毕业设计（论文）- LED电子显示屏幕制作方法分析.doc

衢州职业技术学院毕业设计（论文）衢 州 职 业 技 术 学 院 毕业设计（论文）课题名称： led电子显示屏幕制作方法分析 系（分院）： 信息与电力工程系 专业班 级： 应用电子专业 学生姓名： 学 号： 指导教师： 二九年十二月十五日v摘要摘 要21世纪，以计算机为代表的it产业迅速发展，各类计算机的应用在工业、农业、国防、科研及日常生活等领域发挥着越来越重要的作用，成为当今世界各国工业发展水平的重要标志之一。从世界上第一台电子计算机问世以来，计算机的发展日新月异，在短短的几十年间，已由电子管数字计算机发展到今天的超大规模集成电路计算机，运算速度由5 000次每秒提高到今天的上百亿次每秒。计算机的发展一方面向着高速、智能化的超级巨型机方向发展，另一方面向着微型机方向发展。作为微型机的一个分支单片机，由于其具有体积小、功耗低这两个特点，使单片机在工业控制、智能仪表、通信系统、家用电器、智能玩具以及led电子显示屏控制等。在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用led点阵显示图形和汉字。led行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，led显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，led显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。由于led显示屏是多种综合应用的产品，涉及光电子学、半导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个电路及方法还要花较大篇幅进行介绍，容易冲淡主题。反过来采用集成电路和单片机等简单普及的方法来实现led显示。单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中。越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如1616点阵），将点阵文件存入rom，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由mcu根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。本文采用单片机来控制整个点阵电路，利用移位寄存器实现列选通，译码器实现行选通来控制led灯的暗亮，讲述了1616 led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。关键词：单片机、汇编语言、1616led点阵汉字显示目录目 录第一章 绪论11.1课题开发背景11.1.1 选题背景11.2 研究现状及发展趋势11.3 论文结构2第二章 开发技术及相关理论32.1汇编语言（c语言）32.1.1 概述32.1.2 c语言特点32.2 单片机简介42.2.1概述42.2.2单片机历史52.2.3单片机学习应用六大部分62.2.4单片机的应用领域7第三章 led电子显示屏幕简介93.1 概述93.2 led电子显示屏幕基本构成93.3 led电子显示屏幕系统构成93.4 led显示屏一般常见的几种分类103.5 led显示屏的选择时考虑因素113.6 led显示屏控制技术状况123.6.1串行传输与并行传输技术123.6.2动态扫描与静态锁存技术123.6.3自动检测及远程控制技术123.6.4本设计13第四章 led电子显示屏制作方法分析154.1 led条屏概述154.1.1广告应用-新媒体，新效果，新业务154.1.2 系统集成-2次开发154.2. 屏幕的组成164.2.1 单元板174.2.2 电源174.2.3 控制卡184.2.4该控制卡采用16pin 08接口3.1.4. 关于16pin 08接口184.2.5 连线184.3 配件制作194.3.1 排线(数据线)制作194.3.2 电源线制作194.3.3 rs232线制作204.4. 布线指南204.5. 外框制作224.5.1支架制作224.5.2 简易框制作流程224.5.3 不锈钢框制作流程234.5.4 铝合金外框234.6 错误排除234.6.1 无显示234.6.2 显示混乱234.6.3 无法更新屏幕数据23第五章 led电子显示屏幕汉字显示255.1 总体方案论证与设计255.1.1 led驱动模块255.1.2 数据存储模块255.2系统硬件设计265.2.1 led驱动模块的硬件设计265.2.2 74ls154芯片介绍265.2.3驱动电路设计275.3 系统调试与测试结果分析275.3.1 使用的仪器仪表275.3.2系统调试275.3.3 硬件调试275.3.4软件调试285.3.5 硬件软件联调285.3.6 测试结果28结束语29致 谢30参考文献31第一章 绪论第一章 绪论1.1课题开发背景1.1.1 选题背景21世纪，以计算机为代表的it产业迅速发展，各类计算机的应用在工业、农业、国防、科研及日常生活等领域发挥着越来越重要的作用，成为当今世界各国工业发展水平的重要标志之一。从世界上第一台电子计算机问世以来，计算机的发展日新月异，在短短的几十年间，已由电子管数字计算机发展到今天的超大规模集成电路计算机，运算速度由5 000次每秒提高到今天的上百亿次每秒。计算机的发展一方面向着高速、智能化的超级巨型机方向发展，另一方面向着微型机方向发展。作为微型机的一个分支单片机，由于其具有体积小、功耗低这两个特点，使单片机在工业控制、智能仪表、通信系统、家用电器、智能玩具以及led电子显示屏控制等。led是近年来全球最具发展前景的高技术领域之一，led具有寿命长、耗能少、体积小、响应快、抗震抗低温、污染小等突出的优点，被称为第四代照明光源或绿色光源，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次标志性的飞跃，将孕育新的光源革命。