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1、 题 目：旋转LED显示屏 院 （系）：电气电子工程系 专 业： 电子信息 班 级： 11电信 2 姓 名： 学 号： 2011010202004 指导老师： 2014年3月 摘 要LED显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所，它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。现在的 LED 显示屏的发光器件主要采用 LED 平板模块，这种类型的显示屏主要有两个问题有待改进：首先是整个显示屏全由LED 模块组成，器件数量多，成本高；另外，由于显示屏是一个平面，同时 LED 象素点有一定视角限制，使显示屏的可视范围被局限到正面某个范围之内，在应用中使显示屏的信息发布受到了一定的空间限制。本文给出了
2、一种新型的柱式旋转LED显示屏，以旋转扫描方式代替逐行扫描，可视范围达到了360 度，成本大大降低，克服了LED平板显示屏的不足。本文在简要介绍旋转LED显示屏工作原理的基础上，详细说明了旋转显示屏的方案选择和系统结构设计，以及具体硬件电路和软件设计流程。在此基础上，本文还讨论了旋转LED显示屏设计中需要注意的一些关键问题，给出了相应的解决方案，并提出了一些改进和完善本系统的思路和设想。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。LED旋转显示屏的意义；目前路灯应用市场已经启动，随着效率的进一步提
3、高和技术的日趋完善，将有很快的发展，市场前景更为看好。面对难得的发展机遇和市场需要，LED旋转灯还存在不足之处，如没有统一的标准等问题，但是由于节能环保的特点LED旋转灯的发展已经形成一种趋势。 关键字： LED； 视觉暂留；直流电机；桥式整流；旋转。漯河职业技术学院目录1引言22 方案论证3 2.1 系统供电方案3 2.2 LED驱动芯片选择3 2.2.1 LED驱动芯片选取原则3 2.3 单片机其他外围电路4 2.3.1通讯模块选择43系统设计5 3.1系统的设计目标54 LED显示技术及系统中的主要芯片7 4.1 LED以及旋转LED显示屏简介7 4.1.1LED 应用简介75 系统硬件
4、设计10 5.1 各功能实现原理10 5.1.1系统供电10 5.1.2重心调节10 5.2 具体硬件电路实现11 5.2.1电源设计11 5.2.2 LED旋转同步设计12 1) 中断系统12 2) LED驱动电路。13 5.2.3 LED驱动芯片接口电路设计146 系统软件设计15 6.1 系统编程语言和编程工具15 6.2 软件总体设计16 6.3 系统各模块程序的设计16 6.3.1 主控机程序模块16 6.3.2 从机程序模块177 系统调试19 7.1 元件的焊接和整板测试19 7.2 系统硬件调试19 7.3 软件测试20 7.4 系统联调208结论23谢 辞24参考文献25附
5、录261引言由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。特别是近40年来，电子技术的发展突飞猛进，无论是工业、农业，还是国防领域都随之发生了重大变革，也为技术创新打下了坚实的理论基础。我们则应当具备开发和创新的能力，本文所介绍的旋转LED显示屏就是一个例子。通过单片机的应用和普通直流电机的改装实现这一功能，通良好的视觉效果激发我们对电子科学的兴趣。柱式旋转LED显示屏是一种新颖的显示屏，总的来看，成本低是一大优点，另外 360 度的可视角度使之非常适合于像大厅和候车室之类的场合。如果能较好的解决显示亮度问题，可应用于室外，尤其是一些广告塔、楼顶等场合，是LED显示屏的一个新品种、
6、发展的新方向。此类显示屏如果更进一步，解决视频数据的传输，则可以做出旋转柱式视频显示屏，视频显示的控制电路较为成熟，显示器件只需换为 RGB 阵列即可，这样应用范围可大大增加。本文所设计的旋转LED显示屏以AT89S52单片机为核心，最大限度的利用单片机的资源，与LED驱动芯片紧密结合，通过无线收发芯片控制，实现显示功能。本文分为六章，详细说明了LED旋转屏的原理、设计方法、以及设计流程。第1章主要介绍系统总体设计方案；第2章对系统设计方案作了较详细的论证和介绍。第3章对LED旋转显示及系统设计中使用的主要芯片作了简单介绍。其主要是对MAX公司LED驱动芯片MAX6969作了一下介绍。第4章详
7、细介绍了系统的硬件设计。本章对电路的设计原理、芯片的选择和各功能的实现作了详细的介绍。第5章详细介绍了系统的软件设计方案及系统的开发平台。第6章讲解系统的调试过程和实现的主要功能。对系统软、硬件调试和调试中遇到的问题作了说明，并对各功能进行了测试和分析。2 方案论证2.1 系统供电方案方案1：采用固定电池供电。即在电路板是直接附带一个蓄电池，为系统供电。这种供电方式比较简单。但是，有两个问题难以解决。首先，高亮度LED的功耗比较大，而电池的蓄电量有限，这就难以实现系统的长期运作；其二，由于电池的体积和重量比较大，若固定在板子上，电量用完后，难以替换。若不固定，在电机转动的时候可能会甩出去，引起
