基于单片机的LED广告牌的Googlelap.doc
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1、基于单片机的LED广告牌的设计摘要LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。LED显示屏经历了从单色,双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程,自20世纪八十年代开始,LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。本设计使用AT89C52芯片作为主控制模块,利用简单的外围电路来驱动1616点阵LED显示屏。设计分为三个模块:单片机控制模块.输出显示模块,译码器74LC138与三极管驱动的驱动模块。单片机控制模块以单片机为核心,以软件KEIL编程实现信
2、号输出,以驱动1616 LED点阵显示块为目的。另一方面显示屏广泛的应用于医院、火车站、银行等公共场所,因此本设计有很强的现实实用性。本设计主要是以AT89C52单片机为核心,采用串行传输,动态扫描技术,在负载范围内,只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。关键词: LED /单片机/动态扫描Based on LED Billboard Design SCMABSTRACTDestem is using light-emitting diodes dot matrix modules or pixel unit composed of a flat displa
3、y screen【1】. It has high luminous efficiency, long service life, configure, flexible, rich color and for indoor and outdoor environment adaptiveness, etc【2】. The LED display experienced from monochrome, double-color graphic display to now full-color video screen development process, since the 1980s
4、began, the LED display applications has already spread transportation, telecommunication, education, securities, advertising, etc.【3】 This design USES AT89C52 single chip as the main control module, use simple peripheral circuit to drive 16 x 16 lattice LED display. Design is divided into three modu
5、les: SCM control module. Output display module, 74LC138 decoder with triode driven driver modules. Single-chip microcomputer control module based on singlechip KEIL programming realization with software, signal output to drive 16 x 16 of LED dot matrix display piece for the purpose. On the other han
6、d display widely used in hospitals, railway stations, Banks and other public places, so this design has a strong realistic practicability. This design is mainly by AT89C52 single chip computer as the core, and adopting the serial transmission, dynamic scanning technology, within the scope of the loa
7、d, simply through simple cascade can expand on screen, is a low-cost graphic display solutions.KEY WORDS: LED,SCM,Dynamic scanning28目录摘要ABSTRACT1 前言11.1 LED简介11.2单片机的应用21.3电子显示屏22 系统总体方案42.1 需要实现的功能42.2滚屏的实现63系统硬件设计73.1 单片机系统及外围电路73.1.1AT89C52芯片介绍73.1.2单片机系统及外围电路83.2 电源模块93.3 驱动扫描93.3.1 74HC138芯片介绍1
8、13.3.2 驱动电路的构成123.4 1616 LED点阵显示屏电路和原理144 系统程序的设计154.1 显示驱动电路155 调试及性能分析175.1 软件调试175.2 性能分析18结论19致谢20参考文献21附录1 硬件电路图22附录2 显示程序231 前言LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车,码头,商店,学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色,双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程,自20世纪八十年代开始,LED
9、显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。1.1 LED简介4LED俗称发光二极管,它包含了可见光和不可见光,属于光电半导体的一类,在结构上包括P极和N极,是一种依靠半导体PN结发光的光电元件。LED就是由电子材料,封装材料,辅助材料联结而成的的一个发光的闭路电子元件。它可以直接把电转换成光,LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连电源的正极,使整个芯片被环氧树脂封起来。LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。体积小,LED基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小非常的轻;耗电量低
10、,LED耗电量非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V,工作电流是0.02-0.03A,这就是说它消耗的电量不超过0.1W;使用寿命长,在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时;高亮度、低热量;环保,LED是由无毒的材料做成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用;坚固耐用,LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管还要坚固,等体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。LED显示屏:它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成,靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、
11、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。点阵模块方案: 最早的设计方案,由室内伪彩点阵屏发展而来优势: 原材料成本最有优势,且生产加工工艺简单,质量稳定。缺点: 色彩一致性差,马赛克现象较严重,显示效果较差。LED显示屏市场前景现状:目前由于LED显示屏造价昂贵,主要用于比较高档的场所,主要集中在城市的繁华场所,作为多媒体广告的一部分。单双色LED显示屏主要应用于交通,高速公路,银行、证券交易等金融场所。以后:随着人们生活水平的提高,户外LED显示屏将逐渐应用于各个行业。1.2 单片机的应用单片机是生活必不可缺的,顾名思义单片机的应用是很广泛的,导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通
