目录
摘要........................................................... - 2 - Abstract........................................................ - 4 - 第一章绪论..................................................... - 4 -
1.1 LED显示屏的背景以及意义................................. - 6 -
1.2 LED大屏幕的发展状况与趋势.............................. - 6 - 第二章 LED点阵电子显示屏设计的说明............................. - 8 -
2.1 设计任务................................................ - 8 -
2.2 设计要求................................................ - 8 -
2.3设计说明................................................. - 9 - 第三章硬件电路组成............................................ - 10 -
3.1 控制电路————MCU .................................... - 10 -
3.2 MCS-51单片机........................................... - 10 - 第四章方案论证................................................ - 15 -
4.1 显示部分: .............................................. - 15 -
4.2 数字时钟............................................... - 15 -
4.3 温度采集部分........................................... - 16 -
4.4 显示接口芯片的选择..................................... - 16 -
4.5 串口通讯芯片的选择..................................... - 16 -
4.6 电源模块............................................... - 16 - 第五章 LED电子点阵显示屏的设计................................ - 17 -
5.1 元器件选择............................................. - 17 -
5.2 汉字点阵的显示原理以及字库代码获取方法................. - 17 -
5.3 PCB设计与元件装配..................................... - 20 -
5.4 程序设计、烧录与调试................................... - 20 - 结论.......................................................... - 24 - 致谢.......................................................... - 25 - 参考文献....................................................... - 26 -
摘要
LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。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。
LED点阵显示屏特点：
可实现超高密度：室内可高达62.500点/平米（P4）。
混色好：利用发光器件本身的微化处理和光的波粒二象性，使得红光粒子，纯绿光粒子，蓝光粒子三种粒子都将得到充分地相互混合搅匀。
抗静电性能优势超强：制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。
可靠性能强：相对于SMD和LED LAMP来说，LED DOT-MATRIX平整性非常好，很有美学上的观感。
可视角度大：140度（水平方向）
通透性高：新一代点阵技术凭借晶片自身的高度纯度性能，以及几近100%光通率的环氧树脂材料，达到了接近完美的通透率。
亮度高：相对0603或0805等形式的分立表贴，LED可以有更多的光通量被反射出，而且我司目前的
实用新型专利；4×4模块形式，可实现1/4扫描，进一步提高了亮度。LED显示屏
LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
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、小型化、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。
关键词：LED 半导体发光二极管图文显示屏视频显示屏
Abstract
LED electronic display by the tens of thousands - hundreds of thousands of light emitting diodes composed of pixels evenly. The use of different materials can create different colors LED pixels. Currently the most widely used red, green, yellow. The blue and pure green LED development has reached a practical stage.
LED display (LED panel): LED is a light emitting diode, light emitting diodes in abbreviation, referred to as LED. It is a semiconductor light-emitting diode by controlling the display to display text, graphics, images, animations, quotes, video, video signals and other information display screen.
Graphic display and video display into the LED display, LED matrix by blocks. Graphic display can be synchronized with the computer to display Chinese characters, English text and graphics; video display using micro-computer control, graphics, images, and Mao, in real time,synchronization, clear the broadcast of a variety of information dissemination, but also shows two Dimensional, three-dimensional animation, video, TV, VCD programs, and live on. LED screen display colorful, three-dimensional sense of strong, static, such as painting, moving like the film, widely used in railway stations, wharves, airports, shopping malls, hospitals, hotels, banks, securities markets, construction market, auction houses, industrial enterprises in management and Other public places.
LED dot matrix display features:
To achieve ultra-high density: Indoor up to 62.500 points / square meter(P4)
Good color mixing: the use of micro-light-emitting devices of their own processing and wave-particle duality of light, making the red particles, particles of pure green and blue particles are three types of particles will be fully mixed with each other mix.
Super anti-static performance advantages: the standard production environment alsohas a strict structure of the insulation product design.
Strong reliability: Compared to SMD and LED LAMP is, LED DOT-MATRIX formation is very good, very aesthetic perception.
Viewing angle:140 degrees (horizontal)
High permeability: a new generation of dot-matrix technology with a high degree of purity of the chip's own performance, and the rate of almost 100% of the luminous resin material transparent to near perfect rates.