8、安全隐患。同时，也增加了旋转重心的调节的难度。故不采用此方法。 方案2：采用电刷供电。即在电机的转轴上，手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加。故不采用此方法。方案3：从电机转子中引出电源线，为系统供电。此方法直接在电机的转子中引出电源线，通过整流滤波后，可以作为系统供电，同时也可以作为系统控制时序的中断源。此方法容易实现，并且一举两得，因此选用。2.2 LED驱动芯片选择122.1 LED驱动芯片选取原则LED驱动芯片关键的指标之一输出功率的大小。LED的亮度直接决定了显示屏的可见范围。采用大电流驱动芯片，使
9、得可视距离更远。高功耗，同时意味着芯片的能够良好的散热。LED驱动芯片的另一个关键指标是工作频率，即工作的速度。为了能够更清晰的显示字体和图像，芯片的工作速度是不可忽视的。芯片必须能够快速响应和编码输出。MAX6969串行接口LED驱动器提供16个漏极开路、恒流吸收、额定5.5V LED 驱动器输出。MAX6969采用3V至5.5V 电源供电。采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串行接口。数据通过数据输入DIN和时钟输入CLK移入驱动器的16位移位寄存器。采用高效散热的24引脚封装。2.3 单片机其他外围电路2.3.1通讯模块选择方案1：使用采用红外通讯，电路简单，但红外通讯需要大量的编码、译
10、码，程序设计复杂，且由于AT89S52速度比较慢，在短时间难以做太多的运算，故不采用此方法。方案2：使用数字载波无线通讯。电路比较简单，使用方法也简单，只需把数据送到串口，就可以立即发送，无需进行初始化，不需要对数据进行曼切斯特编码，具有半双工的通讯功能，并且有两个通讯频道，受外界影响较小。在处理器运算速度相对比较慢的情况下，采用此方法。2.3.2电机选择方案1：采用步进电机。步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。方案2：采用普通的电机。此方案不占用单片机I/O口，节省单片机资源，使
11、用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案2。3系统设计3.1系统的设计目标 本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。系统以MCS-51系列单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏；单片机根据LED旋转的速度，控制LED发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。3.2总体设计旋转LED显示屏的系统总框图，如图1.1所示。系统由6个部分组成：系统供电模块、数据处理与控制单元、显示单元、通讯单元和键盘输入单元。其中，LED显示由单
12、片机和MA6969大电流LED控制器共同控制，键盘则用来实现人机交互的功能，系统供电是通过从电机中心引出，然后通过整流滤波，给系统供电。用户可以通过按键输入命令到主单片机，并将命令通过串口无线传输到从单片机，再由从单片机对命令进行译码由MA6969大电流LED控制器控制LED的循环显示。系统中，主单片机负责人机界面的交互，从单片机负责对主机命令的翻译，利于系统的改进和更新。 键盘输入微控制器AT89S52nRF401无线收发器nRF401无线收发器微控制器AT89S52LED驱动模块MAX6969LED阵列图3-1 系统总框图 4 LED显示技术及系统中的主要芯片4.1 LED以及旋转LED显
13、示屏简介4.1.1LED 应用简介LED(light emitting diode)是发光二极管的英文缩写，它是一种电致发光器件。目前，LED产业已经走过了它的发展初期和中期，普通LED的应用已经成为过去，高亮度LED的使用也已无需着力推广。另外，中小功率超高亮LDE亦已诞生，并正在以极快的速度走向应用。显示方面，LED被广泛应用于电子电器、工业设备等各类产品的状态性能显(指)示，也被越来越多地制作成多媒体平板显示屏、交通信号灯等等。LED的应用虽然已经具有了很广的范围、很大的规模，但是,由于LED拥有很多社会应用所需的优点、相关技术也有很大的发展空间，因此，LED有着更为美好的前景。目前技术
14、条件下，LED已经显示出了众多的优点与传统的显示媒介相比，有以下特点：（1）是寿命超长，业内公认的平均值达10万小时，可期望目标将会达到25万小时；（2）是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；（3）稳定可靠，在LED的寿命期内，LED差不多都能稳定的工作，维护工作量极小；（4）电气安全性高，LED一般工作在低电压(6-24V)、小电流(10-20mA)情况下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能；（5）节能环保效率高，在同等亮度下，LED的耗电仅为普通白炽灯的1/10，而且不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势；（6）应用灵活性好，LED可进行低压供电，也可110V/220V电源供电，加上单粒LED的体积小(芯片更小)，只用3-5平方毫米，大大方便了工程应（7）受控制能力强，现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示，分 布控制等，是其它发光装置无可比拟的；（8）抗震性能
