单片机控制的LED点阵显示系统--毕业论文设计

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1、河北经贸大学毕业论文 I 河北经贸大学毕业论文河北经贸大学毕业论文 单片机控制的单片机控制的 LED 点阵显示系统点阵显示系统 基于主控电路设计部分基于主控电路设计部分 专业名称：专业名称： 电子信息工程电子信息工程 班班 级：级： 20042004 级级 1 1 班班 学生姓名：学生姓名： 刘树强刘树强 指导教师：指导教师： 周彦良周彦良 完成时间：完成时间： 20082008 年年 5 5 月月 河北经贸大学毕业论文 II 摘要摘要 本文介绍了一种应用于室内的大型 LED 显示系统的设计和研制。该系统采用高 性能 32 位 ARM 微处理器为主控芯片，并由其实现 LED 显示屏刷新及动态显

2、示效果 的控制。系统通过 RS-232 串口和主控芯片进行数据通信，LED 显示屏的行、列驱动 信号分别由 ARM 处理器的 GPIO 口输出。工作原理是：系统与上位机的通信由 LPC2148 的 UART0 口与 RS232 接口电路完成，上位机仅需将要显示的数据发送到 ARM 芯片，再由芯片来输出所要显示的字模数据。显示屏采用 1/16 动态逐次行扫描 方式，先将 GPIO 口中的字节数据依此串行移入对应的 16 组 74HC573 列驱动电路并 锁存。随后启动行驱动电路的选通信号，完成一行的 LED 显示。依次类推，逐次的 显示 LED 屏的各行，完成一帧的显示。系统具有硬件结构简单、L

3、ED 显示刷新速度 快、系统可靠、成本适宜等特点。方案经实际测试验证，证明设计是成功的。 关键词 ：LED ；ARM ；微处理器 ；GPIO。 河北经贸大学毕业论文 III Abstract A large-scale application of the indoor LED Display System Design and Development is introduced in this article. The high-performance 32-bit ARM microprocessor chip to control is used in this system, and

4、the realization of LED display refresh and dynamic effect of control. System communicates with microprocessor chip through the RS-232 serial port for data communications. Driver signals of LED display row and column are supplied by the ARM processors GPIO(General Purpose I/O Port). The working princ

5、iple is: PC system and the communication from the UART0 of LPC2148 and RS232 interface circuit completed, Pc need to sent the date that will display to the ARM chip, and then from the chip to output data to show Zimo. Display is completed by 1 / 16 dynamic successive line scanner, the bytes of data

6、from GPIO port so serially import into the corresponding 16 Group 74 HC573 out drive circuit and latches. Then the signal that can enable the each row date of LED to display is started, in this way, the work of displaying one row is completed. By the same way, successive LED display screen of the tr

7、ip, the completion of a frame show. Hardware of system is characterized of simple structure, LED display refresh faster, the system reliable, cost-appropriate, and some others. Through the practical application of the test, the proof is that the design is successful. Keywords: LED; ARM ; Microproces

8、sor ; GPIO. 河北经贸大学毕业论文 IV 目录目录 1 绪论.1 2 背景知识.1 2.1 LED 的结构及发光原理 1 2.2 单色光 LED 的种类及其发展历史 .1 3 设计任务及意义.2 3.1 设计任务.2 3.2 设计意义.2 4 设计方案及实现.4 4.1 设计方案的比较.4 4.1.1 基于 STC89S52 单片机的实现方案4 4.1.2 基于 ARM7 芯片的实现方案.4 4.2 系统分析.4 4.2.1 对显示模块的控制及连接4 4.2.2 系统中的关键技术5 4.2.3 ARM 微处理器的选型5 4.3 系统的硬件设计.5 4.3.1 系统整体设计方案6 4.

