光电子技术毕业论文1.doc
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1、毕业设计(论文)报告题 目 LED电子广告牌的设计 系 别 尚德光伏学院 专 业 光电子技术 班 级 0701 学生姓名 俞益 学 号 090001 指导教师 袁芬 2012年 4月摘要:LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它由发光二极管构成的点阵模块组成可变面积的显示屏幕,以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高特点,在短短的十几年中,迅速成长为平板显示的主流产品。本文主要介绍了LED电子广告牌的原理、分类以及设计。通过对以单片机AT89S52为核心的LED电子显示系统程序的修改,还介绍了在硬件和软件上的实现过程。本系统具
2、有设计简单、成本低廉、可靠性高的特点,主要应用于厅堂、车站、广场等公共场所。关键词:LED电子显示屏,单片机,设计LED Electronic Billboards DesigningAbstract:LED Electronic Screen is a new form of information display media which is with the rapid developing of computers and related micro-electronics, photonics technology. It consists variable size of disp
3、lay screen with LED dot matrix modules. It grows rapidly in Flat Panel Screen for the mainstream products with high reliability, long service life, a strong ability to adapt to the environment, the high cost-performance characteristics in the short span of the last 10-odd years.This paper mainly int
4、roduces the principle, classification and design of LED Electronic Billboards. Based on the monolithic integrated circuit AT89S52 as the core LED electronic display system program changes, it can also change the move style and speed of the display content and so on. The paper gives the hardware and
5、software on the implementation process; It is simple in design ,cheap in cost and high in reliability. It is mainly used in sitting rooms, stations, squares and other public places.Key Words: LED Electronic Screen , Micro Controller Unit(MCU), Designing目录前言. .1第1章 LED电子显示屏的概述.21.1 LED的简介.21.1.1 LED的
6、起源.21.1.2 LED的基本概念.31. 2 LED显示屏的简介.51.2.1 LED显示屏的基本概念.51.2.2 几种常见的LED显示屏.61.2.3 LED显示屏的优点、性能及作用.8第2章LED广告牌的设计.102.1任务.102.2设计内容.102.3系统硬件电路设计.11第3章 LED常见问题.133.1静电的来源.133.2静电放电的失效模式.133.3防静电措施.143.4运输与封装.14附录.15谢辞.18参考文献.19前言自20世纪80年代后期开始,随着LED制造技术的不断完善,在国外得到广泛的应用。在我国改革开放之后,特别是进入90年代国民经济的高速增长,对公众场合发
7、布信息的需求日益强烈。在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下,2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以“绿色节能”为主题,给LED照明产业的发展带来巨大的历史机遇。而LED作为新兴的固体照明器件,寿命长达510万小时,它不仅耗电少,亮度高,而且体积小、抗震动。各种颜色的半导体LED产品如雨后春笋般纷纷问世,其创新技术一日千里。而LED显示屏作为信息传播的一种重要手段,已经成为城市信息现代建设的标志,LED显示屏随着社会经济的不断进步,以及LED制造技术的完善,人们对LED显示屏的认识越来越深入,其应用领域将会越来越广。受记忆空间的有限性和信息传播的无限性,使人们的注意力逐渐成
8、为一种稀缺资源,传媒成为资本和技术之外的第三大社会力量。生活方式的改变驱动户外广告媒体的发展,在广播、电视、报纸的不断分化后,户外广告媒体已成为真正的大众媒体。其独特价值无可替代。第1章LED显示屏的概述1.1 LED的简介1.1.1 LED的起源1970年代最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此LED开始进入多种应用领域,包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等,遍及国民经济各部门和千家万户。到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制,但由于GaP和GaAsP LE
9、D具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。最近十年,高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过100mcd的LED,又称坎德拉(cd)级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速,现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。同年,东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高
