LED点阵广告牌设计

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1、吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 1 页 共 17 页第 1 章 绪 论1.1 LED 的发展及意义随着社会文化的不断发展，人们的消费标准不断改变，户外灯箱广告更是扮演着越来越重要的宣传角色，不论是汽车站，火车站，股市交易市场，还是学校都离不开它，然而传统的霓虹灯广告牌不论是在显示效果、耗电量还是可修改性上都无法满足当前社会的需求，传统的霓虹灯广告亟待改进。 由于单片机技术的不断发展和高亮度 LED 发光管的出现使得大屏幕高亮度 LED 电子广告屏成为可能，与传统的霓虹灯广告在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势，而且单片机的日益平民化以及 LED 技术的不断创新，使得高亮度

2、高清晰的LED 点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。另外，SMT 技术的飞速发展，开关电源的大规模使用，使其无论在体积上还是在可靠性上都比传统的霓虹灯广告有明显的优势，为其在特殊领域的应用奠定了基础。 这种新兴的大屏幕显示技术成为众人目光的焦点。与传统的显示设备相比，首先，LED 显示屏色彩丰富，3 基色的发光管的可以显示全彩色，显示显示方式变化多样（文字、图形、动画、视频、电视画面等） 、亮度高，是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。其次，LED 显示屏的象素采用 LED 发光二极管，将多个发光二极管以序列的形式

3、构成 LED 显示阵列，这种显示屏具有耗电省、成本低、亮度清晰度高、寿命长等优点，而且 LED 显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，是信息传播设施划时代的产品。再次，LED 显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，显示效果清晰稳定，越来越多的地方开始使用 LED 电子显示屏，有巨大的社会效益和经济效益。它以其超大画面、超宽视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 2 页 共 17 页1.2 LED 显示屏的发展趋势自从 1907 年 HjRound

4、发现了金刚砂通电之后可以出现发光的现象并继此由后人发明了发光二极管，已经过去了一个多世纪。一个多世纪以来，LED 技术得到了很大的发展。早先的 LED 是单个的发光管，结构比较简单。通过单向导电的方式点亮发光，到了二十一世纪，显示技术将是平板显示的时代，LED 显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，有可能成为这个世纪的显著代表性主流产品。亮度高，多彩化蓝色及纯绿色 LED 产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件，基础材料的产业化。使 LED 全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED 产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度，色彩，白平衡均达到比较理性的效果。它的发展

5、前景极为广阔，但是由于 LED 显示屏控制较复杂，特别是对于显示特殊效果，如循环移动，覆盖霓虹灯效果，要求处理器运算速度快，这姓效率高，所以控制起来很麻烦，因此很多生产厂家采用高端嵌入式系统进行设计，这样做虽然能在一定程度上提高数据处理速度，但是并不能完全满足所有显示效果要求，而且开发和产品成本也会随之成倍增加，由于 LED 技术的快速发展，有很多已经超出在校生所接触到的知识范围，所以本设计旨在利用最简单主要的单色屏显示演示 LED 屏的工作过程和原理。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 3 页 共 17 页第 2 章 总方案设计2.1 系统硬件设计控制部分是整个系统的核心部分利用单

6、片机进行控制，显示部分显示内容利用LED 点阵显示内容，还有驱动器驱动电路利用 74LS245 驱动电路。1.单片机单片机是集成了 CPU，ROM,RAM,I/O 的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制，因此又叫微控制器（MCU）,单片机品种齐全，型号多样 CPU,从8，16，32 到 64 位，多采用 RISC 技术，片上 I/O 口非常丰富，有的单片机集成有A/D“看门狗”，PWM,显示驱动，函数发生器，键盘控制等，他们的价格也高低不等。这样极大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。2.LED 点阵显示屏LED 显示屏是由一个一个的发光二极管点阵

7、构成的。要构成大屏幕的 LED 显示屏就需要多个发光二极管，构成 LED 屏幕的方法有两种，一种是由单个的发过二极管逐点连接起来，一种是选用一些由单个发光二极管构成的 LED 点阵子模块构成大的 LED点阵模块。在这次设计中使用的是 88 模块。2.2 系统软件设计利用软件编写程序，软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中执行。编写程序前首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编辑软件。现在选择单片机编程语言进行编译。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 4 页 共 17 页第 3 章 系统硬件设计3.1 整体模块设计本设计驱动电路，显示器电路，运用单片机

8、的控制电路。总体结构设计如图 3-1所示。单片机 驱动电路 88 点阵LED 显示器电路图 3-1 总体结构设计3.2 单片机控制电路3.2.1 单片机简介1.STC89C52 单片机的主要特性如下： STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中

9、，STC 的 STC89C52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，STC89C52 芯片引脚图如图 3-2 所示。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 5 页 共 17 页图 3-2 STC89C52 芯片引脚图2.STC89C52 具体介绍如下： (1)主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源。GND(Pin20)：接地线。(2)外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端。XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。(3)控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现

10、 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 (4)可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。 PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7。P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名

11、称为 P1.0P1.7。 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7。P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7。P0 口到 P3 口各个功能P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复制用口，作为输入口时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写入“1 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序内存时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期启动内部上拉电阻。在 Flash 编程时，PO 口接收指令节，而在程序校检时，输出指

12、令位元组，校检时，要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对埠写“1” ，通过内部的上拉电阻把埠拉到高电平，此时可作输入口，作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。Flash 编程和程序校检期间，P1 接收低 8 位地址。 P2 口:P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对埠写“1” ，通过内部的上拉电阻把埠拉到高电平，此时可作输入口，作输入口时，因为内部

13、存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。在访问外部数据存储器或 16 位地址的外部数据存储吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 6 页 共 17 页（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口在线的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变。Flash 编程和校检时，P2 亦接收高位位址和其它控制信号。 P3 口：P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL

14、 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作输入埠，作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻，输出电流I。P3 口还接收一些用于 Flash 闪速内存编程和程序校检的控制信号。 RST:复位输入，当震荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序内存或数据存储器时,ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于所存地址的低 8 位字节。即使不访问外部内存，ALE 乃以时钟振动频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。下表为单片机的

15、主要功能特性表 3-1表 3-1 主要功能特性兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 2568bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHZ2 个串行中断 可编程 UART 串行通道2 个外部中断源 共 6 个中断源2 个读写中断口线 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能3.2.2 单片机最小系统设计STC89C52 单片机最小系统电路由复位电路、晶振电路两部分组成。1晶体振荡器(1）时钟晶振电路单片机 XTAL1 脚和 XTAL 脚是外部接晶振的两个引脚，通常在接一个晶振的同时要在晶振

16、的两个脚接两个电容，这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，使晶振频率更加稳定。本设计中，单片机晶振采用 12MHz 的频率，以获得较高的刷新率，使显示更加稳定。如图 3-3 所示为单片机的时钟晶振电路原理图。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第 7 页 共 17 页图 3-3 单片机的时钟晶振电路原理图(2）复位电路 本设计采用上电复位的方式实现复位。上电复位电路由电容串联电阻构成，由图3-4 所示，并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道：当系统一上电，RST 脚将会出现高电平，这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定。典型的 51 单片机当RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位。所以我们只要适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。一般文献推荐 C 取 10uF，R 取 10K。本设计中我们采用 C 取22uF，R 取 10K 欧姆。图 3-4 单片机