LED汉字点阵显示系统的设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.课题背景1.1.LED与LED显示屏LED（LightEmittingDiode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。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。半导体晶片由两部分组成，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。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED点阵的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。LED点阵显示具有如下特点：（1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。（2）效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。（3）适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。（4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。（5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。（6）对环境污染：无有害金属汞。（7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：（1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，第2页约占LED应用市场的4%左右。（2）、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%25%，显示屏幕可分为单色和彩色。（3）、照明应用：便携灯具，汽车用灯，特殊照明。由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。以及投影仪用RGB光源1.2.AT89C52单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用AT89C52的主要性能如下：1.兼容MCS51指令系统；2.8kB可反复擦写(大于1000次）FlashROM；3.32个双向I/O口；4.256x8bit内部RAM；5.3个16位可编程定时/计数器中断；6.时钟频率0-24MHz；7.2个串行中断，可编程UART串行通道；8.2个外部中断源，共8个中断源；9.2个读写中断口线，3级加密位；10.低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11.有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求第3页图1：AT89C52引脚图2.实现方案从理论上说，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。由于单片机没有这么多的端口，故在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种显示方式，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描其实就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套驱动器。具体就1616的点阵来说，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16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时，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。目前常见的是并行传输方式，通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示，各8位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的优点是传输速度快，对微控制器（MCU）的通信速度要求较低。但是这种方案最大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。每增加一个1616点阵的全角汉字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线冗余量。再一个缺点是，每个单元的PCB随着安放位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。并行传输需要的芯片较多，因此市场上已经出现用FPGA,CPLD等高密度可编程逻辑器件（PLD）来取第4页代传统锁存器IC的方案。成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。因此，并行传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。图2为显示屏电路实现的结构框图。图2显示屏电路结构3.LED点阵驱动原理最常见的LED点阵显示单元有57,79,88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符。图3为LED点阵外观。图3LED点阵外观图488LED点阵原理图第5页图4为88LED点阵原理图。8个LED的正极接在一起，一共有88共64个LED组成。LED的正极1至8条线循环加入正电压，这8个正电压在一定的时间内只有一条有效的，其余都无效。8条线是逐个加入正电压，8个为一个周期一般每个周期为10ms至20ms左右，称之为扫描周期。利用人眼的视觉暂留，人们会看到8路LED都会点亮，但其实只有一路是点亮的，当每条扫描线即LED正极加入电压时，如果在负极也加入负电压则相应的LED会被点亮，扫描电路就是利用这个原理，通个8条正极及8条负极控制64个LED的点亮及熄灭。屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采用88显示单元，按照每行2个字，共计16行的方式来组织的2256LED象素的显示屏，因此能够显示2个1616点阵汉字。控制电路采用动态扫描驱动方式驱动LED器件，每两行一个控制器，控制完成整个显示电路的行列驱动。从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，通过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是如何使它的PN结处于正偏置。流过LED的电流i与其两断电压V的关系式为：1mvBkTiIre其发光亮度基本上正比于通过的电流强度。当对于n个LED器件进行扫描驱动时，假定切换电路在切换过程中没有时间延迟，且每个LED的导通时间是相等的，则占空比为1/n。此时的驱动电流幅值应该等于相当直流驱动电流的n倍，才能达到与相当直流驱动一样的效果，且驱动电流幅值不能超过该器件允许的最大脉冲幅值，所以对于本系统应用于室内的LED显示屏，n值取为16，能够满足亮度要求。第6页参考文献1.关积珍.LED显示屏发展状况及趋势J.世界产品与技术,2000,(02):21-22.2.郑春蕊.我国LED产业发展现状及前景展望J.产业与科技论坛,2008,7(11):79-80.3.毛学军.LED应用技术M.电子工业出版社,2012.4.杨清德,康娅.LED及其工程应用M.人民邮电出版社,2007.5.张宝祥.我国LED显示技术和发展展望A.传感器世界,2005:6-10.6.关积珍,陆家和.我国LED显示屏技术和产业发展及展望J.激光与红外,2003,(12):34-37.7.张三丰.基于AT89C52单片机的LED显示屏设计D.洛阳师范学院,2013.8.陈蕾.单片机原理与接口技术M.机械工业出版社,2012.9.周建政,吕柏权.UCDOS下点阵字库在