用的是16片锁存器74HC573来组成8组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用4/16译码器74HC5956对LED点阵的16行进行扫描。在送每一行的数据到LED点阵前，先把数据分别送到第一级的8个74HC573，然后再给第二级的8个74HC573送一个锁脉冲，将数据一起送到LED点阵的各列7。4 拟采用的调试与仿真方法单片机在很多产品中得到广泛的应用，无论是51系列、AVR、还是PIC8,9 系列都有各自的特点。在具体的工程实践中，单片机应用技术所涉及到的实验实践环节较多，且硬件投入较大，如果因为控制方案有误而进行相应的开发设计10，会浪费较多的时间和经费。Proteus仿真软件很好的解决了这些问题，它可以象Protel一样绘制硬件原理图并实现硬件调试，再与Keil编程软件进行联调，实现对控制方案的验证。5 结束语本设计将能实现显示汉字、字母和数字的基本功能，并能控制文字的左右移动及速度。同时，温度与日期时间可以实时显示，并且与上位机联机通信成功。整机系统的软件设计难度应该会比硬件制作难度大。本系统采用并行方式显示，并且采用主从单片机来控制整个系统，这样应该会大大减化软件的编写难度，容易实现各项功能指标。本设计的LED点阵电子显示屏系统是比较简单的LED应用实例，实际应用中的LED电子显示屏要复杂的多，如今的LED技术发展十分迅速，相信在实际生活中LED会使用的越来越广泛。参考文献：1 郭兆正.LED点阵显示屏系统设计.渤海大学学报(自然科学版),2005，26(4).2 王浩然,秦会斌.LED点阵屏显示单元的设计与驱动控制J.电子器件，2010，33(5).3 王守华.LED点阵电子显示屏系统的设计J.今日电子,2008，11(2).4 张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验M.上海:复旦大学出版社,2000.5 康志亮,廖国刚.LED点阵显示系统设计.云南民族大学学报(自然科学版),2006,15(4).6 侯丽玲.基于AT89S52 单片机的LED 点阵显示屏控制系统的设计.漳州职业技术学院学报,2008,10(3).7 Lau,K.T.