平面旋转LED点阵显示屏的设计与制作毕业设计论文Word文档格式.docx

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本文给出了一种新型的基于单片机平面旋转LED显示屏，以旋转扫描方式代替逐行扫描，可视范围达到了360度，成本大大降低，克服了LED平板显示屏的不足。

本文在简要介绍旋转LED显示屏工作原理的基础上，详细说明了旋转显示屏的方案选择和系统结构设计，以及具体硬件电路和软件设计流程。

在此基础上，本文还讨论了旋转LED显示屏设计中需要注意的一些关键问题，给出了相应的解决方案，并提出了一些改进和完善本系统的思路和设想。

实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。

关键词：

LED显示屏；

旋转；

单片机

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；

学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；

学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；

在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

引言

由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。

特别是近40年来，电子技术的发展突飞猛进，无论是工业、农业，还是国防领域都随之发生了重大变革，也为技术创新打下了坚实的理论基础。

我们则应当具备开发和创新的能力，本文所介绍的旋转LED显示屏就是一个例子。

通过单片机的应用和普通直流电机的改装实现这一功能，通过良好的视觉效果激发我们对电子科学的兴趣。

基于单片机平面旋转LED显示屏是一种新颖的显示屏，总的来看，成本低是一大优点，另外360度的可视角度使之非常适合于像大厅和候车室之类的场合。

如果能较好的解决显示亮度问题，可应用于室外，尤其是一些广告塔、楼顶等场合，是LED显示屏的一个新品种、发展的新方向。

此类显示屏如果更进一步，解决视频数据的传输，则可以做出旋转平面式视频显示屏，视频显示的控制电路较为成熟，显示器件只需换为RGB阵列即可，这样应用范围可大大增加。

本文所设计的旋转LED显示屏以AT89C52单片机为核心，最大限度的利用单片机的资源，与LED紧密结合来实现控制，实现显示功能。

本文分为五章，详细说明了LED旋转屏的原理、设计方法、以及设计流程。

第1章主要介绍系统总体设计方案；

第2章对系统设计方案作了较详细的论证和介绍。

第3章主要介绍LED显示技术及系统中的主要芯片。

第4章详细介绍了系统的硬件设计。

本章对电路的设计原理、原件的选择和各功能的实现作了详细的介绍。

第5章详细介绍了系统的软件设计方案及系统的开发平台。

第6章讲解系统的调试过程和实现的主要功能。

对系统软、硬件调试和调试中遇到的问题作了说明，并对各功能进行了测试和分析。

第1章总体设计思路

1.1系统的设计目标

本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。

系统以MCS-51系列单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏；

单片机根据LED旋转的速度，控制LED发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。

1.2总体设计

旋转LED显示屏的系统总框图，如图1.1所示。

系统由7个部分组成：

系统供电模块、按键模块与单片机控制单元、显示模块、直流电机模块以及红外发射模块、红外接收模块。

其中，LED显示由单片机和直流电机共同控制，键盘则用来实现人机交互的功能，系统供电是通过外接直流电源，然后通过整流滤波，给系统供电。

用户可以通过按键输入命令到单片机去控制LED控制器控制LED的循环显示。

图1.1系统总框图

第2章方案论证

2.1系统供电方案

方案1：

采用固定电池供电。

即在电路板上直接附带一个纽扣电池，为系统供电。

这种供电方式比较简单且重量轻体积小；

将其固定在摇摆面的一端与单片机构成平衡。

但是，有一个问题难。

就是高亮度LED的功耗比较大，而电池的蓄电量有限，这就难以实现系统的长期运作。

但结合硬件此方法容易实现，并且一举两得，因此选用此方案。

方案2：

采用电刷供电。

即在电机的转轴上，手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。

此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加。

故不采用此方法。

方案3：

从电机转子中引出电源线，为系统供电。

此方法直接在电机的转子中引出电源线，通过整流滤波后，可以作为系统供电，同时也可以作为系统控制时序的中断源。

但由于硬件所致，故不采用此方案。

2.2LED驱动芯片选择

2.2.1LED驱动芯片选取原则

LED驱动芯片关键的指标之一输出功率的大小。

LED的亮度直接决定了显示屏的可见范围。

采用大电流驱动芯片，使得可视距离更远。

高功耗，同时意味着芯片的能够良好的散热。

LED驱动芯片的另一个关键指标是工作频率，即工作的速度。

为了能够更清晰的显示字体和图像，芯片的工作速度是不可忽视的。

芯片必须能够快速响应和编码输出。

方案1：

采用半导体固体发光器件LED，其发光二极管虽有很多的有点，如：

耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热能、环保、坚固耐用等等，但由于需要进行圆周运动，由于体积问题，故不采用此方案。

