LED大屏幕显示系统设计.docx
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LED大屏幕显示系统设计
摘要
LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。
并广泛的应用于公交汽车,码头,商店,学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。
LED显示屏经历了从单色,双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程,自20世纪八十年代开始,LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。
LED点阵显示屏可以显示数字或符号,通常用来显示时间、速度、系统状态等。
文章给出了一种基于MCS-51单片机的4个8*8点阵LED显示屏的设计方案。
包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分汇编语言程序等方面。
在负载范围内,只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。
本设计主要以AT89C51单片机为核心,采用串行传输、动态扫描技术,制作一款拥有PC机通信功能的,模块化LED多功能显示屏。
关键词:
LED;发光二级管;单片机;显示屏
绪论
LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
在实际应用中的显示屏由于成本和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。
LED点阵显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。
一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。
目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。
一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。
国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点。
随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。
因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。
而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。
本设计是基于单片机(AT89C51)讲述了16×16LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编译与下载等基本环节和相关技术。
第一章概述
1.1选题的背景和意义
LED电子显示屏是运用光电显示技术、视频技术、多媒体技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术,针对室内外各种使用环境而设计,显示各种信息元素的屏幕,使用专用的控制技术,用于显示文字、文本、图形、图像、动画、股票行情及各种多媒体信息以及电视、录像信号。
它由LED器件阵列排列组成的显示屏幕,具有高清晰度、色彩鲜艳、视角大、工作稳定、寿命长、功耗低等优点。
由于采用单元模块化结构,屏体的大小可按用户要求灵活拼制。
LED显示系统主要有:
户内单色信息屏,双基色视频屏,全彩色,真彩色视频屏;户外单色信息屏,双基色、全彩色、真彩色视频屏;各种规格证券行情显示屏;条型显示屏;以及根据客户需要运用于各个行业的各种LED显示系统。
LED显示系统广泛应用于政府、军队、金融、厂矿企业、商业、智能交通、院校、医疗、服务业和体育场馆等。
LED屏幕,作为新的媒体,运动的发光图文,更容易吸引人的注意力,信息量大,随时更新,有着非常好的广告和告示效果。
LED屏比霓虹灯更加简单,容易安装和使用,效果变化更多,可以随时更新内容,是很好的户内外发视觉媒体。
LED屏幕属于高科技电子产品,价格比较高,以前集中在政府和单位中使用。
技术不断进步,价格不断降低,组装和维护更加简单。
小型的LED条屏,因为价格便宜,安装和使用简单,慢慢被大众接受,逐步走进大小店铺,应用更加大众化,普及化。
1.2课题发展现状和前景展望
1.2.1发展现状
LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件,由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳,使它在公众多媒体显示领域一枝独秀,因此市场空间巨大。
国产LED显示屏技术差距在哪,随着LED显示屏市场的不断扩大,目前国内全彩色市场逐步被划分为三个档次。
第一档为巴可、松下等国际知名企业生产的高档产品;第二档为国内大型企业研制的采用日亚高品质LED生产的产品;第三档为采用我国生产的LED制作的显示屏。
这三种档次的LED显示屏在价格和功能上也存在着较大区别。
在技术上,LED显示屏的发展要紧跟世界一流企业的品质特点,目前国产的高品质LED显示屏与国外顶尖产品在图像处理技术、前端视频处理技术等方面差别不大,主要差距在于以下两个方面:
1>单点颜色确认
“单点颜色确认”技术能够确保逼真的色彩显示,可持续长达数年之久不变。
目前国内的产品只能做到单元模块和单元箱体的调节,不能做到真正的单点调节,因此在色彩和亮度一致性上有差别,特别是在经过维修更换了显示单元后,由于LED的参数可能发生了变化,显示效果很难跟原屏保持一致,而这项工作在国外是由专用的大型设备完成的,而国内没有这类因产品特性而开发的设备,也希望社会相关行业和设备制造企业能够给予关注。
2>结构工艺
目前国内产品的箱体外壳基本上都是采用单件钣金加工,加工工艺差,精度不高,外观不美观,防水性也不十分好,特别是在室外恶劣环境下,易造成系统不稳定。
1.2.2展望LED的发展
