基于單片機的LED點陣畢業(yè)論文答辯

1、指導(dǎo)教師：基于單片機的LED點陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生：專業(yè)：電氣工程及其自動化主要內(nèi)容第一局部 背景及意義、技術(shù)路線第二局部 方案選擇與總體結(jié)構(gòu)第三局部 系統(tǒng)硬件設(shè)計第四局部 系統(tǒng)軟件設(shè)計第五局部 系統(tǒng)調(diào)試及總結(jié) 背景 作為21世紀是光電子與微電子緊密結(jié)合發(fā)揮作用的時代，以光通信為龍頭的信息光電子產(chǎn)業(yè)將成為21世紀的明星產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。 世界主要興旺國家及相關(guān)大公司均已投入大量資金和人力，力爭在數(shù)年之內(nèi)實現(xiàn)半導(dǎo)體白光照明的產(chǎn)業(yè)化。據(jù)CIR報告稱，全球LED的市場銷售額在2021將增至56億美元，其中高亮度LEDHB-LED將增至26.4億美元，超高亮度LEDUHBLED市場銷售額那么將贏得全球

2、市場份額的22。 在短短的十來年中，LED點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED的開展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向開展。LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：證券交易、金融信息顯示；機場航班動態(tài)信息顯示；港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示；體育場館信息顯示；道路交通信息顯示；調(diào)度指揮中心信息顯示；郵政、電信、商場購物中心等效勞領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示；廣告媒體新產(chǎn)品等。 總而言之，我國在研究復(fù)雜環(huán)境無線精確定

3、位方面的工作不是很多，能夠?qū)崿F(xiàn)的更少。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是一門新興技術(shù)，國內(nèi)與國際水平的差距并不很大，及時開展這項對人類未來生活影響深遠的前沿科技的研究，對整個國家、社會及經(jīng)濟將有重大的戰(zhàn)略意義。 系統(tǒng)的背景及意義、技術(shù)路線系統(tǒng)的背景及意義、技術(shù)路線 意義 基于單片機的LED點陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計是從實際應(yīng)用角度出發(fā)，針對當前市場上流行的LED產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計制作的LED點陣顯示屏系統(tǒng)，實用性比較強。目前大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫，其顯示動態(tài)效果(主要是顯示內(nèi)容的滾動)的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計進行，不能隨意進行動態(tài)顯示。而且一般的

4、小型LED顯示屏的體積還是比較大的，不適合隨身攜帶只能放在固定的位置顯示信息。為了克服顯示屏以上缺點，本設(shè)計需要能夠方便的實現(xiàn)數(shù)字、字母、漢字等預(yù)存信息，同時還要求實現(xiàn)信息的定時循環(huán)、上下左右滾屏、LED顯示亮度連續(xù)可調(diào)等擴展功能，來實現(xiàn)吸引別人注意到達發(fā)布信息的目的。另外，本設(shè)計利用PC機來進行通訊，通過PC機串口來實現(xiàn)顯示信息的更新。 同時該設(shè)計課題使我們能夠掌握LED顯示屏的根本顯示原理和設(shè)計方法，對LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗。因此該課題不管是對自己的就業(yè)還是對我國LED顯示技術(shù)的開展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。 系統(tǒng)的背景及意

5、義、技術(shù)路線系統(tǒng)方案選擇方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個LED發(fā)光管的一端接至單片機的一個I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動LED，原理簡單，驅(qū)動能力強，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰極或共陽極)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計中采用方案二。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體方案設(shè)計：LED點陣構(gòu)成LED屏幕的方法有兩

6、種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊，如以下圖。單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊 88 ,4個88點陣組合一個 1616。系統(tǒng)硬件設(shè)計1.晶振及復(fù)位單元 AT89S52引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C1如上圖所示。晶振、電容C1、C2及片內(nèi)與非門構(gòu)成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C1、C2取值范圍在530pF之間。根據(jù)實際情況，本設(shè)計中采用12MHZ作為系統(tǒng)的外部的晶振，電容取值為30pF。 系統(tǒng)硬件設(shè)計2

7、.通訊電路單元 由于電腦串口輸出電壓為+12V,而單片機的出入電壓為5+0.5V，直接與單片機連接會燒壞芯片，因此選用MAX232芯片來進行電平轉(zhuǎn)換。其中，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設(shè)計的接口芯片,使用+5V單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)根本可分三個局部：第一局部是電荷泵電路；第二局部是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道；第三局部是供電。 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.電源電路單元 由于單片機VCC所需輸入電壓范圍為5+0.5V，而由電源直接提供電壓通常不在此范圍內(nèi)，因此需要設(shè)計一個電源穩(wěn)壓電路確保對單片機輸入的準確提供。同時在系統(tǒng)中MAX232、74HC164、74HC595都需要5V的供電電壓，在系統(tǒng)開

8、發(fā)過程中可以使用電腦USB供電。在實際的大屏幕LED顯示屏設(shè)計中，用電腦USB供電明顯不切實際。此時需要對民用的220V進行降壓整流為5V直流電壓為顯示系統(tǒng)供電。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國家標準漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏，不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形，例如“高字的顯示。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 先控制8個列的電平，由于第一行不顯示，因此第一行從左到右8個發(fā)光二極管不用點亮，在列