方案2：

采用贴片封装的LED，其特点与半导体固体放光二极管相同，但用于此LED采用贴片封装技术，所以体积相对较小，故采用此方案。

2.2.2LED驱动芯片接口电路设计

采用数字信号处理单片机MSP430驱动LED，由于MSP430速度比较快，有较强的运算能力，大大提高了计算调整LED显示的时间，但MSP430引脚有限，如使用此方案使硬件变得复杂，故不采用此方案。

采用单片机AT89C51驱动LED，AT89C51逻辑能力较强但速度比较慢，价格相对比较便宜，但工作量要比方案1大的多。

综合考虑价格、元件是否容易购买等因素，在此设计中选用方案2。

2.3红外发射接收电路设计

采用普通的红外发光二极管和一体化接收器件，如SHoo38，此一体化接收头将红外接收管（光电二极管）、放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上，无需外部元件,并且具有抗光电干扰性能好（无需外加磁屏蔽及滤光片）、并有接收角度宽等特点。

但由于体积大会影响转轴平衡。

故不采用此方案。

采用一体化器件TCRT5000，此光电传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。

传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。

由于结构原因，可进行拆分，将其拆分为接收和发射两部分使用，不仅体积小、重量轻、且价格便宜。

故采用此方案。

2.4单片机其他外围电路

2.4.1电机选择

采用步进电机。

步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。

并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。

采用普通的电机。

此方案不占用单片机I/O口，节省单片机资源，使用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。

综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案2。

2.4.2按键选择

选择普通的按键开关，其优点体积小，重量轻、使用方便。

第3章LED显示技术及系统中的主要芯片

3.1LED以及旋转LED显示屏简介

3.1.1LED应用简介

LED（lightemittingdiode）是发光二极管的英文缩写，它是一种电致发光器件。

目前，LED产业已经走过了它的发展初期和中期，普通LED的应用已经成为过去，高亮度LED的使用也已无需着力推广。

另外，中小功率超高亮LDE亦已诞生，并正在以极快的速度走向应用。

显示方面，LED被广泛应用于电子电器、工业设备等各类产品的状态性能显（指）示，也被越来越多地制作成多媒体平板显示屏、交通信号灯等等。

LED的应用虽然已经具有了很广的范围、很大的规模，但是,由于LED拥有很多社会应用所需的优点、相关技术也有很大的发展空间，因此，LED有着更为美好的前景。

目前技术条件下，LED已经显示出了众多的优点与传统的显示媒介相比，有以下特点：

一是寿命超长，业内公认的平均值达10万小时，可期望目标将会达到25万小时；

二是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；

三，稳定可靠，在LED的寿命期内，LED差不多都能稳定的工作，维护工作量极小；

四，电气安全性高，LED一般工作在低电压（6-24V）、小电流（10-20mA）情况下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能；

五，节能环保效率高，在同等亮度下，LED的耗电仅为普通白炽灯的1/10，而且不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势；

六，应用灵活性好，LED可进行低压供电，也可110V/220V电源供电，加上单粒LED的体积小（芯片更小），只用3-5平方毫米，大大方便了工程应用；

七，受控制能力强，现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示，分布控制等，是其它发光装置无可比拟的；

八，抗震性能优越，LED的坚固、耐震、耐冲击性能，超过了目前所有其它类型的电光源产品；

九，响应速度快，LED的响应速度在毫秒级，可以自如有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等；

十，显色性能良好，白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上，色温范围从3600K到11000K（随荧光粉不同而变），而且已经获得了实验室提高的方案；

另外还有亮度高、无干扰、方向性好等等也是十分有用的优点。

当然，LED产业内还有不少问题需要从根本加以解决。

基色尚不十分丰富，理想的目标是可见光波段实现全覆盖，最好能达到自然光的水平；

显色性仍显不高，理想水平是黑体相同，即达到Ra=100；

亮度需要有效地提高，包括发光效率的两个方面（内量子效率和光输出效率）和功率的提高；

另外还有体积、成本、专用集成电路、驱动器、“冷光”感等问