12、讯和数据传输、工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。1.3 电子显示屏LED电子显示屏(Light Emitting 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
13、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。【5】 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。 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:
14、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
15、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。 图1.1 LED电子显示屏应用示例图1.1 左:图文屏 右:条幅屏。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。2 系统总体方案单片机行驱动器列驱动器LED显示点阵图2-1 系统电路框图如图2-1所示,本设计通过单片机来控制行列驱动器使LED显示屏显示出汉字,单片机选用AT89C52芯片,行驱动器采用AT89C52的P0口,列驱动器选用74HC138芯片。该系统主要由AT89C52芯片、电源、行驱动器
16、、列驱动器、1616 LED点阵5部分组成。2.1 需要实现的功能用移动显示屏来显示汉字,通过单片机AT89C52的行扫描和74LC138芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“你好!欢迎你乘坐三汽公司公共汽车,大学城2线开往大学城,请你坐好扶稳”的字幕。当中还要实现的功能:5V的电压输入,时钟电路的设置,复位电路的设置,单片机给74LC138芯片的E1高电平同时给E2和E3低电平,74LC138才能正常的工作。点阵模块:此点阵模块由四个8*8点阵组成。图2.2示出最常见的88单色LED点阵显示器的内部电路结构图和外型规格,其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。其单点工作电压Uf为18 V,正向电流I
17、F为810 mA【6】。当某一行线为高电平而某一列线为低时,其行列交叉的点就被点亮;而当其某一列线为高时,其行列交叉的点为暗;当某一行线为低电平时,无论列线如何,对应这一行的点全部为暗。图2.2 88单色LED模块内部电路四个8*8点阵时钟电钟钟路复位电路路位路三极管行扫描模块列扫描模块显示模块8X8点阵LED工作原理说明:8X8点阵共需要64个发光二极管组成,且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上,当对应的某一列置1电平,某一行置0电平,则相应的二极管就亮;因此要实现一根柱形的亮法,对应的一列为一根竖柱,或者对应的一行为一根横柱,因此实现柱的亮的方法如下所述:一根竖柱:对应的列置1,而
18、行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱:对应的行置0,而列则采用扫描的方法来实现7。需要实现的功能如下图流程图图2.3所示:图2.3 功能流程图本设计使用AT89C52实现行驱动,对显示模块从上至下的扫描,用74LC138实现列驱动,对显示模块从左至右的扫描,然后显示字符。在中规模集成电路中译码器有几种型号,使用最广的通常是74LC138译码器,74LC138译码器的输出是低电平有效,故实现逻辑功能时,输出端不可接或门及或非门(因为每次仅一个为低电平,其余皆为高电平);74LC138译码器有使能端,故使能端必须加以处理,否则无法实现需要的逻辑功能。在片选使用状态下输入中8线始终只有1线为0, 此
19、74LC138芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展IO资源的作用,只要用单片机的2个IO引脚资源就能控制8个输出,而且程序的编制也容易实现。2.2 滚屏的实现字符的位置在屏幕上实现移动,即术语“滚屏”。可以用硬件实现,但无疑增加了额外的硬件成本及设计难度。因此本设计采用软件算法实现左滚屏、左暂停、定格显示等常见滚屏方式。用软件来完成滚屏算法,其最大的优点在于成本低廉,而且可维护性、可升级性大大增强。3 系统硬件设计3.1 单片机系统及外围电路3.1.1 AT89C52芯片介绍本设计选用AT89C52单片机作控制,AT89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器,采用工业标准的C51内
20、核,在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52 相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。主要管脚有:XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz 晶振。RST(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和VSS(20 脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0 端口(3239 脚)被定义为N1 功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13 脚定义为IR输入端,10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口
21、,12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU 的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能8。AT89C52的引脚图如下图3.1所示:图3.1 AT89C52引脚图3.1.2 单片机系统外围电路单片机外围电路一般有两块:时钟电路(如图3.2)和复位电路(如图3.3)。时钟电路由一个晶振和两个小电容组成,用来产生时钟频率。复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成,用来产生复位信号,使单片机上电的时候复位。图3.2 时钟电路图AT89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器,XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端,时钟可由内部和外部生成
22、,在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz,C1、成的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用【9】。图3.3 复位电路图单片机有多种复位电路,本系统采用电平式开关复位与上电复位方式,当上电时,C1相当于短路,使单片机复位,在正常工作时,按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位,但是大多数条件下,不会出现单片机错误复位,而可能会引起内部某些寄存器错误复位,在复位端加一个去耦电容,则会得到很好的效果。3.2 电源模块图3.4 USB端口连接图电源部分采用的是USB供电,因
23、为USB端口是标准的5V电压且电压相随稳定。而且USB口连接方便只需要USB数据线与USB供电口相连即可。图3.4即为USB端口电路图,其端口输出的是标准的5V电压,而且连接使用非常方便,只需将5V端与系统正极相连,地端与系统地端相连,南桥端接空,就可以给系统提供标准的5V电压。3.3 扫描驱动LED点阵显示屏的驱动电路包括两组信号为两部分,一是扫描信号,二是显示信号。在本设计中显示信号由单片机的IO口P0口直接进行显示信号的输出,扫描信号则是使用38线译码器对点阵进行逐列扫描。每次显示一列,根据人眼的视觉暂留效应显示为完整的图像或文字。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式,这
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