开题报告-基于单片机的LED显示屏设计

1、南通大学本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名曹萍学 号专业电气工程及其自动化(本一) 课题名称基于单片机的LED显示屏设计阅读文献情 况国内文献 17 篇开题日期国外文献 3 篇开题地点1号楼105文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献）现状及发展趋势LED点阵显示是一组像素几万至几十万的半导体发光二极管按矩阵均匀排列构成的。不同的颜色取决于不同的半导体材料。目前使用最广泛的颜色红色、绿色、黄色。通过控制半导体发光二极管灯,LED显示屏显示不同的信息1。LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点而成为目前最有前景最广阔的绿色照明光

2、源。LED的发展前景很广阔，目前也正向多方向发展，有待实现更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括证券交易、金融信息显示、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示、广告媒体新产品等2。随着LED技术日趋成熟，LED的相关产品也越来越多，例如LED数码管、LED交通灯、LED电光源、LED线条装饰灯、LED四线彩虹管、LED显示屏等。在汽车、广告、日常生活、城市照明等诸多领域都可以看见它的身影。现在高亮度LED成为其主要发展趋势，其原因在于它 拥有三大市场：汽车车灯市场、交通信号标志市场及LED显示屏。现在各种广

3、告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市的增添了一道靓丽的风景。而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、发光效率高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、组态灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点。近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展,由于LED电子显示屏具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等需要进行多种公告、宣传的场合。未来LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化

4、的方向发展2。该设计广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术，单片机技术，数据通信技术，显示技术，存储技术，系统软件技术，接口及驱动等技术。目前用单片机控制LED显示屏有三种方法：单片机直接驱动LED显示屏、利用单片机外部读写信号驱动LED显示屏、利用单片机SPI接口驱动LED显示屏3。首先用单片机直接驱动LED显示屏的一个重要条件是，LED屏的长度和高度都不能很大。对于8位单片机来说，长度是为了满足在384点以内，而高度则与使用的单元板是单色（2条扫描线）还是双色（4条扫描线）有关。8位单片机的数据宽度为8位，因为对于单色单元板来说。高度为138点，双色单元板高度为64点。按显示数据的存储位置

5、可将单片机直接驱动LED显示屏为两种：一是将显示数据存储在程序存储器里；二是将显示数据存储在扩展外部并行或串行数据存储器中。利用单片机外部读写信号驱动LED显示屏的工作原理。对于外部数据存储器的基本读写与一般单片机扩展系统完全相同，唯一的区别是读外部数据存储器的读信号作为LED显示屏单元板的移位信号SCK，这一点是控制电路的关键所在1。它的设计理念是从外部数据存储器中读出的显示数据不经过CPU直接输出。单片机的读信号RD为低电平有效，单元板的移位信号上升沿有效，根据外部数据存储器的读时序可以知道：关断外部数据存储器的数据输出是需要时间的，当RD上升沿同时到达外部数据存储器RD端和移位寄存器组时

6、钟端时，移位寄存器组会将外部数据存储器输出的数据移入移位寄存器组。因而达到不经过CPU而直接输出外部数据存储器中显示数据的目的。可以利用SPI接口驱动LED显示屏的原因。SPI接口的核心部分是8位串行移位寄存器，而LED单元板的最基本元件74HC595也是8位串行移位寄存器，因此适当地设计单片机SPI和LED单元板的连接可以高速地显示数据传送到LED显示屏。显然将一个SPI器件对应于单元板的一条扫描线可以最大限度的发挥SPI器件的速度优势1。除了单片机之外，在微电脑系列中，目前广泛使用的还有PC。在实际应用中，往往有必要让单片机和PC协同作战，把单片机的数据上传给PC，让PC来存储和处理这些数

7、据，这样能使单片机系统的功能变得更加强大。通常把单片机系统中的PC成为上位机。上位机在单片机系统中应用的关键就是二者之间的数据通信2。而目前能实现二者通信的接口也是多样的，例如RS232C串行接口、RS485接口、上位机USB接口等。计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯两种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输中，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯是，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便的连接起来进行通讯7。单片机和上位机通信必须有连接两者的硬件设备，这就是串行端口。与单片机串口对应的，在上位机一端就是RS232C

8、串行通信接口。由于RS232C接口的逻辑电平是特殊的负逻辑电平，而一般单片机接口是标准的TTL逻辑电平，二者不相匹配，如果直接连接不但会造成逻辑混乱，甚至会损坏芯片，必须要在他们中间加入逻辑电平匹配电路，才能使系统正常工作。MAX232就是这样的芯片，它有5V供电，内部有电源变换电路，可以自动向RS232C接口一端提供它需要的逻辑电压，单片机一端仍然是标准的TTL逻辑电平9。RS485接口在51单片机系统中的使用。由于RS485接口仍然是串行数据传输方式，因此他在单片机系统的使用与RS232类似。只是要加入一个专用的RS484接口芯片，比如美国美信的MAX485芯片，用它代替RS232接口中的