9、線上施加高電平用“1表示。然后控制行顯示，由于是第一行，因此在在第一行線上施加高電平用“1表示，其余為低電平用“0表示。即列的二進制碼為11111111，轉(zhuǎn)換為16進制為 0 xFF。第二行要點亮4發(fā)光二極管，因此其列的二進制碼為10000111，轉(zhuǎn)換為16進制為 0 x87，同時第二行線上施加高電平用“1表示，其余為低電平用“0表示。依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描8個8位，可以得出漢字“B的掃描代碼為:0 xFF,0 x87, 0 xBB,0 xBB, 0 x87,0 xBB, 0 xBB,0 x87 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5.行驅(qū)動電路 由于1616點陣顯示器有16行，為充分利用單片機

10、的接口，本電路中參加了兩個74HC164譯碼器，其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號。同時選用三極管來將電流信號放大，驅(qū)動LED，本文選用的是三極管8550 。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5.列驅(qū)動電路 列驅(qū)動電路由集成電路74HC595 構(gòu)成。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。 74HC595是具有8位移位存放器和一個8 位輸出鎖存器，而且移位存放器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即到達重疊處理的目的。系統(tǒng)原理圖瀏覽系統(tǒng)原理圖瀏覽系統(tǒng)軟件設(shè)計 1.主程序 系統(tǒng)軟件設(shè)計 2.靜態(tài)顯示程序 系統(tǒng)軟件

11、設(shè)計 3. 左移動/上移動顯示程序 系統(tǒng)軟件設(shè)計4. 中斷效勞程序 硬件調(diào)試調(diào)試工作:1用萬用表測試所有焊點是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在；2通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計要求的范圍內(nèi)；3測試AT89S52單片機是否可以正常工作；4測試ISP下載線的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)；5測試串口系統(tǒng)的通信功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。漢字字模提取 漢字的點陣字模是從點陣字庫文件中提取出來的。例如常用的1616點陣HZK16文件，1212點陣HZK12文件等等，這些文件包括了GB2312字符集中的所有漢字?，F(xiàn)在只要弄清漢字點陣在字庫文件中的格式，就可以按照自己的意愿去顯示漢字了。下面以HZK16文件為例，分析取得漢

12、字點陣字模的方法。 HZK16文件是按照GB2312-80標準，也就是通常所說的國標碼或區(qū)位碼的標準排列的。國標碼分為94個區(qū)(Section)，每個區(qū)94個位(Position，所以也稱為區(qū)位碼。其中0109區(qū)為符號、數(shù)字區(qū)，1687區(qū)為漢字區(qū)。而1015區(qū)、8894區(qū)是空白區(qū)域。如何取得漢字的區(qū)位碼呢？在計算機處理漢字和ASCII字符時，使每個ASCII字符占用1個字節(jié)，而一個漢字占用兩個字節(jié)，其值稱為漢字的內(nèi)碼。其中第一個字節(jié)的值為區(qū)號加上32(20H)，第二個字節(jié)的值為位號加上32(20H)。為了與ASCII字符區(qū)別開，表示漢字的兩個字節(jié)的最高位都是1，也就是兩個字節(jié)的值都又加上了12

13、8(80H)。這樣，通過漢字的內(nèi)碼，就可以計算出漢字的區(qū)位碼。具體算式如下：qh=c1-32-128=c1-160，wh=c2-32-128=c2-160或者qh=c1-0 xa0，wh=c2-0 xa0qh,wh為漢字的區(qū)號和位號，c1,c2為漢字的第一字節(jié)和第二字節(jié)。根據(jù)區(qū)號和位號可以得到漢字字模在文件中的位置：location=(94*(qh1)+(wh1)*一個點陣字模的字節(jié)數(shù)。 那么一個點陣字模究竟占用多少字節(jié)數(shù)呢？我們來分析一下漢字字模的具體排列方式。 如以下圖5-6中顯示的“漢字，使用1616點陣。字模中每一點使用一個二進制位(Bit)表示，如果是1，那么說明此處有點，假設(shè)是0，

14、那么說明沒有。這樣，一個1616點陣的漢字總共需要1616/8=32個字節(jié)表示。字模的表示順序為：先從左到右，再從上到下，也就是先畫左上方的8個點，再是右上方的8個點，然后是第二行左邊8個點，右邊8個點，依此類推，畫滿1616個點。 漢字字模提取總結(jié) 目前LED顯示系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)在大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫，其顯示動態(tài)效果(主要是顯示內(nèi)容的滾動)的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計進行，不能隨意進行動態(tài)顯示。本文設(shè)計是基于單片機的1616的點陣LED圖文顯示屏系統(tǒng)設(shè)計，做到了在目測條件下LED顯示屏顯示各點亮度均勻、充足，可顯示移動的圖形和文字等，實現(xiàn)了循環(huán)移動、覆蓋霓虹燈效果，并且處理器運算速度快、執(zhí)行效率高，無抖動、閃爍、重影等現(xiàn)象。同時可以在PC機上進行控制預(yù)先設(shè)定的圖形或者文字顯示。所完成的單片機的LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計，根本到達了工作電壓低、功耗小、微型化、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定等