本科畢業設計--點陣led顯示系統-資料下載頁

【導讀】極管芯陣列組合后,由環氧樹脂和塑模封裝而成。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、由于其有發光率高、使用壽命長、組態靈活、色彩豐富。行等公共場合的信息發布和廣告宣傳中。它在公眾多媒體顯示領域一枝獨秀，因此市場空間巨大。國內LED顯示屏市場保持持續增長，目前在國內市場上，國產LED顯示屏的市。場占有率近95%，國際上LED顯示屏的市場容量預計以每年30%的速度在增長。成為全球最重要的電子制造產業基地之一，由此帶動中國LED市場銷售規模快速增長。本文在實驗室條件允許的情況下，設計并實現了一個16×16的LED點陣式顯示條屏。LED之所以受到廣泛重視并。受LED材料器件的限制，LED顯示屏。藍色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進入市場；LED顯示屏在平板顯示領域的主流產品局面基本形成，LED顯示屏產業成為新。目前，中國在LED基礎材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但。目前，LED主要產地集中在日本、中國臺灣、北美等地區。臺灣LED產量在全球名。得LED光源具有光明的前景。

　　

【正文】 按 8bit 一個字節的形式順序排放，顯示時把一行中各列的數據都傳送到相應的行驅動器中。系統采用串行傳輸的方法，首先，單片機從 Flash ROM 中讀出 8bit并行數據進行并串轉換，按順序一位一位的輸出給行驅動器。與此同時，行驅動器中每一列都 把當前數據傳向后一列，并從前一列接收新數據，當一行的各列數據都已經傳輸到位，這一行的各列才能并行的進行顯示。 硬件具體采用 8bit 串入并出的移位寄存器 74HC595，此芯片具有 8bit 輸出鎖存器結構，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，對于行數據準備來說，其能夠實現串入并出的移位功能，對于行數據的顯示來說，具有并行鎖存的功能。這樣本行已經準備好的數據打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。由 74HC595 組成的行驅動器中，第一片列驅動器的 SER 端連接單片機輸出的串行列顯示數據，其 Q`H 端連接下一片的 SER 端，各片相應的 CLK、 RCLK 端分別并聯，作為統一的串行數據移位信號、輸出鎖存器打入學士學位論文 29 信號。這樣的結構，使得串行移位能把顯示數據依次輸入到相應移位寄存器輸出端，移位過程結束后，控制器輸出 RCLK 打入信號，各列顯示數據一起打入相應的輸出鎖存器，通過選通相應的行，該行的各列就按照顯示數據的要求進行顯示。 16*16個 LED點陣構成一個顯示單元，其驅動分為行列兩部分，行數據為掃描數據，16行中每次只有一行被驅動。圖 16點陣漢字 “卜 ”的顯示圖案。下面結合漢字 “卜 ”的掃描顯示過程說明 LED顯示器的驅動過程。 圖 “卜”字的顯示圖案 將第一組 16 位的列點陣碼 “0000001000000000”在 16 個時鐘脈沖的作用下送到列線上并鎖存，再將行掃描信號 “1000000000000000”送到行線上，完成第一組數據的掃描。然后將第二組的列點陣碼 “0000001000000000” 在 16 個時鐘脈沖的作用下送到列線上并鎖存，再將行掃描信號 “0100000000000000”送到行線上，完成第二組數據的掃描 。 如此反復 16 個周期，直到 字模 全部送完，就完成了 “卜 ”的一次掃描顯示。實際上，不管是字符還是圖形都作為點陣處理，其顯示過程相同。 顯示數據從驅動芯片到顯示模塊是以并行方式傳輸的，但顯示數據從單片機到驅動芯片是以串行方式傳輸的，由于串行傳輸的控制電路簡單，設計容易，缺點是串行數據傳輸需要很長的時間，不過這可以由軟件來彌補，也可以考慮單片機的控制速度。 制作漢字 LED 顯示屏印制板 盡管 Protel99SE 設計 印制板具有很好的自動布線功能 , 但還是需要采用手工布線進行調整。在原理圖的基礎 上 , 結合電路的功能 , 在進行元件布局和布線時要注意以下學士學位論文 30 幾個方面 : （ 1）元件布局。