【点阵LED电子显示屏的设计（16X16）（论文）（论文）7400字】

点阵LED电子显示屏的设计（16X16）摘要本设计主要由以STC89C51芯片为主体的最小系统组成的控制模块和以生活中常见的LED灯为基础设计的显示屏组成的显示模块两部分组成。该设计的显示模块具有无限连接的特点，不仅价格经济，而且采用多个小的显示屏可以拼出一个大块的显示屏。本设计就是采用四块8*8的小显示屏拼成了一块16*16的大块显示屏，操作简单方便，在很多的场合都可以使用。以程序控制显示屏的动态显示不仅使用美观，给人以视觉效果冲击，带来美的享受，主要应用于商业广告，主要是图文等各种信息的显示。本设计是由多个发光的二极管按照16*16矩阵形式连接而成，包括了硬件，软件和调试等。在不超过负载能力的情况下，可以实现无限级联，操作简单方便。随着信息行业的发展需要，点阵显示屏在生活中变得越来越重要。关键词：STC89C51芯片；LED灯；显示屏目录1.绪论 11.1研究背景 11.2研究意义 11.3研究现状 22.系统整体设计方案 32.1显示方式的选择 32.2LED显示特点 42.3电子显示屏整体设计 43.系统硬件电路设计 53.1控制模块 53.1.1STC89C51的概述 53.1.2单片机最小系统 53.2显示模块 73.2.1点阵显示屏的概述 73.2.2显示屏的驱动电路 73.2.3独立按键电路设计 84.系统软件部分设计 94.1主函数的设计 94.2按键检测处理函数 95.设计的调试 115.1系统硬件调试 115.2系统软件调试 11参考文献 131.绪论1.1研究背景伴随着社会的进步，电子屏成为了传播信息的重要手段。就近几年来说，电子屏已经用于社会的各个行业，主要用于信息宣传的行业。就现在来说，对于那些宣传信息不是特别大，不需要很高的分辨率，又要求成本低廉的场所，以LED为核心的电子屏是非常适合的，也是非常经济的。它可以通过各种型号的单片机来进行数字汉字和图形的展示，可以依据客户的需求进行各种各样的变换。LED屏幕可以实现对信息不同形式进行变换，几乎任何地方都可以使用，具有其他显示屏难以超越的优势，它的光照强度比较高，损耗比较低，通过控制LED灯的亮和灭来控制显示文字和简单图像，操作简单，运用方便，前景广阔。现在半导体二极管的发光颜色和制作的材料有关，而刚开始时的颜色只有蓝色，随着时间的推移，又加上了荧光粉，可以根据客户不同的需求去调制出不同的颜色。用LED发光，需要的工作电压比较低，而且又比较亮，它的亮度又比较方便的能够用调节电压的方法来调节亮度，所以在现代各种新型的显设备中，发光二极管的优势是其它不可替代的。由于LED灯在新时代所具有的巨大优势，导致越来越多的领域使用LED灯，尤其是汽车的灯具领域，在20几年前，我国就已经在汽车的灯具上安装使用LED各种类型的灯，LED灯相比于其它的灯，具有反应比较快，亮度比较强，可以让司机清楚的看到前方的情况，减少道路事故的发生。在家庭用灯的领域，LED灯也将渐渐地取代白炽灯，成为主要的照明光源。此外，LED灯在其它应用领域也很广泛，主要用于政府的大厅、大型庆典的庆典广场、大型的休闲娱乐广场、商贸街和商业中心的广告显示屏、高铁站的大厅、大型演艺中心、电视广播、展览馆、演唱会等场所。1.2研究意义采用LED广告屏宣传最大的好处，就是可以达到效果最大化，以绚丽的效果吸引行人的目光。与传统的广告平面和海报相比，LED广告屏可以灵活的展示文字，数字和图像的内容，可以随意的更换这将使广告成本变得更加的低廉，操作更加简单，方便。而如今的LED屏具有传统广告牌没有的可靠性和持续性，传统广告牌容易损坏，要经常维护，而如今的LED显示屏具有很高的抗损坏性，维护起来也比较方便。传统的广告牌一经设定文字、图像就无法改变，而如今的LED广告屏可以通过简便的WIFI连接进行远程控制，敲几下鼠标。就可以改变LED广告屏显示出来的数字和图像，节约成本。而且，如今的LED广告屏不受空间和时间的限制，可以投放不同大小的合法的内容，可以随时投放不触犯法律的动态视频、图片和文字。对于中小微企业，LED显示屏的投资回报率还是比较高的。投资某个项目时，我们需要考虑成本，而LED显示屏投资成本几乎为零，我们仅需支付一下物流成本。而LED显示屏作为一种户外广告策略，将给我们带来更多的收益。LED大约是在30年前才开始渐渐地在显示屏中占有一定的份额，而进入90年代中期以后，就进入了迅速发展的阶段。