毕业设计论文图形在电子显示屏上实现的设计.doc
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1、图形在电子显示屏上实现的设计摘 要电子显示屏的应用范围越来越广泛,它作为一个重要的宣传平台,已经受到全社会的普遍认可,本设计采用单片机为控制核心,通过8*8LED电子显示屏及相关的外围电路,设计制作了一个16*16点阵LED电子显示屏。本文主要内容是基于单片机控制LED点阵显示屏的设计方案,阐述了16*16点阵LED显示屏的设计原理与思路,详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程,本论文重点阐述了显示模块及相关驱动模块等模块化设计思路与制作方法。主要是以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89S52为核心,利用AT89S52单片机作为控制器件,采用74HC154和74HC595设计一个16*
2、16的LED点阵的显示屏。介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74HC154和列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏只能显示1个汉字,采用4块8*8点阵LED显示模块来组成1个16*16点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示电路的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。主要包括了LED点阵显示模块硬件结构、点阵显示屏原理图、循环扫描过程、字模编码的提取、编程流程图、Keil C51部分程
3、序以及试验结果。通过对点阵显示屏的硬件设计和软件设计,使得该系统可显示出简单的图像,并且无闪烁,还能通过按键进行图形的切换,基本符合设计要求,特别是本系统中LED显示屏的内容可以通过PC进行实时修改,实时显示。通过软硬件加强设计,使得系统能够稳定工作,提高其抗干扰能力。关键词:LED显示屏,16*16点阵,AT89S52单片机Design of graphic in the electronic display AbstractElectronic display more and more extensive range of applications, it is important as
4、 a communications platform, has been widely recognized by the whole society, this design uses the microcontroller as the control center by 8 * 8LED electronic display and related peripheral circuits, design a 16 * 16 dot matrix LED electronic display. The main contents are based on microcontroller d
5、esign LED dot matrix display, described LED 16 * 16 dot matrix display design principles and ideas, described in detail the system hardware and software realization process, this paper focuses on the display modules and related modules, such as modular drive design ideas and production methods. Prod
6、uced mainly in the United States, 40 feet ATMEL AT89S52 microcontroller core, using AT89S52 microcontroller as a control device, using 74HC154 and 74HC595 design a 16 * 16 LED dot matrix display. Introduced for the control system for its electronic display LED dot matrix design and development proce
7、ss. The chip is controlled by a row driver and column driver 74HC595 74HC154 to drive the display shows. The electronic display can display a variety of text or monochrome images, full screen can only display a character, using four 8 * 8 dot matrix LED display module to form a 16 * 16 dot matrix di
8、splay mode. Display dynamic display, making the graphics or text to achieve stationary, moved out of the other display. Described in detail the hardware LED dot matrix display circuit design ideas, the function of various parts of the hardware circuit and the principle, the corresponding software pr
9、ogram design and the use of descriptions. Including the LED dot matrix display module hardware, dot matrix display schematic, circular scanning process, the extraction font encoding, programming flowcharts, Keil C51 part of the program, and test results. Dot matrix display on the hardware design and
10、 software design, making the system can display a simple image, and no flicker, but also through the button to switch the graphics, basic design requirements, in particular, the system LED display real-time content can be modified through the PC, real-time display. Through hardware and software to s
11、trengthen the design, making the system work to stabilize and enhance its anti-jamming capability. Key words:led display , 16*16 lattice , AT89S52 MicrocontrollerIII目 录第1章 绪论111 引言112 研究背景113 LED显示屏的现状及发展趋势1131 LED显示屏的现状1132 LED显示屏的发展趋势2133 LED显示屏发展存在问题414 主要研究内容5第2章 系统的设计方案621 系统总体设计方案622显示部分方案的选择7
12、23与PC机通信电路方案的选择724电源电路方案的选择8第3章 系统控制器件的选择及其软件的使用931系统控制器件的选择932系统使用的软件11第4章 系统设计的实现1441电子显示屏的设计14411电子显示屏硬件设计14412电子显示屏软件设计1642单片机最小系统设计1743与PC机通信电路的设计1844稳压电源的设计20第5章 系统测试2151系统各模块的连接2152系统测试22结论25参考文献26谢辞27附录1 LED点阵显示屏实物图28附录2 源程序29图形在电子显示屏上实现的设计第1章 绪论11 引言LED显示屏又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由LED点阵组成,通过红色或绿色灯珠的亮