High brightness: 0603 or 0805 relative to the form of discrete surface-mount, LED can have more flux is reflected out, and our current
Utility model patents; 4 ×4 block form, and can achieve 1 / 4 scan to further improve the brightness. LED display
LED display can show changes in the numbers, text, graphics and video; not only the indoor environment can also be used for outdoor environment, with a projector, TV wall, LCD screen can not match advantage.
LED widespread attention and the reason why the rapid development, is that it itself has the advantage inseparable. To sum up these advantages are: high brightness,
low voltage, low power consumption, small size, long life, impact resistance and stable performance. LED is extremely broad prospects for development, the current is moving higher brightness, higher weather resistance, higher luminous density, higher luminous uniformity, reliability, full color direction.
Keywords: LED semiconductor light-emitting diode video screen graphic display
第一章绪论
1.1 LED显示屏的背景以及意义
发光二极管（LED），是一种把电能变成光能的特种期间，主要由 PN结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界刺激后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生光现象。挡在PN结上加以正想电压后，P区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合,这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。
LED大约是在80年代中期开始在电子显示屏中使用的。进入90年代以后，由于半导体工业的迅猛发展，带动了LED制造材料和工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。早期的LED显示屏，由于受材料和工艺的限制，视角仅有200-300左右，从而制约了LED显示屏的发展。在分辨率方面，由于受当时数字技术、集成电路技术和控制技术等技术的限制，很难做出高密度的LED显示屏。今后随着半导体工艺的不断发展，无论是材料，还是加工工艺，都会不断地提高，LED显示屏在颜色、视角、亮度、寿命等方面也会逐步完善，价格也会进一步降低。
近年来，随着高亮度发光二极管技术的发展，LED显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。国家信息产业部委托蓝通电子科技有限责任公司制定的《LED显示屏技术条件》也于1998年正式颁布实施。
LED显示屏的关键控制技术随着新型超大规模集成电路（VLSI）的发展也必将有新的提高。通用VLSI在产品性能提高的同时成本也在呈下降趋势，新一代LED显示控制集成电路也已开始得到推广和应用。随着我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求。
进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入WTO、北京奥运成功举办等，成为LED显示屏产业发展的契机，我国LED显示屏及相关的技术必将得到飞跃发展。
1.2 LED大屏幕的发展状况与趋势
1.2.1 LED大屏幕的发展状况
我国在LED领域的研究开发工作成绩斐然。目前普绿和高亮度纯红LED已经实现商品化，国内的LED显示屏发展经历了三个阶段：
1)1990年以前是是LED显示屏的成长形成期，受LED材料的限制，LED
显示屏的应用领域没有广泛展开。而且，显示屏控制技术基本是通信控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用广泛，国内很少，产品以红、绿双色为主，控制方式为通信控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。
2)1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。全球信息产业告诉增长，信息技术在各个领域不断突破，LED显示屏在材料和控制技术方面不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场，LED显示屏在国内的发展非常迅速，LED显示屏在平板显示炼狱的主流产品局面基本形成，LED产业成为新兴的高科技产业。
3)1995年至今，LED显示屏应用领域更为广阔。全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制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已由国内企业发展并得到利用。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。LED电子显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。
1.2.2 LED大屏幕的发展趋势
二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一将有更大的发展。
白光LED是LED产业中最被看好的的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光LED在照明市场的前景备受瞩目。欧美以及日本等先进技术国家也投入许多人力，成立专门的机构推动白光LED研发工作。可见国外LED
显示屏技术主要集中在新材料开发上，以新发光材料来提高显示屏的视觉效果，能耗等各种性能。
半导体产业的全球化发展，是每个企业都要面对和无法回避的。国内企业通过规范股权架构、加大研发、采取并购和合作的方式将海外先进技术引入国内，可争取与国际大厂基本在同一技术水平惊醒产业竞争。继上海、厦门、大连、南昌和深圳成为全国首批五个国家半导体产业化基地，国内封装和应用企业形成快速的市场适应能力和价格优势，我国大陆已成为世界上LED封装生产基地。封装及应用，尤其是国际应用产品加工有向我国转移的趋势。在封装和应用领域中国已经完全有可能、有能力在高端市场占据一席之地，但必须加大产品的创新、加强市场品牌的培育。目前全世界都在寻求解决经济发展和能源短缺的矛盾，给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景和新的机遇。
第二章LED 点阵电子显示屏设计的说明
2.1 设计任务
设计并制作一台简易LED 电子显示屏，16行*16列*16灰阶点阵显示，