元件布局首先考慮電路中各個元件的實際功能、具體形狀 , 按功能模塊分類放置 , 并做到美觀 , 整齊。電路板分為兩大部分 , 16x16點陣獨占電路板的一邊 , 另一邊為單片機控制電路 , 。這一部分電路較復雜 , 不但要考慮元件的電氣特性 , 還要考慮電路的操作性能 ,走線要盡量短 。另外 , 單片機和點陣都應該采用插座式 , 便于修改，或者在點陣損壞時更換點陣。 （ 2） 準確繪制元件的封裝。 Protel 中大多數元件都有默認尺寸 , 但是很多與實物 并不完全一致 , 較保險的做法是先將元件買回后準確量出元件尺寸 , 按尺寸制作元件的封裝。例如電源插座 , 不同電源的插座插孔大小不同 , 要先買回實測 。 在 Protel99SE元件庫中沒有這個元件 , 所以還要需要根據實際元件的大小自己創建元件庫 。 插座的焊盤大小 , 也要考慮插腳的實際粗度 , （ 3）布線。布不通的地方采用跳線方式。注意電源線和地線一般較粗為好。 （ 4） 制作電路板。 將繪制出的 PCB圖交給制版廠家制作。 （ 5）安裝元件。將元件安裝到電路板并焊上 , 元件 從 低到高焊接 , 做到平 , 齊 , 亮。 學士學位論文 31 4 點陣屏顯示系統的軟件設計 整個系統的工作軟件包含兩部分 : 上位機軟件和單片機系統軟件 。 上位機軟件編輯在 LED 顯示屏上顯示的數據信息 , 并將數據通過 RS485 發送到顯示屏 , 完成對顯示內容和方式的經常更新 , 來滿足客戶的需求 , 適應市場的需要 。 單片機系統軟件在顯示系統的硬件支持下 , 實現了多種方式的顯示 。 下面對 LED點陣顯示系統的軟件部分進行簡要說明 。 軟件功能模塊 軟件模塊分為顯示部分和控制通訊部分，顯示部分實現 文件的顯示效果功能，通訊部分通過串行通訊完成文件到 單片機的傳輸。軟件程序是整個控制系統的核心部分，是使用匯編語言及 C語言編寫的。顯示部分采用動態掃描的方式，實現對顯示屏要顯示的漢字、字符等數據信息進行傳輸控制以及顯示等功能。與 PC機的實時通信部分主要是利用單片機串口中斷和發送數據信息，實現與計算機的實時數據信息傳輸。 LED 顯示屏程序功能框圖如圖 。 圖 程序功能框圖 顯示控制程序 顯示部分 通信部分 顯示方式 顯示狀態 左 移 顯示 右移顯示 上移顯示 下移顯示 停留時間 移動速度 設備通訊 文件傳輸 學士學位論文 32 下位機軟件采用模塊化結構 ,包括主程序、顯示子程序和串口中斷服務程序。主程序為順序結構 ,主要完成 初始化、開中斷并調用掃描顯示程序 。 主程序的主要任務是從取 漢字字模 ，供定時中斷服務子程序通過行列驅動電路發送到 LED顯示屏上。顯示程序的作用是從顯示緩沖區取出字模 ,輸出列選通信號，配合行掃描信號 ,進行動態掃描顯示。 由于單片機組成的系統對中文漢字字符存儲容量有限，并只能固化在 ROM中，不便于信息的更新，為了方便使用在各種場合，設計了與上位 PC機通信接口模塊。單片機通過串口中斷接收 PC機傳來的數據（包括顯示內容、顯示方式和顯示狀態），中斷服務程序串口接收 P C 機發送的漢字機內碼數據，實現與計算機實時通信。 系統設計采用了 cygnal單片機，單片機及其相應的軟件主要負責儲存顯示數據，安排控制信號的定時與順序，與 PC機進行通信。 C8051F015通過串行口接收來自上位機發送的信息，但不向上位機發送應答信號。為了保證數據的正常接收，上位機首先發三位信號，再發送漢字信息， C8051F015在接收的同步信號不正確或沒有接收完，則中斷返回，只有在接收完正確的同步信號后，才接受漢字字模。 本軟件用 KEIL C51 進行開發 , 程序可讀性強。模塊化的設計使程序看起來更加簡潔。由于該系統采用基于 KEILC51的編程 , 故它具有 較好的移植功能。采用 C與匯編的混合編程 ， 顯示模塊中的關鍵部分用匯編語言編寫。這樣既保留了 C語言可讀性強、可移植性好的優點 , 又能加快系統的運行速度。 上位機軟件設計 上位機 實現的功能 “LED信息點陣條屏 ” 應能通過串口接受 PC機發送過來的信息內容，并將信息內容進行存儲，然后通過一定的掃描方式將需要顯示的內容在屏幕上動態顯示出來。上位機（ PC機）使用 VB編寫發送界面的軟件，實現文本內容的 1616點陣提取并按照一定的規律和順序向下位機（單片機）傳送 ,該軟件運行于 Windows XP環境下 , 有友好的圖形用戶界面 , 方便用戶使用。