首先,全彩色显示屏将成为LED显示屏行业新的增长点,蕴含着极大的市场。
随着LED器件材料性能的不断提高,全彩色显示屏的成本下降,应用增加。
到2003年底,全国范围内的全彩色LED显示屏达到600多块。
就全彩色显示屏的综合水平来说,国内的全彩色LED显示屏除了价格和本地化服务的优势外,在技术深度、生产工艺等方面与国外产品的差距正在逐步缩小。
其次,半导体照明的发展,也将为LED显示屏产业的总体提升形成新的发展机遇。
在LED显示屏大范围应用的同时,LED作为新型照明光源材料的发展近年也取得了突破性发展。
1.3研究思路
LED显示屏系统采用发光二极管LED阵列作发光体,显示屏阵列的基本元件是LED点阵模块,根实际需要拼装互连就组成了整个显示屏。
对于大幕显示屏采用静态显示占用端口多、译码电路复、硬件成本高、功耗大。
因此,当显示位数较多,采用动态显示可以解决这些问题。
所谓动态显示,就是利用视觉暂留效应,使显屏显示的内容在一定周期内刷新一次,实际中只使显示屏每个发光管在1秒时间内亮24次,其余间熄灭,视觉上不会感觉到显示屏的闪烁而且显屏的功耗会大幅度下降,寿命也会延长。
通过调
导通的时间与电流,可实现高亮度稳定的显示。
1.LED单元电路及整个显示屏的设计方案与扩展LED外围电路。
通过单片机串行口TXD端输出的移位脉冲将RXD端输出的数据逐位移入移位寄存器,在整个数据移完后,控制电路产生一个锁存信号将此数据锁存供显示。
此时相应的扫描控制信号轮流通过对应的驱动管使相应行的LED管被点亮。
标准LED单个模块是由8×8与阵列构成的电路。
行线为逻辑0,列线为逻辑1时,对应的行列坐标下的LED管被点亮。
为了能够清晰显示图像或汉字,在组成显示屏时,采用4个模块为一个单元,组成8×4显示单元。
每个模块由LED显示模块、数据移位寄存器、扫描驱动电路组成。
2硬件电路
基于这种设计思想设计具有32个16x16点阵汉字显示功能的单片机硬件系统包括电脑主控电路、行驱动电路、列驱动电路。
3软件系统
在本设计中,软件的设计包括了单片机部分和PC控制台部分。
单片机部分主要包括有接收和显示两个部分。
编写程序的语言为单片机汇编。
PC控制台部分主要包括有字模的编码计算、界面设计和信息发送。
1.4需要实现的功能
显示预先想要显示的内容,在本设计中要求显示“电气与电子工程系欢迎您”“自信自立,善学善用”15个文字,显示方式:
逐屏显示。
本系统设计思路是:
利用单片机对整个系统进行总体控制,进行显示所要显示的字符。
显示方式:
逐屏显示。
其中显示字模数据由单片机输入显存,点阵的点亮过程有程序控制,由驱动电路完成,点阵采用单色显示,该显示器电路的特点是:
点阵的动态显示过程占用时间比较短,亮度比较高。
而且还有启动,停止,复位键,有电源指示灯。
本系统的设计的总体思想,是由主机发出控制信号。
送往驱动电路,形成行信号,列信号,从而点亮整个大屏幕。
根据以上特性决定采用ATMEL公司的高密度存储器技术。
片内的FLASH存储器允许在线改写程序或用常规的存储器、编程器AT89C51来编写。
第二章LED大屏幕显示系统结构
如图2.1所示,本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现,主要由AT89C51芯片、电源、行驱动器、列驱动器、8*8LED点阵5部分组成。
从理论上说,不论显示图形还是文字,只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光,就可以得到我们想要的显示结果,这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。
8*8的点阵共有64个发光二极管,显然单片机没有这么多的端口,如果我采用锁存器来扩展端口,按8位的锁存器来计算,8*8的点阵需要256/8=32个锁存器。
这个数字很庞大,因为我们仅仅是8*8的点阵,在实际应用中的显示屏往往要大得多,这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计,而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如8行)的同名列共用一套驱动器。
具体就8*8点阵来说,把所有同1行的发光管的阳极连在一起,把所有同1列的发光管的阴极连在一起(共阳极的接法),先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存,然后选通第1行使其燃亮一定时间,然后熄灭;再送出第二行的数据并锁存,然后选通第2行使其燃亮相同的时间,然后熄灭;以此类推,第8行之后,又重新燃亮第1行,反复轮回。
当这样轮回的速度足够快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时,每一行有一个行驱动器,各行的同名列共用一个驱动器。
显示数据通常存储在单片机的存储器中,按8位一个字节的形式顺序排放。
显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去,这就存在一个显示数据传输的问题。
从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。
显然,采用并行方式时,从控制电路到列驱动器的线路数量大,相应的硬件数目多。
当列数很多时,并列传输的方案是不可取的。
第三章基本元器件介绍
3.1AT89C51简介
AT89C5l是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89CSl单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
3.1.1AT89C51的主要性能
AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性,如图3.1所示:
(1)和MCS-51产品的兼容
(2)2K字节可重编程闪速存储器
(3)耐久性:
1,000写/擦除周期
(4)2.7V~6V的操作范围
(5)全静态
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