在生产材料和技术的不断的改变时，它在颜色方面和亮度方面都有了很大的提高，在分辨率方面也有很大的提高，越来广泛地应用于市场。进入新时期，伴随着我国加入WTO，光电子行业在我国也得到了巨大的重视。随着北京奥运的举办，在很大程度上也推动了LED的发展。本设计是我学习了以LED为基础构成显示屏的课程，让我对该电子显示屏的设计有了比较深刻的认识，并且在大学期间对所学习的单片机进行了应用与实践，使我在动手操作的过程中，对于所学过的理论的知识有了更加深刻的了解。通过该设计我理解了STC89C51芯片作为核心的开发工具的应用，在应用中我加深对STC89C51单片机的理解，同时也增加了我对单片机应用的经验。目前我国新技术发展非常迅速，作为新技术之一的LED显示屏将在传播信息方面扮演更加重要的角色，市场的占比也会变得越来越多，同时竞争也会变得越来越残酷。因此，此课题将会对未来行业发展有重要意义。1.3研究现状从单片机出现的那一刻始，到如今单片机已经走了漫长的历程。近看当今单片机的发展，不外乎这两种方式，一种是微处理器技术，另一种是规模巨大的集成电路技术。单片机以它广泛领域的拉动，表现出了它特有的个性。单片机寿命比较长，一方面指它几十年的应用，另一方面指它与MPU相比较。由于如今半导体的快速的发展，MPU淘汰的速度越来越快。如今各种位数单片机的协同发展，也是如今社会发展的一方面。以前长期以8位机为主导地位，而如今随着社会不断的发展，16位和32位的需求在不断的增加。单片机更新换代比较快，为了突出某一特性，而去牺牲其它的特性。由于工艺不断的改善，集成率不断的提高，元件的损耗在慢慢的降低。随着单片机适用电压的范围变得越来越宽泛，单片机对电源要求需要稳压措施。发光二极管最重要的应用方向就是LED显示屏的应用，随着这几年，我国的发展，LED显示屏的制作变得越来越简单，进而带来的的影响就是成本变得越来越低，外国的公司在中国市场很难形成巨大优势。如今各种类型发光二极管都已达到了烛光级的水平，随着制造技术的慢慢的挺进，LED显示屏的电转化成的效率也在逐渐的提高，可以清楚的预见，今后的LED发展的主要方向是作为照明光源，如今它在一些领域逐渐取代耗能较高的白炽灯，并在其他领域与一些其他的光源并存或者是共同发展。LED的相关技术在最近几年取得了不断的突破，LED应用的领域也在不断的增加，就像目前的很多计算机显示屏已经普遍的采用了LED显示。LED矩阵显示屏现在已经可以大量生产，它可以显示出丰富的色彩，各种型号的文字和数字以及图像等。可以预见，在未来的十年中，基于LED的显示屏将会有更加广阔的市场前景，将会吸引诸多资金流入行业，该行业市场竞争也会变得更加激烈。2.系统整体设计方案本设计可以实现的目标：设计一个屏，通过屏来显示我们所需要的内容。本设计据有五个不同的按键，可以对显示屏显示的文字的方向进行控制，使其实现逐字显示、上下移动、左右移动等功能。2.1显示方式的选择方案一：采用静态的方式，当显示某一个字时，发光的二极管所对应的位保持不变，直到换至其它类型的字符时才发生改变。在这样的情况下，每个LED管都需要八个控制端进行控制，每个都需要八根输出线。随着显示器位数的增多，输出线也随着开始变得越来越多，比如当管个数为n位时就需要八倍的n根输出线，由于这种显示的特点，当显示比较多字符时，就会浪费过多的资源。方案二：为了解决占用的资源过多，而发生的浪费资源的这种的问题，所以我们的改进的方法通常是用动态的显示。动态的显示的方法是把数码管并联用，由8个控制端口来进行控制。这些数码管由一个公共的控制口来控制，显示数字、文字或者图像时，数码管轮流显示，因为频率比较高，轮流的速度非常快，同时人的眼睛具有视觉停留的余晖效应，所以我们看到的就是一个完整的字符，一个不动的字符，但实际上是这个字符一直在闪变。然而动态显示的缺点是它会造成焊接难度的增大，使得在硬件部分容易出现故障。方案三：采用行为16个列为16个组成的显示屏，显示屏的内部和数码管相同，字符、图像可以清晰的通过显示屏呈现出来，操作比较方便。基于LED管组成的点阵系统相比于静态数码管和动态数码管价格更加低廉，而且增加字符没有限制，这样我们就可以构成我们在电视中看到的那种巨大的屏幕影像。点阵驱动可以分为点驱动和行驱动，点驱动就是点被一个一个的点亮，高电平给点所在的行，列给低电平，进行完整的界面显示。行驱动就是一行一行的点亮，需要点亮的给高电平，然后再给这一行低电平，这样一次就可以点亮多个灯。综上所述，我们最终采用点阵显示作为最终显示。