线阵LED图文显示装置1.doc

山东科技大学电子设计大赛实验报告线阵LED图文显示装置 院 （系）：电子通信与物理学院专业： 电子信息工程 摘 要 随着信息技术的发展,LED显示屏这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展，而线阵LED便是LED显示屏中的一种。在户外广告屏上，LED是不可缺少的，因此单片机技术的应用注定是不可或缺的，所以利用AVR单片机技术制作的旋转LED显示屏的应用价值及科研价值是很高的。我们利用AVR单片机，通过stc89c52rc芯片制作出的旋转LED显示屏，可以顺利完成我们所要求的显示的内容，现场演示。通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，根据我们的需要显示不同的内容。该设计主要包括：基板硬件的设计、硬件驱动的设计、显示程序的设计等。它具有设计思路简捷、程序简短、结构简单等特点。旋转LED显示屏用于教学演示，可以使学生了解动态扫描的原理，同时对相关知识的综合应用有一个清晰的认识，易于加深对相关知识的了解、掌握。能更好的应用所学到的知识，更好的把所学到的知识应用的实物中去，能引导同学们去开发想象到的东西，能是学到的理论知识更好的与实际相结合。 关键词：线阵，图文，LED,单片机,设计 课题背景 随着信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括： 证券交易、金融信息显示； 机场航班、汽车站动态信息显示； 港口、车站旅客引导信息显示； 体育场馆信息显示； 道路交通信息显示； 调度指挥中心信息显示； 邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示； 广告媒体新产品介绍； 大型演出和集会； 展览会、宣讲会。 进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术发展迅速，随着LED器件材料性能的不断提高，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。尤其在没有投影仪的地方,旋转LED的优越性体现得非常明显，传统的LED字屏相比价格高昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；而传统的平面显示，信息量不大，互动性不强，显得十分的不便。因此，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统旋转LED显示屏，具有十分重大的意义。 研究意义 LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达8090%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lmW，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lmW，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lmW，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为2028lmW，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。 由于LED的种种优势，使得其在现在的各个领域里运用越来越广泛，我们设计的旋转LED显示屏幕，具有结构新颖，节约材料的特点，一列16个LED灯旋转显示之后，可以代替显示近似于16x180像素的显示宽度和内容，我想以后不断完善和改进之后应该可以在灯箱广告和儿童玩具方面有一定的发展空间。 国内外发展与现状 我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，LED所占的市场将会越来越大，影响也会越来越深远。我国的LED显示屏产业已成较大规模，技术水平相对领先，应用领域也很广泛的特点。 2008年北京举行的奥运盛会虽已顺利闭幕，但所展现出的种种前所未有的规模已经深深的烙在了全世界人的心中。特别是奥运盛会上所应用的LED产品类型和数量规模都是空前的。LED显示屏作为一种新型的显示器件出现在2008 年北京奥运会的开幕式、比赛场馆、奥运文化广场以及奥林匹克公园等LED项目中，国内LED企业承接了主要的工程项目，提供了大量的LED产品,总体上展示了我国LED行业的技术产品优势和产业发展水平。也体现了我国LED产业的力量和技术这也在一定程度上预示着 LED 产业必是未来的一种趋势。 国外LED显示屏研究现状 日本Hibino公司展示了新产品STEALTH，这是一款能透视背景的穿透式LED 显示屏，可呈现出一个综合汇聚了影像、照明、舞台道具、背景灯元素的立体影像空间。从可视性影像到体验型影像，展示演出及舞台设计创意空间得到扩展，视觉表现的世界无限延伸。随着LED高性能材料的发展，LED显示屏也必将得到发展，从而旋转LED显示屏也将随之发展，并相信，旋转LED显示屏将会给人们的生活带来更多的便利，造福于人类。 研究内容 LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。