9、MAX232芯片。综上得，一个使用RS485接口的单片机和上位机通信系统，他的硬件设备在通信链路的最两端和使用RS232C接口的系统是相同的。所以对于一个简单的系统，这两者的编程几乎一样，只是在单片机端增加了一根收发控制I/O线。USB接口是PC目前十分流行的一种新型串行接口总线，除了一般串行总线的优点之外，还具有硬件简单易用、传输速率快、自带5V电源等特点，因此在各类电脑外设和数码产品中得到了广泛的应用。常用的USB转换芯片有CH341芯片10。2、意义与价值目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到

10、我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。3、参考文献1 关积珍,陆家和. 我国LED显示屏技术和产业发展及展望J.现代显示，2004， (02)：34-37.2 唐继贤.51单片机应用系统开发实例精解M.上海科学技术出版社，2012，153-168.3张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用M.高等教育出版社，2010,194-212.4关积珍.LED显示屏发展状况及趋势J.世界电子元器件，2000, (02)：47-49.5刘维富，陈建平.C+程序设计实践教程M.北京：清华大学出版社，200

11、7,36-269.6汤勃,徐立伟.基于VB的PC机与单片机串行通信程序设计J.武汉理工大学学报,2002(4):89-90.7邬芝权，李骐，刘全.基于51单片机的LED显示屏开发技术M.北京航空航天大学出版社，2009，224-291.8 王亭，李瑞涛，宋召清.在Windows下PC机和单片机的串行通信J.微型机与应用，2000(1)：25-27.9 陈新忠.基于RS232总线的单片机多机通信软件设计J.现代电子技术，2002，(03) ：56-57.10徐爱钧.单片机原理与应用：基于Proteus虚拟仿真技术M.机械工业出版社，2010，（7）：15-156.11 李桂平.LED屏幕显示器的

12、设计J.零陵师范学院学报，2002，(9)：67-68.12 文哲雄.用单片机控制LED显示屏D.佛山：佛山科学技术学院，1995.13朱清慧,张凤蕊.Proteus教程-电子线路设计、制版与仿真M.北京:清华大学出版社，2011,1-25314陈晓明，苗世红，陈洪才.利用VC+ + 实现汉字与位图点阵数据的提取J华中科技大学学报，2007,（9）：1-4.15龚建伟，熊光明.Visual+/Turbo C串口通信编程实践M.北京：电子工业出版社，2008,58-98.16张红兵,张宁达.VB6.0环境下利用Mscomm控件实现串行通信J.微型计算机信息，2001（12）：15-17.18 D

13、avid F Rogers.Computer graphics algorithmM.Beijing：China Machine Press，2002：97-99.19 Khodambashi S, Zakerolhosseini A, Fazlali M.A scalable architecture to control LED displays J.Industrial and Information Systems,Sep2010:456-459.本课题的基本内容，预计解决的难题基本内容 本课题主要以单片机AT89S51为控制器的LED点阵显示屏系统的设计。该系统可实现中英文字符的显示

14、和动态特效显示。并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。系统采用PC机作为上位机，上位机向单片机发送控制命令和上位机所存储的显示代码，AT89S51单片机接收并处理PC机的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动一个1616分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。PC机与单片机之间的通信采用RS232C通信标准来实现。所选用的AT89S51单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。除此之外，该系统只占用了单片机少量的I /O口和内存，为系统留下了功能扩展的空间。需解决的难题对点阵式LED显示屏进行整体性设计，也就是利用单片机通过驱动模块控制点阵式L

15、ED显示模块，其中，LED驱动模块的设计是本课题首要解决的问题。另外如何在上位机实现汉字库的字模转换还有上位机与下位机的通信如何来实现也是需要去研究掌握的内容。课题的研究方法、技术路线研究方法：1.文献调研法：通过网络、书籍和数字图书馆查找搜集与基于单片机的LED点阵显示相关的文献资料，对研究课题的现状有一定的了解。2、理论分析法：通过对资料的分析与整理，根据单片机、LED点阵显示、传感器等的理论知识，分析本课题研究的可行性。3、实践验证法：系统整体电路设计与软件编程相结合，先做出整个系统的电路，然后做出实物，对硬件和软件进行整体调试。技术路线：1、系统硬件硬件的设计采用模块化设计，既要满足模

16、块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图1所示,根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及上位机四部分组成。上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。图1 系统硬件组成框图系统软件 软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写，方便下载和编译。设计目标和硬件总体结构确定的情况下，下位机软件可以分为主程序，显示程序，中断程序三个主要部分组成，上位机主要是字模转换和串口通信编程。具体系统软件模块结构如图2所示。图2 系统软件模块结构框图 软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后

17、还需要下载到单片机中执行。编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。C语言编写的程序并不能被单片机直接执行还需要编译为单片机可执行的机器语言。因此在系统软件设计中，编译器必不可少。支持MCS51用C语言编程的编译器主要有两种：Franklin C51编译器和KEILC51编译器。目前在单片机开发中普遍都是使用Keil C51来进行编译。因此软件设计最终方案为采用C语言为程序语言，Keil为编译工具按照控制、通信、显示等几个功能模块来编写程序。研究工作条件和基础Proteus软件；单片机开发板；LED显示相关文献资料。五、进度计划起讫日期工作内容2013.11.25-2013.12.13查阅参考文献，翻译一份英文资料。2013.12.14-2014.1.17初步确定设计方案，撰写毕业设计开题报告。2014.1.1