10、亮度LED,法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此,彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度,实现了超高亮度化、全色化,使发光管的户外全色显示成为现实。中国发展LED起步于七十年代,产业出现于八十年代。全国约有100多家企业,95%的厂家都从事后道封装生产,所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术, 使中国LED的生产技术已向前跨进了一步。LED就是lightemittingdiode(发光二极管)的英文缩写LED显示屏是种通过控制半
11、导体发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。 2011全球知名市场研究权威尼尔森公司将户外LED显示屏称之为继电视、电脑、手机之后的“第四屏”。LED电子广告牌作为一种新颖的电子动态图文点阵显示屏,是一种置于大众中可自功连续工作的信息发布媒体,是一种可烘托气氛、装点环境的精彩点缀,是一种在消费最前沿吸引万千眼球的广告利器。无论个体经商户到大品牌的厂商都能利用LED电子滚动显示屏来吸引客户、介绍产品、彰显品脾和装饰环境,为商家创造更大的财富。1.1.2 LED的基本概念1. LED的基本结构LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直
12、接把电能转化为光能。传统LED与大功率LED的基本结构,如图1-1所示。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附着在一个支架上,是负极,另一端连接电源的正极,整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色,是由形成P-N结材料决定的。 图1-1 传统LED与大功率LED的基本结构2. LE
13、D发光原理发光二极管是由-族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1-2所示。 图1-2 LED发光原理假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与
14、空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。 理论和实践证明,光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即 1240/Eg(nm) (1-2)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光780nm红光),半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。3. LED的特点LED作为一种出现时间最晚的照明技术,自20世纪60年代
15、诞生以来,得到长足的发展和应用。而相对于白炽灯、荧光灯等发光器件,LED的特点体现在以下几方面。 体积小。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常小,非常轻。 耗电量低。LED耗电相当低,直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦),电光功率转换接近30%。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,它消耗的电能不超过0.1W,相同照明效果比传统光源节能近80%。使用寿命长。有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,在恰当的电流和电压下,使用寿命可达6万到1
16、0万小时,比传统光源寿命长10倍以上。高亮度、低热量。LED使用冷发光技术,发热量比普通照明灯具低很多。环保。LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。坚固耐用。LED被完全封装在环氧树脂里面,比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,使得LED不易损坏。多变幻。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256256256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩
17、的动态变化效果及各种图像。1.2 LED显示屏的简介1.2.1 LED显示屏的基本概念LED显示屏(LEDdisplay,LED Screen):又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由LED点阵和led pc 面板组成,通过红色,蓝色,绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频,内容可以随时更换,各部分组件都是模块化结构的显示器件。传统LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成,负责发光显示;控制系统通过控制相应区域的亮灭,可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容,单色、双色屏主要用来播放文字的,全彩屏主要是播放动画的;电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需
18、要的电压电流。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展,是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是:亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。1.2.2几种常见的LED显示屏1.全功能型显示屏和智能型显示屏LED显示胼按工作方式来分主要有两大类,一类称为全功能型显示屏,另一类称为智能型显示屏。两者均采用国际标准88 LED矩阵模块拼装 而成,屏体表面完全相同,基本显示功能相同,主要差别在于:智能型显示屏平时无需连接上位机,显示屏有内置CPU,能掉电保
19、存多幅画面舆可脱离上位机独立运行。有些屏内还有时钟芯片,可自动显 示日期及时间。当需要修改显示内容时,通过RS-232接口连接微机即可修改。而全功能型显示屏则必须连接一台微机才能工作。智能型显示屏的显示方式通常较少,有弹出式、拉幕式、上滚式和下滚式等几种。全功能型显示屏的显示方式多样,如果用专业软件制作 播放节目,则显示方式有无限多种。智能型显示屏的操作简单,全功能型显示屏则需由专人操作维护9如果要制作动画节目,还需专门知识。2.单色显示屏、彩色显示屏和彩色灰度显示屏(1)单色显示屏采用标准88单色发光二极管矩阵模块标准组件,一般为红色,可显示各种文字、数据及两维图形。室内单色显示屏经济实用,
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