2.2LED显示特点占用的空间小：LED本身就是一块小的物体，所以它不仅占用空间小，而且几乎没有重量。电量损耗低：由于通过它的电流和所加在它两端的电压及小，所以它的功耗比较小，一般不超过0.1瓦。使用寿命长：在额定的电压和电流的状况下，或者比额定的电压和电流稍高的情况下，它的寿命也可以达到几万个小时。亮度高、热量低：LED灯本身是冷光源，所以它损耗就比较低，产生的热量也就比家用的普通照明灯更加的低。无害性：LED是由环保可回收材料生产的，对环境没有污染，不像荧光灯里面还有水银，对人和环境都有很大危害，需要谨慎处理。坚固耐用：因为有环氧树脂存在的原因，LED二极管灯比普通的灯具包括荧光灯都要更加的坚固，因为在封闭的灯体中不易松动，这些造成LED的抗损耗性比其他的灯要高。2.3电子显示屏整体设计LED的电子显示屏由控制的模块和显示的模块两个模块组成，这两大模块又分为六个部分，这六个部分分别是复位、晶振（时钟）、电源、独按键、点阵显示屏和芯片组成的。其中芯片、其中独立按键共有五个，分别代表着五个不同的功能，功能分别为单字显示，汉字向左移动，汉字向下移动，汉字向上移动和汉字向右移动。因为STC89C51的芯片的正常的工作电压的范围在5伏左右，所以我们的电源模块采用了USB电源连接线、手机充电器插头、五伏的移动电源供电都可行。整体设计方案图如图2-1所示：图2-1整体设计方案图3.系统硬件电路设计3.1控制模块3.1.1STC89C51的概述STC89C51是一个八位的嵌入式控制器，在芯片上它具有八位的CPU，使得它在控制的过程中比较灵活。另外，芯片在空闲的模式下内部也可以停止工作，所以比较高效。而且它可以在线编程，替客户省去了购买编程器的费用，不仅速度比较快，而且使用起来也更加的方便，比较经济。3.1.2单片机最小系统单片机最小系统就是用最少的电路组成能实现一定功能的系统，除了核心芯片内部的电路之外还需要有外部的电路，如：时钟、复位等电路。时钟电路分为内、外两种形式，图3-1中采用的是内时钟模式，由晶振和电容构成。图3-1时钟电路时钟电路就好像是给芯片打一个周期性的拍子，有了这个拍子才可以正常工作，而这个拍子就是由振荡产生的，所以又叫震荡电路。复位电路，如图3-2所示，作用是使设备达到刚开始的状态。比较简单的电路只要有电阻和电容两种元器件就可以实现这个功能了。图3-2复位电路在系统运行的过程中都不可能是一帆风顺的，总要陷入不能出来的循环，或者是不正常的运行状态，这个时候清零的功能就凸显出来了，复位可以用最简洁的操作消除此类程序运行故障。最小系统如图3-3所示：图3-3单片机最小系统3.2显示模块3.2.1点阵显示屏的概述我们在生活的各个场所中，可以看到各种信息的展示，随着新技术的发展，现在信息都展示多是由一个大屏幕展出，大屏幕是由一个个小点组成的方块阵，我们称之为矩阵，又称之为像素，那个小点就是LED灯，如果用来展示信息的LED灯越多，我们就说它的像素比较高。当利用点驱动来点亮LED灯的时候一次只能点亮一个灯，本文是利用比较迅速的点亮，而人的眼睛没有那么快的反应能力，不会察觉到光线的变化，这就是人的眼睛的视觉停留的效应，这样人看起来各个点的灯的亮和灭就好像同时进行的一样。当利用行驱动来点亮LED灯的时候一次只能点亮一行的灯或者一列的灯，同样由于灯是比较迅速的被点亮，而人的眼睛没有那么快的反应能力，不会察觉到光线的变化，这种点亮方式可以节省点亮的时间。3.2.2显示屏的驱动电路图3-1点阵的驱动电路图本设计的显示模块是基于LED灯组成的，但面对市场的需求清晰度的要求，我们的像素会变得越来越高，所需要的LED灯会变得越来越多，但是我们一个单片机只有八个I/O口，如何进行控制点量成为了现在的一个难题。如今我们解决的方法就是加装一个驱动电路如图3-1所示，使用锁存器进行级联控制，只需要使用单片机的三个I/O口就可以控制无数个LED灯，当需要控制更多的LED灯的时候，我们可以级联更多的锁存器，每多连接一个锁存器就可以多出八个I/O口。3.2.3独立按键电路设计本设计中的电路装有按键，利用按键的形式实现人的命令向机器的传递，这个电路一共有五个按键，共实现五个不同的功能。按键一端连接芯片特定的I/O口，另外一端接地。这样设置的目的是要求当按键没有被按下的时候，与按键连接的I/O口的电平为高。当按键被按下的时候，与按键连接的I/O口的电平为低。当芯片内程序判断按键联络的I/O口由高电平转化为低电平时，则判断为按键按下。