LED显示屏控制器设计与实现

学科分类号本科生毕业论文(设计)题目（中文）： LED显示屏控制器的设计与实现 （英文）： The Design and Implementation of LED Display Controller 学生姓名： 学 号： 2013年 05月 15日本科生论文（设计）作者签名：年 月 日目 录摘 要 .I关键词 .IAbstract.IKey words.II1 前言 .11.1 LED电子显示屏概述 .11.2 LED电子显示屏的分类 .21.3 LED显示屏市场前景 .22 LED显示原理的分析 .32.1 LED点阵模块结构 .32.2 LED动态显示原理 .43 系统设计的任务与方案论证 .73.1 设计任务 .73.2 设计方案论证 .73.2.1 显示单元模块的选择 .73.2.2 主控制器的选择 .83.2.3 点阵数据存储方式的选择 .93.2.4 系统总体结构及原理分析 .113.2.5 工作原理分析 .124 硬件电路设计 .134.1 LED控制卡电路设计 .134.1.1 列驱动电路设计 .144.1.2 行驱动电路设计 .154.2 时钟模块电路设计 .164.3 温度驱动电路设计 .164.4 MAX232串行通信电路设计 .174.5 系统电源及通信电缆的选择 .184.5.1 对于LED显示屏的电源要求 .184.5.2 开关电源在LED屏应用中的优势 .195 系统软件设计 .195.1 上位机软件设计 .195.2 汉字字模的提取方法 .215.3 上位机与单片机通信协议 .225.4 下位机软件设计 .235.5 中断数据处理 .256 测试结果与分析 .256.1 上位机软件测试 .256.2 汉字移动测试 .266.3 结果分析 .267 总结 .26参考文献 .28致 谢 .29附录A LED显示屏控制卡原理图 .30附录B LED显示屏控制卡PCB电路图 .31附录C VB上位机界面 .32附录D 本设计显示效果图片 .32附录E 程序清单 .33ILED显示屏控制器的设计与实现摘 要本设计是以STC12C5A60S2 单片机作为核心控制器件，外围存储芯片实现汉字编码的存储，可以实现中英文字符和动态显示，并且可以通过级连的方式来扩展显示屏的尺寸，增加显示内容。本设计采用Visual Basic 6.0编写上位机，上位机与下位机采用RS-232通信标准来实现。上位机向下位机发送控制命令和需要存储的汉字编码，下位机接收数据并处理上位机发送过来的控制命令以及显示编码。由LED 控制卡驱动32*64点阵屏显示，利用人眼的滞留现象，达到能够实时修改显示内容的目的。关键词上位机；LED 显示屏控制卡； 32*64单色点阵屏；时钟芯片 The Design and Implementation of LED Display ControllerAbstractThis design is based on STC12C5A60S2 microcomputer as the core control device ,to achieve the storage of the Chinese character coding through external memory chips. The function of the system can be achieved in English characters and dynamic display or can be connected in cascade manner to expand the size and the content of display,. preparation of PC programmed by Visual Basic 6.0, the communication standard between the PC and the microcomputer is RS-232. The preparation of PC send commands and Chinese character coding that needs to be stored to MCU, the next crew processes commands and the data that was sent from preparation of PC and display coding, 32 * 64 dot matrix display driven by the LED display control card. Achieving the purpose of display contents can be modified in time through human eye phenomenon。IIKey wordsHost computer;LED display control card;32*64 monochrome dot matrix screen;Clock chip11 前言1.1 LED电子显示屏概述LED电子显 示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百至几十万个半 导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点 1。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显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，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 2。LED显示屏分 为图文显 示屏和条幅显示屏，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；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作 电压 低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点 3。因而被广泛 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显示屏的 发展前景极为广 阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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 4。 本文主要研究一种基于STC12C5A60S2单片机的LED点阵屏的控制系统， 显示面板为单色32*64点阵屏，控制卡上集成了温度传感器和时钟模块，可以独立显示时间和温度。并且有按键可以直接在下位机上调整时间与显示速度,与上位机采用RS-232通信的方式,控制更加简便。1.2 LED电子显示屏的分类(1)、按 颜色分类：单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。双基色2显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。全彩色显示屏：红、绿、 蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。(2)、按 显示器件分类：LED数码显示屏：显示器件 为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等， 显示数字的电 子显示屏。LED 点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图 像信息。(3)、按使用场合分类：室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面 积一般零点几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 (4)、按 发光点直径分类：室内屏：3mm、3.75mm、5mm。室外屏：10mm、 12mm、16mm、19mm、21mm、26mm 。室外屏发 光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度 5。1.3 LED显示屏市场前景LED全彩显 示屏，是20世纪90年代在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕， 结合了微电子技术、光学技术、计算机技术、信息处理等现代高新技术，以其可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比合理、使用成本低等特点迅速成为大型平板显示的主流产品，以其明显优越于背投、等离子、液晶显示及电视屏幕的性能而在信息显示领域得到了广泛的应用，如体育场馆、大型展览馆、市政广场、演唱会、车站、机场 等场所 6。尤其是以其高亮度，大面 积显示而让更多人在户外也感受到信息时代的来临。显示信息无处不在。据业内专家预测3，今后几年全球各类LED显示屏需求每年均达到几十亿美元，且 还在逐年递增。国际大都市如纽约、巴黎、 伦敦都普遍使用大型LED 全彩显示屏作为信息传播、广告宣传的新型载体。在中国，随着经济的飞速发展，各类场馆的兴建和市政工程改造项目的兴起，国内市场LED显示屏需求增长率更是高达30以上。按每年30% 的增长速度，LED显示屏的市场规模将会不断的壮大，由于LED产品具有性能稳定、寿命较长、功耗较小以及价格低廉等优势，因此在各种实际应用中具有较强的市场竞争力，市场前景十分广阔。2 LED显示原理的分析2.1 LED点阵模块结构八十年代以来出现了组合型 LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成 7。这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长 、耐湿、耐冷 热、耐腐蚀等特点。 LED点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616等等。根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显 示的文字、图像等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示 8。本系统所使用的88 单色LED点阵显示器的内部电路结构和外形规格如图2.1所示，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。4图2.1 88 单色LED 模块内部电路LED点阵显 示器单块使用 时，既可代替数码管显示数字，也可 显示各种中西文字及符号。如5x7点阵显示器用于显示西文字母，58点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类 大屏幕显示方法常通过PC 机或单 片机控制驱动。2.2 LED动态显示原理LED点阵显 示系统中各模 块的显示方式:有静态和动态显示两种。静态显示原理 简单、控制方便，但硬件接 线 复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各