本设计基于STC12C5A60S2单片机，通过直流电机带动旋转，在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，不断扫描出预设的文字，图案等。使用一个霍尔传感器作为定位传感器，当旋转一周时，挡光板遮挡光源，光敏三极管的集电极输出高电平，当离开挡光板时，集电极再次输出低电平，从而给单片机一个下降沿的跳变型号，产生一个中断，从而更新显示。 针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数目较多等特点，利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示，达到360全视角，在相同显示信息量上降低产品体积，减少对发光二极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏 实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。课题的意义及培养目标： 有高亮度、低能耗等优点，广泛应用于车站、商场、学校等公共场所的大屏幕图文信息显示中。本设计要求设计并制作制一个由16只 LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，电机带动平台以合适速度旋转，能够显示图文信息。通过本设计，使学生掌握电子系统设计的基本方法和开发流程，以提高分析问题、解决问题以及综合运用所学知识的能力。 设计任务 设计并制作一个线阵LED图文显示装置，装置的示意图如图1所示。图1 线阵LED图文显示装置示意图系统由六个模块组成,分别为CPU处理单元模块，电动机模块，红外对管模块，LED模块，按键模块，电刷模块。本设计选用STC89C52为主控制芯片，利用人的视觉停留效应，控制电动机转速带动在单片机控制下的16个LED发出对应位置亮度。当转到标志杆时，通过红外一体接收器检测到，给单片机一信号，然后单片机知道已经扫完一屏了。单片机会准备下一屏要显示的文字或图形。继续开始扫，框图如下。 课题的主要任务（需附有技术指标分析）： （1）设计并制作制一个由16只 LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。 （2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。 （3）通过按键切换，实现16个同心圆图形分别顺序（由大到小）和逆序（由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为0.3秒左右。（4）LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。 说明1、显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED，实现线阵LED在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。为保证显示时人眼看到的图形稳定清晰，系统设计应注意LED在不同位置点亮与旋转速度匹配；注意每圈旋转时图像显示的起始位置一致；同时注意旋转速度适当，满足人眼视觉暂留的要求。2、线阵LED及控制电路由电池供电，电机及电机驱动由外接电源供电。据所学知识，LED线阵图文显示系统的供电方式一般有以下三种： (1) 自感应发电 这种方法就是从指针板上引出导线，接入到电机内部绕在转子上，电机旋转时该导线切割磁场产生感应电动势，经过整流后作为指针板上的电源。 这种方式的优点是：设计很巧妙，无机械磨损。更巧妙的是，由于感应出来的电动势是交流的，所以可以利用该过零信号来定位，不必另外准备定位信号了。 这种方式的缺点是：提供的电流有限，只能适合LED较少的旋转时钟，当LED 数量较多时，需要更多的电流，这种方式就不能满足了。其次，这种方式要对电机本身进行改造，也有一定的难度。并不是所有的电机都适合这种改造。而且这种改造可能会给电机带来损害。 (2) 自备电池 这种方式，就是在指针板上安装电池，由电池供电。一般是用两到三节 7 号电池。 这种方式的优点是：不用担心电压波动。也不存在机械磨损，不用担心接触不良之类问题的困扰。 这种方式的缺点是：损耗大，成本高，既不经济也不环保。此外电池很重，一般的电机带不动，必须用很大的电机。这也意味了成本的上升。(3)机械传导供电 这种方式就是采用滑环和电刷，通过机械接触传导电流。 这种方式的优点是：能够提供比较大的工作电流。 这种方式的缺点是：有机械摩擦，会产生磨损。因此要求滑环和电刷材料要耐磨。另外，还得有足够的弹性，并且要耐锈，否则会导致接触不良。有机械阻力，因此要求电机有比较大一点的功率，有机械噪音。 综合系统以及相关的要求我们选择机械传导供电方案 学院电子通信与物理学院专业电子信息工程参赛信息赛事命题显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED，实现线阵LED在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。为保证显示时人眼看到的图形稳定清晰，系统设计应注意LED在不同位置点亮与旋转速度匹配；注意每圈旋转时图像显示的起始位置一致；同时注意旋转速度适当，满足人眼视觉暂留的要求。 