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1、毕业设计（论文）题 目 LED 显示屏的设计 学生姓名 苏锦 专业班级 电气自动化二班 学 号 1314040207 院 （系） 电气与电子工程系 指导教师（职称） 王薇 完成时间 2016 年 5 月 12 日 LED 显示屏的设计1目录摘要 - 31.课题研究背景 - 41.1 LED原理 - 41.2 中国 LED发展现状 - 51.3 课题研究的目的和意义 - 62.课题研究内容 - 62.1研究主要内容 - 62.2 方案设计 - 63.方案实现 - 73.1主控制芯片 AT89S52 - 83.1.1主控制芯片 AT89S52的性能 - 83.1.2引脚说明 - 93.2 LED点
2、阵 - 113.3 74HC595 - 123.3.1 概述 - 123.3.3 真值表 - 144. 主要功能模块的实现及调试方法 - 144.1 字符显示模块 - 144.2 单片机系统及外围电路 - 15LED 显示屏的设计24.3 列驱动电路 - 154.4 行驱动电路 - 174.5 显示驱动程序 - 17总 结 - 19结束语 - 20参考文献 - 21附 录 1 - 22附 录 2 - 33LED 显示屏的设计3摘要自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年代国民经济的高速增长，对公众场合发布信息的需求日
3、益强烈。而LED显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标志,LED显示屏随着社会经济的不断进步，以 及LED 制造技术的完善，人们对 LED显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广；LED显示屏经多年的开发、研制、生产，其技术目前已经成熟 1。现在各种广告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市的增添了一道靓丽的风景。而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、发光效率高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、组态灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点。近
4、年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等需要进行多种公告、宣传的场合 2。关键词：单片机、点阵、LED。LED 显示屏的设计41. 课题研究背景1.1 LED原理LED 就是 Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写。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极管，通称 LED。发光二极管是由 p 型和 n
5、 型半导体组成的二极管。在 LED 的 p - n 结附近,n 型材料中多数载流子是电子,p 型材料中多数载流子是空穴。 p -n 结上未加电压时构成一定的势垒,当加正向偏压时,在外电场作用下,p 区的空穴和 n 区的电子就向对方扩散运动,构成少数载流子的注入,从而在 p - n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合,同时释放出相对应的能量 h(h 为普朗克常数, 为光子频率) 而发光。该能量相当于半导体材料的带隙能量 Eg(Ev) ,其与发光波长(nm) 的关系为 = 1239. 6PEg。1.2 中国 LED发展现状中国 LED 产业发展超过三十年,它已经成为一种朝阳产业,已拥有完整的产品、
6、创新能力不断增强,市场需求十分强烈。近年来,LED 产业发展步伐的进一步加快,不仅促进 LED 业界增加产量 ,而且提高产品技术含量。LED 包装及应用领域,实现快速增长,同时实现 LED 外延片及芯片自主生产,国内率每年都有大幅提高。据统计,产值 2010 年 LED 芯片 50 亿元左右 ,LED 包装工业增加值 250 亿元左右,LED 应用产业产值 900 亿元左右。中国也大力支持 LED 产业发展 3。LED 产业产出在 2015 年将达到 5000 亿元人民币, 年复合增长率约为 42%。然而,中国 LED 工业还是有一些问题,这一现象的发展基础薄弱、监督开始晚了,低附加值的产品是
7、一个根本性的变革。加快推进我们的主导产品技术创新,提高产业的发展已经成为迫在眉睫。目前,我国 LED 应用产业市场集中度低,有超过 3000 的大型和小型公司,但是制造商年产值超过 1 亿年,仅有大约 100。LED 显示屏产业具有较高的区域集中,主要是中国东部和南部。深圳是中国的主要生产基地、LED 显示屏的设计5LED 显示屏产业占全国的 41%的市场份额。与此同时 ,中国是全球 LED 显示屏的生产基地。中国 LED 显示屏的生产规模是占世界 70%的 2008 年增长到 2010年的 83%4。中国 LED 显示屏的生产公司正在迅速地扩大它们的大小,在 2010年底,全国共有 40 多
8、个 LED 显示屏制造商年产值超过 1 亿人。根据2010 - 2013 年中国 LED 产品的市场分析和投资收益分析报告” 显示,国内 LED 市场在2009 年达到 231 亿元,为 300 亿元,2010 年增长 30%。从发展趋势,国内 LED 显示屏的市场启动阶段过渡到快速发展阶段。LED 显示屏市场自 2012 年复合增长率有望达到 60%。1.3 课题研究的目的和意义随着高亮度发光二极管技术的发展，LED 显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。国家信息产业部委托蓝通电子科技有限责任公司制定的LED 显示屏技术条件也于1998 年正
9、式颁布实施。信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED 显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型 LED 显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型 LED 显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED。显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统 LED 显示屏在 LED 显示屏市场总量中将会占有多数份额。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入 WTO、北京奥运成功举办等，成为 LED 显示屏产业发展的契机，我国 LED
10、显示屏及相关的技术必将得到飞跃发展。LED 显示屏的设计62.课题研究内容2.1研究主要内容本设计的研究的主要内容包括LED工作原理，88LED点阵块的字符显示原理；88LED 点阵块的级联和驱动的实现方法；74HC595 实现数据传输和扩展IO口的原理和方法；2.2 方案设计设计采用ATMEL 公司的AT89S52作为主控芯片,74HC595 作为扩展IO 口芯片和数据分配芯片,大功率三极管8550作为驱动芯片驱动LED点阵屏，选用功耗低、性价比较高的88LED点阵块作为最小的组装单元。确保在单屏无法完全显示全部信息的情况下换屏显示。同时考虑到后期的维护，点阵屏采用单元块级联设计方案。LED
11、 显示屏的设计73.方案实现从理论上说，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。1616 的点阵共有 256 个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果采用锁存器来扩展端口，按 8 位的锁存器来计算，1616 的点阵需要 256/8=32 个锁存器。这个数字很庞大，因为这仅仅是 1616 的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方
12、法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如 16 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（每秒 24 次以上） ，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。采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行
13、驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之LED 显示屏的设计8后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到 LED 的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，就可以归纳