随着led高效节能技术的不断创新与突破，其全面取代传统光源已为时不远。目前我国led产业已经形成了四大片区(珠三角、长三角、福建江西地区、北方地区)、七大基地(大连、上海、深圳、南昌、厦门、扬州、石家庄)的产业格局，形成了包括led外延片的生产、led芯片的制备、led芯片的封装以及led产品应用在内的较为完整的产业链，产品技术研发、工程应用等方面获得飞速发展。 led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。由于它具有发光率高、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，自20世纪80年代后期开始，随着led制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，led显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在led显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。1.2 研究现状及发展趋势随着地球能源的不断消耗和资源贫乏，温室效应对人的危害，大气环境对地球的严重污染，国际上要求节能降耗的呼声越来越高。当今节约能源排在首位，道路照明约占整个照用电量的30%，据2006年国家路灯行业统计，我国城市道路照明共有1500万只以上的路灯，近几年的增长率在20%以上。照此估算，全国每年照明路灯的市场规模不底于50亿元，如使用led路灯，每年可节省20亿度以上。 目前，led照明技术日趋成熟，led将会取代传统光源在照明行业内得到普及，从而引发人类照明史上的第四次革命。半导体照明光源的发展将会对相关应用领域产生革命性的技术推动作用，特别是在户外照明技术的突破会产生质的飞跃，从而加速推动市场的爆炸性增长。1.3 论文结构第一章为绪论，主要介绍本课题的开发背景与开发意义以及论文结构。第二章为开发技术及相关理论，如：单片机，汇编语言为设计和应用程序做了铺垫。第三章为详细地阐述led电子显示屏幕结构和性能等，以及如何正确选用led电子显示屏幕。第四章为led电子显示屏幕总体制作方法分析，通过组装led显示屏幕进一步详细说明其中各个过程。第五章为系统功能实现，介绍了led电子显示屏幕显示汉字的实现的设计，主要模块的功能的实现，以图文的形式作了说明，并对相关代码作了具体说明。第六章为基于单片机汉字显示的设计实现最后对该系统作出了总结、分析，以及对系统的致谢和参考文献。29第二章 开发技术及相关理论第二章 开发技术及相关理论2.1汇编语言（c语言）2.1.1 概述 语言是在 70 年代初问世的。一九七八年由美国电话电报公司(at&t)贝尔实验室正式发表了语言。同时由b.w.kernighan和d.m.ritchit合著了著名的“the c programming language”一书。通常简称为k&r，也有人称之为k&r标准。但是，在k&r中并没有定义一个完整的标准c 语后来由美国国家标准学会在此基础上制定了一个c 语言标准，于一九八三年发表。通常称之为ansi c。 当代最优秀的程序设计语言，早期的c 语言主要是用于unix系统。由于语言的强大功能和各方面的优点逐渐为人们认识，到了八十年代，c开始进入其它操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到了广泛的使用。成为当代最优秀的程序设计语言之一。2.1.2 c语言特点1、语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。c语言一共只有32个关键字（见附录ii），9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。2、运算符丰富。c的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符（见附录iii）。c把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使c的运算类型极其丰富，表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。 3、.数据类型丰富，具有现代化语言的各种数据结构。c的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构（如链表、树、栈等）的运算。尤其是指针类型的数据，使用起来比pascal更为灵活、多样。 4、.具有结构化的控制语句（如ifelse语句、while语句、dowhile语句、switch语句、for语句）。用函数作为程序模块以实现程序的模块化。是结构化的理想语言，符合现代编程风格要求。 5、语法限制不太严格，程序设计自由度大。例如，对数组下标越界不作检查，由程序编写者自己保证程序的正确。对变量的类型使用比较灵活，例如，整型量与字符型数据以及逻辑性数据可以通用。一般的高级语言语法检查比较严，能检查出几乎所有的语法错误。而c语言允许程序编写者有较大的自由度，因此放宽了语法检查。程序员应当仔细检查程序，保证其正确，而不要过分依赖c编译程序去查错。“限制”与“灵活”是一对矛盾。限制严格，就失去灵活；而强调灵活，就必然放松限制。一个不熟练的人员，编一个正确的c程序可能会比编一个其它高级语言程序难一些。也就是说，对用c语言的人，要求对程序设计更熟练一些。 6、c语言允许直接访问物理地址，能进行位（bit）操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此c既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，可用来写系统软件。c语言的这种双重性，是它既是成功的系统描述语言，又是通用的程序设计语言。