当然，这种控制方式可能会出现故障，常见的故障就是有抖动发生，常见的消除按键抖动的方法就是增加适当的延时。独立按键电路图如图3-2所示。图3-2独立按键电路图以下为五个按键的功能：第一个按键的效果是显示内容；第二个按键的效果是内容左移；第三个按键的效果是内容下移；第四个按键的效果是内容上移；第五个按键的效果是内容右移。4.系统软件部分设计4.1主函数的设计一个完整的程序必须要包含有入口函数之称的主函数，因为代码是从它开始的运行的。在进入该函数之后，一般都要进行程序的初始化或者是赋值，然后再继续接着运行到循环里面。如果代码不进入这个循环，则代码走一遍之后就会出去；如果代码进入了循环，它就会不断地进行循环，一直到达到目的。具体流程图如图4-1主函数流程图所示。图4-1主函数流程图4.2按键检测处理函数按键检测处理函数是为了让系统能分辨出所按按键，并且能够知道下一刻将向哪一步移动，按键的检测主要通过辨别IO口的电平，如果出现低电平后进入经过延时消抖后再次辨别是否真的按下，如果是进入执行对应功能。具体流程图如图4-2所示。图4-2按键检测处理流程5.设计的调试5.1系统硬件调试本文之所以去检查设计的实物中的电路是否会出现电路的虚焊，漏焊，短路，断路，有分正负极的元件，正负极放错的这些不正常的情况，主要是为了能够使本文的设计可以正常的工作，这就是硬件调试内容的一部分。对于出现实物电路漏焊的现象和方向性元件正负极放错等错误，常见检查方法是将设计的实物的电路与设计的电路的图纸进行对照，然后检查设计的电路的图纸中的每一个元器件在设的计电路的实物中是否有出现。如果该元件没有出现就立即改正。对于短路，短路和漏焊等故障情况，我们有很多种解决方式。我们可以将万能表达到电压的档位，如果电压为零，则电路为短路情况，如果电压为无穷大，则电路是断路或漏焊的情况，然后我们可以检查焊点是否出现漏焊的情况，如果是漏焊，那我就重新补焊点，如果不是漏焊，那么就是短路。另外，我们还可以把万能表调到欧姆档，如果电阻为零，则是短路，如果电阻显示为无穷大，则设计电路的实物可能是是断路或者是漏焊，接下来我们需要检查设计实物电路是否出现漏焊的现象，如果是漏焊，那么开始补充焊点，如果不是漏焊，那么则电路为断路情况。我们还可以把万能表打到蜂鸣器状态来检测电路，如果电路正常，万用表是不会发出任何声音的，如果有问题，则万用表是会发出一些类似蜂鸣叫的声音。5.2系统软件调试软件的调试的方法主要有以下几种：排错的方法，这种方法是最早使用的方法之一，在很早以前就有人开始使用了，他一共分为设置、暂停、观察、和运行四种状态。回溯法，这样的办法适用于小规模的检查，出现问题以后首先排查程序，再查找程序错误的位置。本设计在调试中碰到的问题：（1）显示屏闪烁的现象；显示屏出现闪烁：可能是因为行或者列驱动显示的时间过于长，超过了人的眼睛的视觉的停留的时间，人就会感觉出闪烁。解决的方法：减少行或者列的间隔的时间。（2）一个按键按下产生功能的叠加；通过排查程序，当检测到与按键相连的I/O口电平为低时，就进行控制，控制完成立即退出，由于时间过短，所以检测到的电平还是低电平，以致出现低电平叠加的现象，导致功能叠加。解决方法：添加程序对按键的消斗延时。参考文献[1]

成同福，《LED点阵式城市客车电子显示路牌的功能》[J].城市车辆，2003年005期

[2]

夏志清，《LED显示专利器件》[J]代

显示.2004.

000(002).

[3]

贾东耀、

汪仁煌，《LED显示屏动态显示和远程监控的实现》[[J].国外电子元器件.2002.

000(009).

[4]

何井彪

、任景龙，《LED点阵式实时参数显示屏设计》[J].热电技术.2001.

000(004).

[5]

姜莹，《一种新型智能式LED电子显示屏》[J].自动化与仪表.2001.

016(006).[6]

郭兆正.点阵显示屏系统设计.渤海大学学报(自然科学版),2005，26(4).

[7]

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)[8]

王守华.LED点阵电子显示屏系统的设计[J].今日电子,2008，11(2).

[9]

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.

[10]

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),