班级电子信息工程作品名称A3 线阵LED图文显示装置报名类型团体 个人队员信息姓名联系电话邮箱专业/年级一 总体方案设计 1.1 单片机G2553控制选择以STC89C52RC为核心，利用LED显示阵列搭建的点阵式旋转LED屏系统。该系统主要由电机，控制电路，LED显示阵列三部分组成。电机的作用就是带动电路部分进行旋转，为了使LED转速保持稳定，我们采用使用匀速的直流电机。1.2 电机的比较与选择方案一：采用步进电机来带动旋转平台，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件，使得在速度、位置等控制领域用步进电机变的非常简单。故不选择。方案二：运用直流电机带动旋转平台，直流动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛。 由于步进电机转速不易调整，而直流电机机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广、维护方便，满足题目要求，所以我们选择直流电机带动旋转平台。1.3 电机驱动电路比较与选择方案一：中功率三级管直接搭建。在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路，使用三级关搭建的电机驱动电路电路简单，但功率和性能一般。对输入信号要求较高，输出性能只能满足一般要求。方案二：使用单片机MSP430G2553控制电机驱动芯片L298N。L298N的驱动能力强，输入电压可变化范围大，是一块专用直流电机驱动芯片。其各项性能都较好，但价格较高，在电机要求驱动器较高的地方使用较佳。在该系统中，带动旋转平台的直流电机使用L298N驱动模块，很容易实现对电机较稳的控制，故采用方案二。1.4 亮度自动调节电路比较与选择方案一：采用线性较好的光敏电阻，将光敏电阻串入控制电路的输出端再接入线阵LED灯，当光亮度变化时即可改变电流大小，从而达到亮暗调节。但是电路不稳定，故不采取此方案。方案二:采用光敏电阻与TLC555搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM波占空比的变化，从而改变显示亮度。电路简单，且易于控制，因此选定此方案作为环境亮度变化调节电路。二 理论分析与参数计算2.1 线状点阵LED驱动参数分析与计算该线状点阵中LED驱动方法为普通的LED与电阻串联的方式来驱动点亮LED，该限流电阻计算公式如下：经计算采用330欧电阻与LED串联即可。2.2 线阵LED运动参数分析与计算在电机的带动下，线阵LED依靠旋转平台进行旋转，设电机周期为，LED完成需要时间为，软件延时为，它们之间存在下列关系：只要保证满足上式，线阵LED就能很好的地显示图文。三 电路与程序设计3.1.1 系统总体方案设计以STC89C52RC为核心，利用LED显示阵列搭建的点阵式旋转LED屏系统。该系统主要由电机，控制电路，LED显示阵列三部分组成。电机的作用就是带动电路部分进行旋转，为了使LED转速保持稳定，我们采用使用匀速的直流电机。模拟3.2亮度自动调节电路设计通过采用TI公司的芯片TLC555与光敏电阻搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM波占空比的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节3.3 起始标志杆检测电路设计本电路采用霍尔传感器采集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机。起始标志杆检测电路图见附图四。3.3软件编程 （采用C语言）#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char uchar aa,bb,flag; sbit key=P17;void delayms (uint xms) uint i,j; for(i=xms;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void key_scan() if(key=0) delayms(10);if(key=1) flag=1; void main () uint i; aa=0xfe; for(i=0;i8;i+) P0=aa; delayms(1000); aa=_crol_(aa,1); P0=0xff; delayms(500); bb=0xfe; for(i=0;i8;i+) P2=bb; delayms(1000); bb=_crol_(bb,1); P2=0xff; delayms(1000); /开机自检while(1) key_scan(); /从大到小 if(flag=1) bb=0x7f; for(i=0;i8;i+) P2=bb; delayms(500); bb=_cror_(bb,1);P2=0xff; delayms(500); aa=0x7f; for(i=0;i8;i+) P0=aa; delayms(500); aa=_cror_(aa,1); P0=0xff; /从小到大aa=0xfe; for(i=0;i8;i+) P0=aa; delayms(500); aa=_crol_(aa,1); P0=0xff; delayms(500); bb=0xfe; for(i=0;i8;i+) P2=bb; delayms(500); bb=_crol