市場營銷xLED點陣廣告屏

1、16X16 LED點陣廣告屏PAGE PAGE 2東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程單片機課程設(shè)計 題目16*16LED點陣廣告屏專業(yè)姓名學(xué)號一、任務(wù)二、設(shè)計要求三、參考資料1 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 劉潤華,劉立山.模擬電子技術(shù)J.山東:石油大學(xué)出版社,2003.3 蘇成富.彩燈控制器J.北京:電機電器技術(shù),2000，（01）.4 祝富林.音樂彩燈電路CS9482J.北京:電子世界,1995，（12）.5 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限2012.3.19至2012.3.30指導(dǎo)教師專業(yè)負責(zé)人2

2、012年3月17日目錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc266107716 第1章緒論 PAGEREF _Toc266107716 h 2 HYPERLINK l _Toc266107717 1.1 LED點陣顯示屏概述 PAGEREF _Toc266107717 h 2 HYPERLINK l _Toc266107718 1.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況 PAGEREF _Toc266107718 h 3 HYPERLINK l _Toc266107719 1.3 本設(shè)計任務(wù) PAGEREF _Toc266107719 h 4 HYPERLINK l _Toc2

3、66107720 第2章總體方案論證與設(shè)計 PAGEREF _Toc266107720 h 4 HYPERLINK l _Toc266107721 2.1 LED驅(qū)動模塊 PAGEREF _Toc266107721 h 4 HYPERLINK l _Toc266107722 2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊 PAGEREF _Toc266107722 h 5 HYPERLINK l _Toc266107723 2.3 總體硬件組成框圖 PAGEREF _Toc266107723 h 5 HYPERLINK l _Toc266107724 第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc266107724 h

4、7 HYPERLINK l _Toc266107725 3.1 LED驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc266107725 h 7 HYPERLINK l _Toc266107726 3.2數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計 PAGEREF _Toc266107726 h 8 HYPERLINK l _Toc266107727 3.3 PC機通信模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc266107727 h 9 HYPERLINK l _Toc266107728 第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc266107728 h 11 HYPERLINK l _Toc266107729 4.1 下位機軟

5、件流程 PAGEREF _Toc266107729 h 11 HYPERLINK l _Toc266107730 4.2上位機軟件 PAGEREF _Toc266107730 h 12 HYPERLINK l _Toc266107731 第5章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 PAGEREF _Toc266107731 h 14 HYPERLINK l _Toc266107732 5.1 使用的儀器儀表 PAGEREF _Toc266107732 h 14 HYPERLINK l _Toc266107733 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc266107733 h 14 HYPERLINK l

6、_Toc266107734 5.3 測試結(jié)果 PAGEREF _Toc266107734 h 14 HYPERLINK l _Toc266107735 結(jié)論 PAGEREF _Toc266107735 h 15 HYPERLINK l _Toc266107736 參考文獻 PAGEREF _Toc266107736 h 16 HYPERLINK l _Toc266107737 附錄1 程序 PAGEREF _Toc266107737 h 17 HYPERLINK l _Toc266107738 附錄2 仿真效果圖 PAGEREF _Toc266107738 h 19第1章緒論LED顯示屏是利用

7、發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公共場合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程，自20世紀八十年代開始，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。1.1 LED點陣顯示屏概述LED點陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片內(nèi)，能進行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編

8、制能力，能進行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏可編程序型LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技

9、術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點。1.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動檢測及遠程控制技術(shù)等。1.2.1串行傳輸與并行傳輸技術(shù)LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動IC種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實

10、現(xiàn)也較為容易。1.2.2 動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)LED顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為1/4,1/16掃描等。室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個發(fā)光一極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的I/O口，因此應(yīng)用較廣。1.2.3自動檢測及遠程控制技術(shù)LED顯示屏的構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直接影響顯示屏的正常運行。在LED顯示

11、屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進行自動檢測控制，也可根據(jù)需要，遠程實現(xiàn)對顯示屏的亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)以及工作方式的轉(zhuǎn)換等。1.3 本設(shè)計任務(wù)現(xiàn)在市場上各類基于LED的顯示屏較多，但大部分產(chǎn)品為單一模式的LED顯示屏，其在顯示內(nèi)容的更換及顯示屏的重組等方面都存在不便之處。但隨著信息化社會的迅速發(fā)展，LED顯示屏正在向顯示內(nèi)容豐富、信息更改方便等方面發(fā)展。因此制作一款多功能的LED廣告顯示屏是非常有意義地。本研究即以AT89C51單片機為核心， 采用串行傳輸、動態(tài)掃描技術(shù)，制作一款擁有PC機通信功能的，模塊化LED多功能顯示屏。第2章 總體方案論證與設(shè)計本系統(tǒng)采

