旋轉(zhuǎn)式點(diǎn)陣LED屏的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

1、 南京師范大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告姓 名： 殷鵬 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 物科院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 題 目： 旋轉(zhuǎn)式點(diǎn)陣LED屏的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 吳棟 2012 年 2 月 29 日開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求1開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及院、系審查后生效；2開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)址上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；3有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T

2、 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2005年4月26日”或“2005-04-26”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告1本課題的目的及研究意義LED 就是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)。LED簡(jiǎn)單的理解，就是半導(dǎo)體發(fā)光二極管，半導(dǎo)體固體發(fā)光器件為近幾年興起的第四代照明器件，是目前世界上最先進(jìn)的照明器件。LED并非燈絲加燈泡的“老面孔”，而是以半導(dǎo)體芯片為材料的固態(tài)光源，直接把電能轉(zhuǎn)換成光能。目前，LED照明技術(shù)日趨成熟，LED將會(huì)在照明行業(yè)內(nèi)得到普及，進(jìn)而引發(fā)人類(lèi)照明史上的第四次革命。半導(dǎo)體照明光源

3、的發(fā)展將會(huì)對(duì)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的技術(shù)推動(dòng)作用，特別是在戶(hù)外照明技術(shù)上的突破會(huì)使應(yīng)用產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，從而加速推動(dòng)市場(chǎng)的爆發(fā)性增長(zhǎng)。首先，它非常節(jié)能、無(wú)污染。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.030.06W）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。LED環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)，既沒(méi)有熱量也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。其次，LED壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上，有人稱(chēng)它為長(zhǎng)壽燈。最后，高新尖、智能化也是LED的“特長(zhǎng)”。LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在

4、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度，并任意混合，即可產(chǎn)生256256256=16777216種顏色，形成不同光色的組合，變化多樣，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。LED顯示屏顯示畫(huà)面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫(huà)，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于車(chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑市場(chǎng)、拍賣(mài)行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。2本課題的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀LED顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段（1）1990年以前LED顯示屏的成長(zhǎng)形成時(shí)期這一時(shí)期的LED顯示屏在國(guó)外應(yīng)用較廣，國(guó)內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級(jí)為單點(diǎn)4級(jí)調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。（2）1990-19

5、95年，這一階段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時(shí)期LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果，電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)。這一階段，LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。（3）1995年以來(lái)，LED顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時(shí)期1995年以來(lái)，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價(jià)格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的問(wèn)題，有關(guān)部門(mén)對(duì)LED顯示屏的發(fā)展予以重視并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)，目前這方面的工作正在逐步深化。國(guó)內(nèi)

6、研究概況我國(guó)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至1998年底，年度銷(xiāo)售總額在1000萬(wàn)元以上的企業(yè)有20多家，其銷(xiāo)售總額達(dá)6億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的85%以上。全國(guó)從事LED顯示屏的各類(lèi)企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷(xiāo)售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長(zhǎng)速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品基本沒(méi)有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國(guó)內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 國(guó)外研究概況 Cree公司建于198

7、7年，位于美國(guó)加利福尼亞洲。研制開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)基于碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、硅（Si）和相關(guān)化合物的材料與設(shè)備。公司的產(chǎn)品包括綠光、藍(lán)光和紫外光LEDs，近紫外激光、射頻和微波半導(dǎo)體設(shè)備，電源轉(zhuǎn)換設(shè)備和半導(dǎo)體集成芯片。這些產(chǎn)品的目標(biāo)應(yīng)用包括固態(tài)照明、光學(xué)存儲(chǔ)、無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)和電路轉(zhuǎn)換等。公司的大部分利潤(rùn)來(lái)自于LED產(chǎn)品和SiC、GaN材料的生產(chǎn)，產(chǎn)品銷(xiāo)往北美、歐洲和亞洲。目前Cree460nmLED,外部量子效率47%，白色發(fā)光效率80lm/W。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告3本課題的研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)陣LED顯示屏，要求在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯

8、示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)LED轉(zhuǎn)動(dòng)，用單片機(jī)控制LED點(diǎn)亮和熄滅來(lái)形成文字的，這些文字一看上去，就象懸浮在空中的文字，上下左右無(wú)牽無(wú)掛，給人以美好的回憶和享受。從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱(chēng)為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。例1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多的端口，如果我采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)

9、用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱(chēng)為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說(shuō)就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就1616的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同1行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類(lèi)推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠

10、快（每秒24次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線(xiàn)，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各

11、列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。本課題研究時(shí)用32個(gè)LED燈，掃描原理參照動(dòng)態(tài)掃描原理。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)電路板進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，讓板上LED發(fā)光二極管做圓周運(yùn)動(dòng)。單片機(jī)32個(gè)IO口分別控制16個(gè)紅LED和16個(gè)綠LED；一個(gè)紅外發(fā)射管，一個(gè)紅外接收管，板上的紅外接收管每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈就會(huì)導(dǎo)通一次，讓單片機(jī)知道從哪一點(diǎn)開(kāi)始播放字符或者圖象(轉(zhuǎn)完第一圈，

12、單片機(jī)輸出字的最左一點(diǎn)，再轉(zhuǎn)一圈，輸出第二點(diǎn)，依次，最后就可以看見(jiàn)一個(gè)完整的字)。 4本課題的實(shí)行方案、進(jìn)度及預(yù)期效果C51單片機(jī)底座無(wú)線(xiàn)供電LED顯示電機(jī)旋轉(zhuǎn)紅外發(fā)射與接收直流電源字模軟件實(shí)行方案：進(jìn)度安排：（1）開(kāi)題報(bào)告 （前4周）（2）硬件設(shè)計(jì) (第5，6兩周)（3）軟件設(shè)計(jì)（第7，8兩周）（4）系統(tǒng)調(diào)試（第9,10兩周）（5）撰寫(xiě)論文（第11周）（6）答辯預(yù)期效果：用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)LED轉(zhuǎn)動(dòng)，用單片機(jī)控制LED點(diǎn)亮和熄滅來(lái)形成文字的，這些文字一看上去，就象懸浮在空中的文字，上下左右無(wú)牽無(wú)掛，給人以美好的回憶和享受。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告5、已查閱參考文獻(xiàn)：1李騏 劉全，基于

13、51系列單片機(jī)的LED顯示屏開(kāi)發(fā)技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社2陳永真 陳之勃， 實(shí)用LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)詳解 機(jī)械工業(yè)出版社 3王雅芳，LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社4張毅剛，單片機(jī)原理及應(yīng)用。高等教育出版社，2004年。5李海濱，單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)例。中國(guó)電力出版社。6樓然苗，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京航空航天大學(xué)出版社。7周潤(rùn)景，基于PROTEUS的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真。北京航空航天大學(xué)出版社，2007。8侯麗玲，基于AT89S52單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。9韓志軍，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。機(jī)械工程出版社，2004。10孫占輝，MCS51單片機(jī)原理與應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社，1998。11劉增環(huán)，范慧賢， LED顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J。 微計(jì)算機(jī)信息， 2009。 12猴玉