模塊構成見圖 所示 學士學位論文 33 圖 模塊的構成 該系統上位機軟件主要有四部分組成 : (1) 輸 入 信息 (2) 保 存 信息 (3) 編 輯 信息 (4) 發 送 信息 漢字字模的生成 由于需要顯示的內容千差萬別 , 如果完全依靠用戶自己構建漢字字模 , 將 一件非常艱巨甚至是不可能的工作。并且在漢字的顯示過程中 , 又經常需要實現 是漢字的水平移動、垂直移動或對角線 移動。如果完全依靠單片機完成字模的創建和顯示控制 , 則由于單片機的運算能力有限 , 基本上無法實現漢字的實時顯示。為此可以利用 PC 機的強大運算功能 , 預先生成顯示漢字的所需的字模 ,字模生成由上位機完成。 上位機軟件模塊 文件 下位機軟件模塊 硬件 顯示 學士學位論文 34 5 系統調試 接通電源后 ， 觀察點陣顯示屏是否被點亮 。如果 點陣不亮 , 首先要檢查硬件電路部分 ，利用示波器觀察上電復位信號 ， 檢查復位電路是否工作正常 ， 接著利用萬用表檢查電路的連通狀態， 看 是否有短路 , 斷路，接地和極性是否正確 , 然后看焊盤有沒有虛焊 , 再次就是檢查是不是元件損壞 。 將 C8051F015 與 74HC595 相連的管腳進行測試，觀察是否連接正確，再依次連上 74HC24 Si4953ADY 從而檢驗出是否是芯片問題。另外也有可能是 LED 模塊的損壞導致點陣的不亮，這時將需要檢測的燈所在的行列管腳相連，串聯一電阻（ 510Ω 或 680Ω）構成回路，燈亮則證明其沒有損壞。反之此燈損壞。 如果點陣的顯示不能按要求執行 , 則要檢查單片機程序是否有誤。如果程序正常 , 就要進行字模測試，注意觀察所送字模是否與硬件電路中的掃描形式相同。 硬件電路的具體調試步驟如下： （ 1）先點亮一行的行選通信號，再送 該行的每一列的數據。 （ 2）先進行單行的調試 ,點亮顯示屏之前先測試電源電壓，然后點亮顯示屏的第一行 ,觀察點亮的數據是否正確。 （ 3）正確后再顯示一屏的電路。 （ 4）移動顯示的時候將顯示屏的每一個八位數據向左一位一位的移動。 上位機軟件發送數據，硬件部分能否正確接收，能否正確顯示是整體測試的關鍵。經過反復的輸入數據、發送數據來進行整體測試，一般情況下是沒有問題的。 以上調試通過后，只要主控板上的其它集成塊無質量問題，那么整個系統就基本正常了。 學士學位論文 35 總結 本文的點陣 LED顯示系統以單片機 C8051F015為核心 ， 控制點陣的顯示與流動 ,加以外圍電路利用 RS485 接口實現與計算機實時通信，可實現漢字、數字及各種字符的多種方式和速度的顯示。經實際應用驗證，本條屏作為信息顯示屏，工作穩定，字符清晰，字體美觀，亮度適中，根據需要可選擇多種顯示字幕效果，并具有分布靈活、擴展方便等優點。 隨著光電技術的日新月異，對 LED顯示技術的要求也越來越高，通過對整個的設計過程，了解并掌握了點陣條屏顯示系統的基本原理和結構，對其有了更深入的了解。對整個設計總結如下： （ 1） 電路設計按功能分成不同的模塊，每個模塊之間只 需要極少的聯系，保持模塊之間盡可能強的相對獨立性，極大地提高了系統的穩定性、可靠性，也是模塊化設計的關鍵之一。 （ 2） 具備良好的人機界面，菜單式項目選擇，調試難度、維護難度大大降低。 （ 3） 程序易讀性強，每個函數獨立實現功能，函數之間的調用清晰，在實際的控制軟件的設計上是變化多端的，隨著硬件的改進，要求的提高，對軟件也有越來越高的要求。 本顯示系統電路簡單 ,成本較低 ,且能靈活修改 ,并已經過實驗驗證 ,取得了理想的顯示效果。因其原理簡單易懂 ,造價低兼 ,有較大的市場推廣價值 ,也適合教學實驗使用。隨著信息化社會的到來， LED顯 示技術已經成為大眾傳媒的主要工具。由于結構簡單、軟件編程方便、價格低廉等特點，單色條屏在一些要求不是很高的場合具有較強的競爭力。 學士學位論文 36 參考文獻 [1] 李 剛，林 凌 ． 與 8051兼容的高性能、高速單片 C8O51FXXX． 北京航空航天大學出版社， 2021 [2] 潘琢金，施國君 ． C8051FXXX高速 SOC單片機原理及應用 ． 北京航空航天大學出版社， 2021 [3] 潘琢金 ． C8051F單片機應用解析 ． 北京航空航天大學出版社， 2021 [4] 諸昌鈐 ． LED顯示屏系統原理及工程技術 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