有人把c称为“高级语言中的低级语言”，也有人称它为“中级语言”，意为建有高级和低级语言的特点。 7.、生成目标代码质量高，程序执行效率高。一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10%20%。8、用c语言写的程序可移植性好 （与汇编语言比）。基本上不做修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。c语言对程序员要求较高。程序员使用c语言编写程序会感到限制少、灵活性大，功能强，可以编写出任何类型的程序。现在，c语言一不仅用来编写系统软件，也用来编写应用软件。学习和使用c的人已越来越多。单片机编程要灵活使用汇编语言与c语言，让单片机的强大功能以最高是效率展示给用户。2.2 单片机简介二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称pc机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。2.2.1概述单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：cpu、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有cpu的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和cpu集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。intel的z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过pc机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 编辑本段单片机介绍。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如cpu，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、vcd等等的家电里面都可以看到它的身影!它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用pc）的主要区别。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的cd4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大pcb板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！2.2.2单片机历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了scm、mcu、soc三大阶段。1、scm即单片微型计算机（single chip microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了scm与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，intel公司功不可没。 2、mcu即微控制器（micro controller unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展mcu的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，intel逐渐淡出mcu的发展也有其客观因素。在发展mcu方面，最著名的厂家当数philips公司。philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将mcs-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记intel和philips的历史功绩。3、单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向mcu阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了soc化趋势。随着微电子技术、ic设计、eda工具的发展，基于soc的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机的应用领域，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。2.2.3单片机学习应用六大部分一、总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。 二、数据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 1地址（如mov dptr，1000h），即地址1000h送入dptr。 2方式字或控制字（如mov tmod，#3），3即是控制字。 3常数（如mov th0，#10h）10h即定时常数。 4实际输出值（如p1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：mov p1，#0ffh，要灯全暗，则执行指令：mov p1，#00h）这里0ffh和00h都是实际输出值。又如用于led的字形码，也是实际输出的值。 理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。 