原理示意图如下：
PC 机
图2.1 LED 灰阶电子显示屏原理框图 2.2 设计要求
2.2．1基本要求：
设计并制作LED 电子显示屏和控制器。
1) 自制一台简易16行*16列*16灰阶点阵显示的LED 电子显示屏；
2) 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示16灰阶图像（可以是渐变灰阶条纹）、数字和字母亮度适中，应无闪烁。 显示器
控制器
3) 显示屏通过按键切换显示图像、数字和字母；
4) 显示屏能显示3组特定图像、数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；
5) 能显示2组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。
2.2.1发挥部分：
1) 自制一台简易16行*32列*256灰阶点阵显示的LED电子显示屏；
2) LED显示屏亮度连续可调。
3) 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示；
4) 实现实时时间的显示，显示屏数字显示：时∶分∶秒（例如 18∶38∶59）；
5) 增大到10组（每组汉字8个或16个数字和字符）预存信息，信息具有掉电
保护；
6) 实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新（须做PC机客户
程序）；
7) 其他发挥功能。
2.3设计说明
（1）显示格式和显示信息可以自定义。
（2）电子显示屏LED显示灯只允许使用8*8 LED点阵显示模块。
(3) 显示屏的显示控制方案和控制器的选择方案任选。
(4) 不允许使用LED集成驱动模块和集成灰阶产生模块，可用CPLD或FPGA。
第三章硬件电路组成
3.1 控制电路————MCU
单片机的各功能部件：中央处理器、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、可编程存储器EPROM、并行及串行输入/输出I/O接口电路、定时器/计数器、中断控制器等部件集成在一块半导体芯片上，构成一个完整的微型计算机。随着大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并能够实现智能化。
现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。
3.2MCS-51单片机
3.2.1 MCS-51系列单片机的选择
MCS—51系列单片机已有10多种产品，但本文主要讲述的是C51系列——即AT89C51。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes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位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图3.1 硬件电路组成
3.2.2 AT89C51单片机内部结构和主要功能
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图3.2 单片机简图
1)主要特性：
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2）管脚说明：
·VCC：供电电压。
·GND：接地。
·P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
·P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH
编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
·P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
·P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
·RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
·ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
·/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
·/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
·XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
·XTAL2：来自反向振荡器的输出。
3）振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4）芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
第四章方案论证
4.1 显示部分:
显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED8*8点阵显示有以下两种方案：方案一：静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0 和1 表示,若为0 ,则表示L ED 无电流,即暗状态;若为1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。
方案二：动态显示，对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz, 发光二极管导通时间≥1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。
鉴于上述原因, 我们采用方案二
4.2 数字时钟
数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。
方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。
方案二：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。
基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
4.3 温度采集部分
能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。
方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。
方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。
基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。
4.4 显示接口芯片的选择
方案一：采取并口输入，占用大量I/O口资源
方案二：选取串口输入，使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有74HC595、74LS164、TPIC6B595。但是74HC595和74LS164两种芯片必须加驱动才能驱动LED，而TI 公司的DMOS 器件TPIC6B595 , 除具有TTL 和CMOS 器件中移位寄存器595 的逻辑功能外, 其最大的特点是驱动功率大, 可直接用作LED的驱动。
综合以上比较，我们选取TPIC6B595来驱动LED点阵。
4.5 串口通讯芯片的选择
AT89S52串行口采用的是TTL电平，因此必须的有电平转换电路，可以选择1488，1489，MAX232A.