12、用單片機AT89C51為LED顯示屏的控制核心，系統(tǒng)主要包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等。下面對各模塊的設(shè)計逐一進行論證比較。2.1 LED驅(qū)動模塊方案一：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(共陰或共2端)，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)

13、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。2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊方案一：采用靜態(tài)RAM存儲顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器具有存儲容量大，傳輸速度快等優(yōu)點。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。方案二：采用ROM芯片存儲LED顯示屏要顯示的信息，采用ROM芯片可以長時間的存儲信息，而且掉電數(shù)據(jù)不丟失，此種方式適合于存儲不變的數(shù)據(jù)。方案三：采用串行EEPROM（如24C256等）存儲LED顯示屏要顯示的信息。串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲技術(shù)，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應(yīng)用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)

14、。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。比較以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點，因此選者方案三。2.3 總體硬件組成框圖圖2-1 總體硬件組成框圖 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。3.1 LED驅(qū)動模塊的硬件

15、設(shè)計LED驅(qū)動模塊是LED顯示屏設(shè)計的關(guān)鍵部分，驅(qū)動電路設(shè)計的好壞直接關(guān)系到LED顯示屏的亮度、穩(wěn)定度等重要指標。本次設(shè)計中LED的驅(qū)動是采用三極管和74LS154實現(xiàn)的。3.1.1 74 LS154芯片介紹74LS154是一個416譯碼器，其真值表如圖3-1所示。圖3-1 74LS154的真值表3.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計 此系統(tǒng)中驅(qū)動電路是由74LS154和三極管組成的，原理圖如圖3-1-2所示。圖3-2 LED驅(qū)動電路原理圖如圖3-2 LED的行掃描端接到單片機89C51的P0口，列掃描端接置三極管的發(fā)射極。列掃描端（B1B8）用于LED的數(shù)據(jù)掃描，通過74LS154的譯碼和三極管的驅(qū)動，

16、使LED發(fā)光。（A1A8）通過P0口為LED的顯示給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.2數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計數(shù)據(jù)存儲電路由串行EEPROM 24C256組成。24C256是美國CATALYST 公司出品的一個1-256K位的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS E2PROM，可用電擦除，可編程自定時寫周期（包括自動擦除時間不超過10ms 典型時間為5ms）的串行E2PROM。該芯片有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式，還有另一種頁寫入方式。允許在一個寫周期內(nèi)同時對1個字節(jié)到一頁的若干字節(jié)的編程寫入。24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖3-3和表3-1圖3-3 24C256的引腳排列圖表3-1引腳功能描述指令

17、代碼指令代碼 Read ROM(讀ROM) 33H Write Scratchpad(寫暫存存儲器) 4EH Match ROM(匹配ROM) 55H Read Scratchpad(讀暫存存儲器) BEH Skip ROM(跳過ROM）CCH Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器) 48H Search ROM(搜索ROM) F0H Convert Temperature(溫度變換) 44H 數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計原理圖如圖3-4所示：圖3-4 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計原理圖該存儲電路僅由芯片24C256組成，SCL為串行時鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址，這

18、是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。當(dāng)LED顯示屏控制系統(tǒng)工作時，單片機89C51通過讀SDA和SCL腳讀取24C256中的內(nèi)容，并將其顯示于LED顯示屏上。也可以通過上位機（PC機）將編輯好的數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到24C256芯片內(nèi)。3.3 PC機通信模塊的設(shè)計該部分電路由芯片MAX232組成。其電路原理圖如圖3-5所示：圖3-5 通信原理圖如圖3-5所示，單片機的串口通過MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換成EAI適合的電平，實現(xiàn)了單片機和PC機之間的通信。第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子