三、p0口、p2口和p3的第二功能用法：初学时往往对p0口、p2口和p3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如p3.6、p3.7分别是wr、rd信号，当微片理机外接ram或有外部i/o口时，它们被用作第二功能，不能作为通用i/o口使用，只要一微处理机一执行到movx指令，就会有相应的信号从p3.6或p3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上不能作为通用i/o口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用i/o口使用。你完全可以在指令中按排一条setb p3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使p3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。 四、程序的执行过程： 单片机在通电复位后8051内的程序计数器（pc）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的rom中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。 五、堆栈： 堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部ram的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即push和pop，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针sp，每当执一次push指令时，sp就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次pop指令，sp就（在原来值的基础上）自动减1。由于sp中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了sp的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条mov sp，#5fh指令，就时把堆栈设置在从内存单元60h开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，sp的初始值为07h，这样就使堆栈从08h单元开始往后，而08h到1fh这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。 六、单片机的开发过程： 这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如edit、cced等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在eprom中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为hex的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。 2.2.4单片机的应用领域1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于rom），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。7.单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于can总线的汽车发动机智能电子控制器，gps导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。第三章 led电子显示屏幕简介第三章 led电子显示屏幕简介3.1 概述led（light emitting diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。发光二极管发光材料的不同，决定了其流过电流后的发光颜色和强度，现已批量生产的有红、绿、兰、黄四种发光二极管。每种颜色led按其亮度又分为普亮、高亮和超高度三种。红、绿、兰为三基色，由此三种颜色可调出自然界中任意颜色。 led的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成p-n结的材料决定的。3.2 led电子显示屏幕基本构成金属结构框架 ：户内屏一般由铝合金(角铝或铝方管)构成内框架，搭载显示板等各种电路板以及开关电源，外边框采用香槟色和银白色铝合金方管。户外屏框架根据屏体大小及承重能力一般为角钢或工字钢构成，外框可采用铝塑板进行装饰。 显示单元 ：是显示屏的主体部分，由发光材料及驱动电路构成。户内屏就是各种规格的单元显示板，户外屏就是单元箱体。 扫描控制板 ：该电路板的功能是数据缓冲，产生各种扫描信号以及占空比灰度控制信号。 开关电源 ：将220v交流电变为各种直流电提供给各种电路。 双绞线传输电缆和光纤 ：主控仪产生的显示数据及各种控制信号由双绞线电缆传输至屏体（主要用在单双基色显示屏）。全彩屏一般都用单模光纤传输！ 主控制仪 ： 将输入的rgb数字视频信号缓冲，灰度变换，重新组织，并产生各种控制信号。 专用显示卡及多媒体卡 ：除具有电脑显示卡的基本功能外还同时输出数字rgb信号及行、场、消隐等信号给主控仪。多媒体除以上功能外还可将输入的模拟video信号变为数字rgb信号(即视频采集)。 电脑及其外设 其他信息源 ：电视机，dvd/vcd机,摄录像机及切换矩阵等。 3.3 led电子显示屏幕系统构成led显示屏由屏幕控制机、视频处理和控制单元、通讯模块、数据分配和扫描单元、显示屏幕等组成。1、 屏幕控制机：屏幕控制机控制其对应的显示屏显示效果。它可以自动运行 一个不断循环的程序，根据给定的节目单去服务取得相关的显示数据，也可以人工干预，产生屏幕上的显示效果。屏幕上像素和屏幕控制机显示器相应区域上的像素一一对应，直接映射。通过屏幕控制机可以手动调节显示屏的亮度，选择适合当前环境的灰度非线性校正数据，屏幕控制机也可以通过网络系统根据环境亮度自动调节显示屏亮度和选择不同的灰度非线性校正数据。