方案一：采用1488或1489芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，且需要正负12V电源，使用麻烦。
方案二：采用单电源电平转换芯片MAX232A可以使电路变得简单，可靠。
基于以上分析，我们选用方案二，选用芯片MAX232A
4.6 电源模块
方案一：采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。
方案二：采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠
基于以上分析，我们决定采用方案二
第五章 LED电子点阵显示屏的设计
5.1 元器件选择
本设计所需元器件如表1 所示
表5-1 元器件选择
5.2 汉字点阵的显示原理以及字库代码获取方法
5.2.1 汉字点阵的显示原理
图5.1 L ED 点阵显示屏底视图
我们把行列总线接在单片机的IO 口,然后把上面分析到的扫描代码送入总
线,就可以得到显示的汉字了。但是若将L ED 点阵的行列端口全部直接接入
89S51 单片机,则需要使用32 条IO 口,这样会造成IO 资源的耗尽,系统也再无
扩充的余地。因此,我们在实际应用中只是将L ED 点阵的16 条行线直接接在P0 口和P2 口,至于列选扫描信号则是由4 - 16 线译码器74 HC154 来选择控制,这
样一来列选控制只使用了单片机的4 个IO 口,节约了很多IO 资源,为单片机系
统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0 口必需设置上拉电阻,我们采用417 kΩ
排电阻作为上拉电阻。
汉字扫描显示的基本过程是这样的:通电后由于电阻R1 ,电容C1 的作用,使单片机的RST 复位脚电平先高后低,从而达到复位;之后,在C2 , C3 , X1 以及单片机内部时钟电路的作用下,单片机89C51 按照设定的程序在P0 和P2 接口输出与内部汉字对应的代码电平送至L ED 点阵的行选线(高电平驱动) ,同时在P111 , P112 , P113 , P114接口输出列选扫描信号(低电平驱动) ,从而选中相应的象素LCD 发光,并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。
5.2.2 汉字点阵显示代码字库获取方法
我们以UCDOS 中文宋体字库为例,每一个字由16 行16 列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256 点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个象素,而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字,也可以显示在256 象素范围内的任何图形。查用8 位的AT89C51 单片机控制,由于单片机的总线为8 位, 一个字需要拆分为2 个部分, 如图所示。
图5.2 汉字显示成形图
为了弄清楚汉字的点阵组成规律,首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可拆分为上部和下部,上部由8 ×16 点阵组成,下部也由8 ×16 点阵组成。本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分,即第0 列的P00～P07
口,方向为P00 到P07 ,显示汉字“大”时,P05点亮,由上往下排列,为: P010 灭, P011 灭, P012 灭P013灭, P014 灭, P015 亮, P016 灭, P017 灭。即二进制00000100 ,转换为十六进制为04h 。上半部第一列完成后,继续扫描下半部的第一列,为了接线的方便,我们仍设计成由上往下扫描,即从P27 向P20 方向扫描,
从图3 可以看到,这一列全部为不亮,即为00000000 ,十六进制则为00h 。依照这个方法转向第二列、第三列, ?,直至第十六列的扫描,一共扫描32 个8 位,可以得出汉字“大”的扫描代码为:
04 H ,00 H ,04 H ,02 H ,04 H ,02 H ,04 H ,04 H
04 H ,08 H ,04 H ,30 H ,05 H ,0C0 H ,0FEH ,00 H
05 H ,80 H ,04 H ,60 H ,04 H ,10 H ,04 H ,08 H
04 H ,04 H ,0CH ,06 H ,04 H ,04 H ,00 H ,00 H
由这个原理可以看出, 无论显示何种字体或图像, 都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程,但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。为此,我们经常采用字库软件查找字符代码,软件打开后输入汉字,点“检取”,十六进制数据的汉字代码即可自动生成,把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可,
如图所示。
图5.3
可见,汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3 种。为了符合视觉暂留要求,点扫描方法的扫描频率必须大于16 ×64 = 1 024 Hz ,周期小于1 ms 即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16 ×8 = 128 Hz ,周期小于718 ms 即可,但是一次驱动一列或一行(8 颗L ED)时需外加驱动电路提高电流,否则L ED 亮度会不足。
5.3 PCB设计与元件装配
本作品采用通用的Protel 99SE 板级EDA 软件完成PCB 图的设计,详细设计过程略。考虑到本设计用到的元件数量不多,我们基本采用单面布线策略,只使用了少量的顶层跨接导线,以便于业余设计制作。已设计好的PCB图见图7 所示。
图5.4 PCB 示图
本电路对元件参数没有苛刻要求,只要元器件选择正确,无损坏,电路板制作工艺良好,把所有电子元件正确焊接装配后即可进入程序下载和调试工作阶段。制作与调试时,在AT89C2051 的位置应安装20 脚的IC 座,以便使单片机可以从电路板中拿下去烧写程序。
5.4 程序设计、烧录与调试
软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图如图5-5 和图5-6 所示。