9、3.2 电源电路设计6 4.3.3 时钟电路设计7 4.3.4 复位电路设计7 4.3.5 串口通信电路设计8 4.3.6 显示模块电路设计8 4.3.7 逐行扫描显示控制电路设计9 4.3.8 显示数据锁存控制电路设计10 4.3.9 显示模块的驱动电路设计11 河北经贸大学毕业论文 V 4.3.10 显示数据缓存电路设计12 4.3.11 显示模块级联电路设计12 4.4 ARM 的软件开发.13 4.4.1 ADS 集成开发环境.13 4.4.2 ADS 集成开发环境的组成.14 4.4.3 AXD 调试器15 4.4.4 系统的软件设计15 5 系统测试与总结展望.17 5.1 系统测

10、试.17 5.2设计总结.20 5.2.1 设计成果20 5.2.2 设计中的不足及改进方向20 5.3 设计展望.20 致谢.21 参考文献.22 河北经贸大学毕业论文 1 1 绪论 当前，信息化建设在各地蓬勃发展，作为信息发布的终端显示设备，LED 显示 屏己经广泛应用于工作和生活的各个方面，主要用于显示文字、图像、动画等。LED 显示屏的应用涉及社会的许多领域，主要包括：金融证券、体育场馆、道路交通、 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。 LED 是发光二极管的简称(Light Emitting Diode)。由于它具有亮度高、响应速 度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命

11、长等优点，使其成为室内外信息显示终端的 主要发光器件。 LED 屏体是将 LED 模块或像素管按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用 显示电路，直流稳压电源，软件，框架及外装饰等，即构成一台 LED 显示屏。 LED 显示屏是 20 世纪 90 年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面 清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。 LED 显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为 1990 年到 1995 年，主要 是单色和 16 级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、 银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。 第二阶段是 1995

12、 年到 1999 年，出现了 64 级、256 级灰度的双基色视频屏。视 频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将 LED 显示屏提升到了一个新 的台阶。LED 显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并 得以应用。 第三阶段从 1999 年开始，红、纯绿、纯蓝 LED 大量涌入中国，同时国内企业进 行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色 LED 生产的全彩色显示屏被广泛应用， 大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时 代。 河北经贸大学毕业论文 2 河北经贸大学毕业论文 3 2 背景知识 2.1 LED 的结构及发光原理 50 年前

13、人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产 生于 1960 年。LED 的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架 子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能 好。 发光二极管的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片，在 P 型半导 体和 N 型半导体之间有一个过渡层，称为 P-N 结。在某些半导体材料的 PN 结中， 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而 把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种 利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二

14、极管，通称 LED。 当它处于正向工 作状态时（即两端加上正向电压） ，电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出 从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 2.2 单色光 LED 的种类及其发展历史 最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当 时所用的材料是 GaAsP，发红光（p=650nm） ，在驱动电流为 20 毫安时，光通量只 有千分之几个流明，相应的发光效率约 0.1 流明/瓦。 70 年代中期，引入元素 In 和 N，使 LED 产生绿光（p=555nm） ，黄光 （p=590nm）和橙光（p=610nm） ，光效也提

15、高到 1 流明/瓦。 到了 80 年代初，出现了 GaAlAs 的 LED 光源，使得红色 LED 的光效达到 10 流 明/瓦。 90 年代初，发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料开发成 功，大幅度地提高了 LED 的光效。在 2000 年，前者做成的 LED 在红、橙区 （p=615nm）的光效达到 100 流明/瓦，而后者制成的 LED 在绿色区域 （p=530nm）的光效可以达到 50 流明/瓦。 河北经贸大学毕业论文 4 3 设计任务及意义 3.1 设计任务 大型 LED 显示系统中比较重要的环节就是合理地进行软硬件设计，在实现较好 的显示效果的同时

16、降低系统的成本。通过 PC 机或 GSM 网络对显示系统进行多种控 制。该设计基于 ARM7 体系结构的 ARM 芯片 LPC2148，完成 ARM 核心单元的设计。 系统的硬件电路主要分为主控电路和显示电路两部分主控电路用于分析接收到上位 机的数据，并控制显示模块。显示模块的主要功能是将要显示的数据进行缓存和驱 动，保证各种显示效果的实现。 进行主控电路设计时需要考虑方案的设计和选择。定好方案后，还要合理选择 主控芯片和相关器件。对于单片机或其他嵌入式系统，基本都要进行电源电路的设 计、时钟电路的设计、复位电路的选择、通信串口的扩展设计。 进行显示模块电路的设计时需要考虑显示驱动电路的设计、显示数据缓存电路 的设计、显示模块的控制及连接电路设计等。这些设计是为了保证主控电路发出的 数据能正确地被显示出来，同时达到点阵屏显示的各个显示指标要求，主要包括显 示亮度和显示刷新频率等。 对于系统的软件设计部分，具体的设计方法要根据所选的主控芯片来确定。确 定好主控芯片后，再确定适合芯片的软件开发环境和调试器来编译程序。