通过屏幕控制机可以调节图像显示的对比度、色度等。屏幕控制机将要显示的信息传送到视频处理和控制单元进行视频处理。2、 视频处理和控制单元视频处理和控制单元完成显示数据的图像处理，这些处理包括：第二级灰度非线性校正，可以自动或手动调节自动或手动无级亮度调节灰度级控制系统可以控制显示屏显示每基色各 8 位的 24 位数据，即各基色 256 级灰度。 图像降噪处理：保证图像更加干净和平滑。 图像增强技术，图像边缘增强技术。 运动补偿技术。 色坐标空间变换技术。 色度调节功能。视觉处理：在系统中，可以分别调整单个模组每基色的亮度，调整色平衡，基本消除马赛克现象，所有模组和显示模块亮度一致性好，单色显示无视觉差。白平衡处理等视频处理和控制单元将处理好的显示信息传送到通信模块以便长距离传送到显示屏上。3、 通信模块通信模块保证屏幕控制机的显示内容准确无误地长距离传输到显示屏上。通信模块对传输的信息进行编码解码处理，进行长距离传输和接收数据处理。通信模块将显示信息传送到数据分配和扫描单元上。4、 数据分配和扫描单元数据分配和扫描单元是模块化结构设计，它将显示数据按区域分配到显示屏上，并完成显示数据扫描。5、 显示屏显示屏是有许多显示单元模组组成，它们分成不同的区域接受数据分配和扫描单元传来的显示数据，以模块化结构显示。保证系统安全可靠运行。凯卓显示屏具有如下主要特点：灰度级高，图像清晰、稳定。 常规的 256 级灰度，由于人眼的视觉特性，低端相邻亮度人眼可以分辨，高端相邻亮度人眼不可分辨。为解决这个问题，我们将电性实现灰度级提升为 65536 级，从 65536 级中选择出人眼可分辨的 256 级灰度。 冲击电流小，图像显示平滑、稳定、寿命长。采用恒流驱动技术。降低占空比（选为 1/8 扫描），降低了 led 管的峰值电流；提高平均电流，不但亮度有所提高，而且寿命增长；从电性方面提高了 led 管的发光效率。3.4 led显示屏一般常见的几种分类1、按使用环境分为户内,户外及半户外 户内屏面积一般从不到1平米到十几平米,点密度较高，在非阳光直射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。 户外屏面积一般从几平米到几十甚至上百平米，点密度较稀(多为1000-4000点每平米),发光亮度在3000-6000cd/平米(朝向不同，亮度要求不同)，可在阳光直射条件下使用，观看距离在几十米以外，屏体具有良好的防风抗雨及防雷能力。 半户外屏介于户外及户内两者之间,具有较高的发光亮度,可在非阳光直射户外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。 2、按颜色分为单色，双基色，三基色 单色是指显示屏只有一种颜色的发光材料，多为单红色。 双基色屏一般由红色和黄绿色发光材料构成。 三基色屏分为全彩色(fullcolor),由红色，绿色(波长570nm)，蓝色构成及真彩色(naturecolor),由红色，纯绿色(波长525nm),蓝色构成。 3、按控制或使用方式分同步和异步 同步方式是指led显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少30场/秒的更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。 异步方式是指led屏具有存储及自动播放的能力，在pc机上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入led屏,然后由led屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。 4、按像素密度或像素直径划分 由于户内屏采用的led点阵模块规格比较统一所以通常按照模块的像素直径划分主要有： 3.75mm44100像素/平米 ；4.8mm27800像素/平米 ；5.0mm17200像素/平米 ；户外屏的像素直径及像素间距目前没有十分统一的标准，按每平米像素数量大约有2500点、3086点、3906点、5102点等。3.5 led显示屏的选择时考虑因素1、屏体尺寸设计： 在设计屏体大小时,有三个重要的因素: (1)显示内容的需要 (2)场地空间条件 (3)显示屏单元模板尺寸（室内屏）或象素大小（户外屏） 2、设计室内显示屏的时：应以显示屏单元模板的尺寸为基础。一块单元模板分辨率一般为32行80列，即共有2560个象素，其几何尺寸如下： 3.75mm单元模板尺寸为：152mm（高）304mm（宽） 5mm单元模板尺寸为：244mm（高）488mm（宽） 室内显示屏体外边框的尺寸可按要求确定，一般应与屏体大小成比例。外边框的尺寸通常为5cm-10cm（每边）。 3、设计户外屏的时：首先要确定象素尺寸。象素尺寸的选定除了应考虑前面提到的显示内容的需要和场地空间因素外，还应考虑安装位置和视距。若安装位置与主体视距越远，则象素尺寸应越大，因为象素尺寸越大，象素内的发光管就越多，亮度就越高，而有效视距也就越远。但是，象素尺寸越大，单位面积的象素分辨率就越低，显示的内容也就越少。 4、户外屏须特别考虑的问题： （1）屏体及屏体与建筑的结合部必须严格防水防漏；屏体要有良好的排水措施，一旦发生积水能顺利排放。 （2）在显示屏及建筑物上安装避雷装置。显示屏主体和外壳保持良好接地，接地电阻小于3欧姆，使雷电引起的大电流及时泄放。 （3）安装通风设备降温，使屏体内部温度在-1040之间。屏体背后上方安装轴流风机，排出热量。 （4）选用工作温度在-4080之间的工业级集成电路芯片，防止冬季温度过低使显示屏不能启动。 （5）为了保证在环境光强烈的情况下远距离可视，必须选用超高亮度发光二极管。 （6）显示介质选用新型广视角管，视角宽阔，色彩纯正，一致协调,寿命超过10万小时。显示介质的外封装为目前最流行的带遮沿方形筒体，硅胶密封，无金属化装配；其外型精致美观，坚固耐用，具有防阳光直射、防尘、防水、防高温、防电路短路五防特点。