19、模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 主程序設(shè)計本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化否是判斷是否處于通信狀態(tài)？移位顯示讀取顯示內(nèi)容 圖4-1 主程序流程圖讀取24C256的標志位等待判斷是否有中斷標志？是否開機4.2 驅(qū)動顯示子程序設(shè)計驅(qū)動顯示程序主要是通過用指向字模的指針 p 每次從外部數(shù)據(jù)存儲器按順序提取出字模中的兩個字模信息，通過字模處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成2進制信息，既兩個字模信息最后成為16個0，1形式的信息，再通過給74HC595各個功能端口跳變及上升跳變

20、使這些1，0信息控制一排16個燈的亮和滅（1代表高電平，0代表低電平），每次進行完，指針p再指向下兩個指針，進行相同的操作，以后依次類推，同時4-16譯碼器一直都在從1到16進行掃描，從而實現(xiàn)了點陣的行驅(qū)動和列驅(qū)動的統(tǒng)一，將字模信息顯示在LED點陣上，當(dāng)指針指到字模信息最后一位時，重新指回字模首位，延時一段時間后重復(fù)上述工作，實現(xiàn)了漢字的往復(fù)循環(huán)顯示。開始開始YN初始化驅(qū)動器件字模處理程序調(diào)整指向字模的指針給驅(qū)動器件跳變完驅(qū)動p是否指到結(jié)束位指針指回字模數(shù)組首位延時圖4-2 驅(qū)動顯示程序流程圖圖4-2 驅(qū)動顯示程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表數(shù)字萬用表DT9203

21、單片機仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-55.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.2.1硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)

22、的實現(xiàn)功能。5.3 測試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，LED顯示屏能很好的顯示信息。LED顯示屏由八塊8*8的LED小模塊組成，整個顯示屏可以顯示兩個16*16的漢字，漢字從右到左移動顯示，顯示亮度也正好。結(jié)論針對傳統(tǒng)漢字顯示系統(tǒng)顯示方式單一，字模更換難度大的問題，設(shè)計了本系統(tǒng)，系統(tǒng)是以AT89C52單片機為核心，采用并行ISP下載，串行數(shù)據(jù)傳輸、動態(tài)掃描技術(shù)，利用人眼視覺暫留現(xiàn)象實現(xiàn)漢字移動顯示并可與PC機進行通信的16*64LED漢字顯示屏。系統(tǒng)總體電路由通信電路，驅(qū)動電路和外部存儲電路構(gòu)成。通信電路由MAX232進行電平轉(zhuǎn)換實現(xiàn)單片機與上位機的通信，完成將字模向外部字模數(shù)組的傳遞過程。74L

23、S154和74HC595共同作用完成對顯示屏的驅(qū)動，實現(xiàn)字模信息于LED點陣上小燈亮滅的轉(zhuǎn)變過程。74LS373和EEPROM2864完成外部數(shù)據(jù)存儲功能。通過軟硬件的仿真調(diào)試，實現(xiàn)了本次設(shè)計的基本功能：漢字的左移顯示，并可與上位機進行通信，實現(xiàn)顯示漢字的更新。但在實際應(yīng)用中，功能不僅僅于此，通過對程序的稍做修改，可以實現(xiàn)漢字的靜態(tài)顯示，左移，右移的顯示，以及根據(jù)要求來控制移動速度和每次移動的距離，并且都可以和上位機進行通信實現(xiàn)漢字的更新。參考文獻1 吳杰.基于ISP 技術(shù)的電子公告牌系統(tǒng)J.科技資訊2008.NO.14：83-87.2殷曉安，吳明亮.基于單片機的LED點陣顯示條屏控制系統(tǒng)設(shè)計

24、J.2008,4月.154-155.3 M.R.Krames,O.B. Shchekin, R. Mueller-Mach, et al,“Status and Future High-Power Light-Emitting Diodes for Solid-State Lighting,”J Journal of Display Technology, vol. 3,No. 2, pp. 160-175, June 2007.4田金云.基于單片機的LED 漢字點陣顯示系統(tǒng)設(shè)計J.工業(yè)控制計算機.2008 (6)：87-88.5 李川，汪秋蒙.ISP技術(shù)的原理及實現(xiàn)方法J.科技資訊.2007，35期：93-94.6 萬光毅.單片機實驗與實踐教程M.北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1.7 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M.高等教育出版社.2003:160-190.8 諸昌鈐.LED 顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù). 成都:電子科技大學(xué)出版社.2000.9 張紅.基于單片機控制的LED 點陣顯示屏系統(tǒng)J. 微計算機信息.2009.25期 1-2卷：92-93.10 Philips .74HC595 .datashe