13、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。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,恒舞动卡主要是播放动画的;电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。本文在介绍LED显示原理的基础上,重点介绍采用单片机AT89C51控制74HC154和74HC595芯片实现LED点阵显示屏控制的设计方案。12 研究背景随着数字技术的飞速发展,LED电子显示屏开始广泛应用到各行各业。LED电子显示屏亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、
14、耐冲击和性能稳定1。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。可运用于户外广告LED显示屏、体育用LED显示屏、交通用户外LED显示屏和演出LED彩幕屏、展览用LED显示屏、租赁用LED显示屏、集会用LED显示屏等领域2。13 LED显示屏的现状及发展趋势131 LED显示屏的现状LED显示屏是上世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型显示产品,以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、使用成本低等特点,迅速成长为平板显示的主流产品3。我国LED显示屏产业的发展,主要技术和主导产品基本上都是立足国内自主开发的,
15、在技术发展历程中,形成了一系列代表产品,从上世纪90年代初的单色显示屏到90年代末的全彩色显示屏,关键技术不断深化。不同的历史时期,我国LED显示屏产业都有在技术和市场方面的代表产品。我国 LED 显示屏产业在规模发展的同时,产品技术推陈出新,一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术,近年在全彩色 LED 显示屏、 256 级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现;LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业正成为我国电子信
16、息产业的重要组成部分,也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。近期LED显示屏的技术发展主要在以下领域:LED显示屏的显示颜色、亮度、视角等性能指标的综合改善和提高;色彩和灰度控制技术发展,有效提高全彩色显示屏的色彩还原能力和视频质量;恒流驱动控制技术得到广泛应用,LED驱动IC及LED制造商自主设计开发的LED专用IC也有一定应用;在系统技术方面,应用了自动检测、远程控制等技术,提高整体的稳定性和可靠性;在产品结构工艺上,显示屏的平整度、散热和防护等级等受到厂家关注和重视4。 在新产品和新的应用领域方面,近年也有新的拓展。随着显示屏行业和技术的发展,有不少企业开发了具有自主知识产权
17、的显示技术,并拥有多项专利和商标5。随着科学的进步,通信、电子、测量等技术的飞速发展,人们对显示器的显示质量的要求越来越高,传统的显示器接受着越来越多的挑战,国内的显示屏制造商,经过这十几年的发展,进步非常快,但和欧美日等发达国家相比,还是有一定的差距,特别是其中最主要的显示器件LED的封装工艺及设计水平,还是有不足之处。这还需要各LED显示屏企业齐心协力,为提高我国LED显示屏的整体技术水平而共同努力,让中国成为LED显示屏制造强国。132 LED显示屏的发展趋势现代信息社会中,作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展,进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代,LED显示屏作
18、为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展,并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品6。我国LED显示屏产业自上世纪90年代以来,在规模迅速发展的同时,产品技术也推陈出新,一直保持了在该领域内比较先进的水平。LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。(1)产业规模不断扩大 经过十余年的发展,我国LED显示屏产业基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据行业协会的不完全统计,从1998年以来,我国LED显示屏行业持续高速速度增长,产业规模不断扩大7。 目前国内主要LED显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南区域,大型制造商的市场范围几乎覆盖整个国内市场。就整个行业
19、来说,具有较强的开发能力。国产LED显示屏的性价比比较高,市场占有率近100%。 (2)产品规范和标准化受到重视 在LED显示屏标准化领域,我国保持了比较领先的水平。在我国LED产业的发展中,产品的规范和标准化较早就受到重视并取得了积极的成果。 交通部、公安部、铁道部、国家体育总局等应用部门,根据具体行业使用中对LED显示屏的不同要求,近年也相继制订和推出了相关的LED显示类产品标准,使我国在LED显示屏方面的标准体系日臻完善8。 (3)市场保持持续增长 从1993年至今,全国LED显示屏市场保持持续增长,年平均增长率为40%左右。从市场增长速度来看,我国LED显示屏市场的年增长率1996、1
20、997、1999、2000、2001年均在40%左右,只有1998年为30%。2003年LED显示屏行业总体发展比较快,规模型企业有所增加,产业逐步成熟。属于增长迅速、发展较快的新兴市场领域9。 (4)技术不断推陈出新 LED显示屏的技术范围包括半导体光电器件技术、电子电路技术、集成电路技术、信息图像处理技术、信息传输技术、计算机网络技术以及电子产品制造和电子产品安装工程相关技术10。在LED显示屏技术中,以下方面的技术在实践中不断提高并普遍受到关注和重视。 显示颜色、亮度和视角 基础半导体工业的迅猛发展,带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进,在颜色与亮度方面都有了质的飞跃,高亮度、蓝色
21、及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。目前LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求,四元素的红色LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。 在显示屏制作上采用SMD表贴技术的LED器件,可以获得更好的视角和亮度,目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用,但相对成本比较高,随着器件成本的降低,未来会有比较大的市场潜力。 灰度控制技术 LED显示屏在进行图文显示时,对同一基色采用级差间隔亮度,实现颜色的组合,一般可做到16级、64级、256级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性,出现了非线性级差调灰技术,即在低亮度区级差小,增加级数,逐步到高亮度
22、区时增大级差,形成视觉效果上的“级差一致性”。目前LED显示屏灰度控制一般都在256级,通过采用非线性调灰技术,显示屏的显示效果比较理想。实际上,受数据、图像的信号源的制约,单纯追求大数量级的灰度控制,在使用中的实际价值是值得商榷的11。驱动电路LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的,原理比较简单,价格便宜,产品的技术开放性比较强。通用IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟,目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动IC的发展较快并受到重视和广泛应用。恒流驱动技术根据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点,大大提高了LED显示的均匀性,同时,减少了显示驱动电
23、路的阻容元件,降低了故障点,使LED显示屏更可靠、亮丽。 LED显示屏专用的IC在国内外一直受到关注。近年,国外的IC制造商相继推出一些用于LED显示的专用IC驱动芯片,如TI公司推出的LED Driver等,这类芯片对原来通用驱动IC的集成度进行了提高,使显示屏的驱动电路设计简捷方便,功能上也有所提高,但同时成本也相应增加12。 国内外LED显示屏制造商纷纷投入力量,研制开发设计适合自己产品发展需要的大规模或超大规模专用LED驱动电路。这类专用IC相对复杂,功能较强。LED专用驱动IC简化了显示屏系统设计的复杂程度,在一定程度上增强了显示屏的功能,提高了整体的稳定性,具有积极的意义。但是,也
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