3.6 led显示屏控制技术状况 显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。3.6.1串行传输与并行传输技术 led显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种，目前普通采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间的联线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现比较为容易。3.6.2动态扫描与静态锁存技术 led显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式，一般室内显示屏多采用动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等，室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光二极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作。从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为100%，动态扫描法可以大大减少控制器的i/o口，因此应用较广。3.6.3自动检测及远程控制技术led显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行，在led显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源的等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。3.6.4本设计本研究即以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。第四章 led电子显示屏制作方法分析第四章 led电子显示屏制作方法分析4.1 led条屏概述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，漫漫被大众接受，逐步走进大小店铺，应用更加大众化，逐步开始普及。4.1.1广告应用-新媒体，新效果，新业务led条屏幕作为新的媒体，也是新型的装饰材料，可以嵌入到很多室内装饰当中，使装饰更加富有动感，不断更新的字幕，可以作为新告示板，宣传优惠和促销信息等。极大地提高了室内装饰的档次，有着良好的视觉效果。由于led条屏幕的安装和使用有一定的技术含量，制约了在广告行业的发展。掌握led技术，可以提高室内装饰的技术含量，扩展业务。4.1.2 系统集成-2次开发led条屏幕，由于控制简单，嵌入到各类面向大众的设备。字体大，富有动感，信息量大，适合远距离观看，及时向大众播报最新消息，吸引大众注意。广泛应用到排队系统，报站系统，饮水机等。led条屏控制卡，功能简单稳定，可以很方便地嵌入到系统里面，为开发者省去了开发led显示的烦琐工作，将注意力更多地集中在系统的功能和创新。led条屏控制卡开发包，提供了详细的开发例子，为你系统集成和2次开发提供了很好环境。_led产业链已经很完善，所有的配件都可以很容易在网上买到，led的技术参数，日趋统一，行业标准基本形成，所有零配件都已经模块化。为自行组装led屏幕奠定基础。led条屏，由于材料成本低，零售价格高，当批量向led屏幕供应商采购的时候，成本和价格不好控制。最终用户并不熟悉led屏幕，需要供应商的提供安装和维护的服务，所以自行组装led屏幕，在当地销售，可以获得最大利润。本文以组装1个128x16点的单红的户内led屏幕，通过连接pc串口更新屏幕的内容为例，进一步了解led电子显示屏幕的制作方法及过程。4.2. 屏幕的组成首先了解一下led条屏构成，单元板，电源，控制卡，连线。单元板正面单元板背面_开关电源 和 led条屏控制卡4.2.1 单元板单元板是led的显示核心部件之一，单元板的好坏，直接影响到显示效果的。单元板由led模块，驱动芯片和pcb电路板组成。led模块，其实是由很多个led发光点用树脂或者塑料封装起来点阵。驱动芯片主要是74hc595 74hc245/244 74hc138 4953。户内条屏 常用的单元板规格有：参数：d=3.75;点距4.75mm 64点宽x16点高，1/16扫户内亮度。单红/红绿双色参数解释：发光直径：指的是发光点的直径d=3.75mm发光点距离 4.75mm -根据观看者的距离选择，户内一般选择4.75单元板大小：64x16-最常用的单元板，最容易买到，价格也最便宜。1/16扫：单元板的控制方式。户内亮度：指led发光点的亮度，户内亮度适合白天需要靠日光灯照明的环境。颜色：单红，最常用，价格也最便宜。双色一般指红绿，价格高。如果你想做一个128x16点的屏幕，只需要用2个单元板串接起来就可以了。_ 4.2.2 电源一般使用的是开关电源，220v输入，5v直流输出。需要指出，由于led显示屏幕属于精密电子设备，所以要采用开关电源，不能采用变压器。对于1个单红色户内64x16的单元板，全亮的时候，电流为2a。推理出，128x16双色的屏幕全亮的时候，电流为8a。应该选择5v10a的开关电源。4.2.3 控制卡本文推荐使用低成本的条屏控制卡，可以控制1/16扫的256x16个点的双色屏幕，可以组装出最有成本优势的led屏幕。该控制卡属于异步卡，就是说，该卡可以断电保存信息，不需要连接pc都可以显示储存在里面的信息。采购单元板的时候，请询问清楚参数，100% 兼容的单元板有：08接口 4.75mm点距离 64点宽x16点高，1/16扫户内亮度。单红/红绿双色08接口 7.62mm点距离 64点宽x16点高，1/16扫户内亮度。单红/红绿双色08接口 7.62mm点距离 64点宽x16点高，1/16扫半户外亮度。单红/红绿双色_ 4.2.4该控制卡采用16pin 0