1、无线 LED 显示屏的设计1编号: 湖北文理学院理工学院本科毕业论文（设计）题 目 无线 LED显示屏的设计 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业学 号 11316405 学生姓名 陈登彪 指导教师 胡 雄 杰 起讫日期 2015.2.20 2015.5.20 无线 LED 显示屏的设计2无线 LED 显示屏的设计内容提要近年来，LED(lighted exciting bode，发光二极管)电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育
2、比赛、交通信息报导等诸多领域。LED 显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大部分异步显示屏采用的是 8 位或 16 位的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。LED 显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。 关键词：LED；数据传输；信息发布系统；单片机无线 LED 显示屏的设计3AbstractLED panel systems gains rapid development in the design, machine
3、and application from nine-rites ages. It went thorn from single color and two colors to image LED panel. As a high technology production, LED panel can realize real time and sequential displaying textile, granitic and images. LED panel has many special feature such as high reliability、long life 、 hi
4、gh performance、low cost、and more important high acclimatization. Moreover, with the technique of color p Anne perfect increasingly,LED panel is widely used in many fields. The core technique for a LED panel is mainly centralized on its controlled. The majority of asynchronous display panel use the 8
5、 or the 16 micro-controllers,because the processing speed, the system construction, the addressing scope, the periphery connection resources and on so many limits, in request demonstrationmany picture elements, the demonstration content frame frequency has been with difficult high, in the dynamic de
6、monstration effect complex situation, obtains the good dynamic visual effect. the method was favorable for the stability and efficiency of the whole system.Thesystem was easy in maintenance and updating,and enjoys high performance/price ratio. Key words ：LED; Transfusion System; information releasin
7、g system; single chip 无线 LED 显示屏的设计4目 录目 录 .3第 1章 绪 论 .51.1 LED 显示屏的研究背景及意义 .51.2 LED大屏幕的发展状况与趋势 .61.2.1 LED大屏幕的发展状况 .61.2.2 LED 大屏幕的发展趋势 .61.3 LED显示屏的信息发布技术 .7第二章 LED 电子显示屏的介绍 .82.1 LED显示屏简介 .82.2 LED 显示屏的特点 .82.3 LED显示屏的分类 .93.1 稳压电源的设计方法 .113.1.1 稳压电源原理 .113.2 单片机系统及外围电路 .123.2.1单片机最小系统介绍 .123.3单
8、片机的选择 .133.3.1C8051F020与 80C51之间的异同点 .133.3.2相同点 .143.3.3主要硬件不同点 .143.4 8051F020单片机介绍 .153.4.1系统概述 .153.4.2片内存储器 .163.4.3可编程数字 I/O 和交叉开关 .173.4.4 12 位模/数转换器 .183.4.5 8位模/数转换器 .183.4.6 比较器和 DAC .193.4.7 C8051F020引脚的定义 .203.5 列驱动电路 .21无线 LED 显示屏的设计53.5.1 74HC595 芯片的简介 .223.6 行驱动电路 .2336.1 74HC154 芯片的简
9、介 .233.7 LED的汉字显示原理 .243.7.1 显示模块与 PC 机接口的连接 .254.1系统程序的设计 .274.1.1 显示驱动程序 .274.1.2 系统主程序 .274.2设计部分原理图介绍 .29第五章 总结 .32致 谢 .33参考文献 .34无线 LED 显示屏的设计6第 1章 绪 论 1.1 LED 显示屏的研究背景及意义 发光二极管(LED)，是一种把电能变成光能的特种器件，主要由 PN结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当
10、在 PN结上加以正向电压之后，P 区的空穴注入至 N区，N 区的电子注入至 P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。 LED大约是在 80年代中期开始在电子显示屏中使用的。进入 90年代以后，由于半导体工业的迅猛发展，带动了 LED制造材料和工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。早期的 LED显示屏，由于受材料和工艺的限制，视角仅有 200一 300左右，从而制约了 LED显示屏的发展。在分辨率方而，由于受当时数字技术、集成电路技术和控制技术
11、等技术的限制，很难作出高密度的LED显示屏。今后随着半导体工业的不断发展，无论是材料，还是加工工艺，都会不断地提高，LED 显示屏在颜色、视角、亮度、密度、寿命等方面也会逐步完善，价格也会进一步降低。 近年来，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年正式颁布实施。 LED显示屏的关键控制技术随着新型超大规模集成电路(VLSI)的发展也必将有新的提高。通用 VLSI在产品性能提高的同时成本也在呈下降趋势，新一代LED显示控制
12、集成电路也已开始得到推广和应用。随着我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求。 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显示屏及相关的技术必将无线 LED 显示屏的设计7得到飞跃发展。1.2 LED大屏幕的发展状况与趋势 1.2.1 LED大屏幕的发展状况 我国在 LED领域的研究开发工作成绩斐然。目前普绿和高亮度纯红 LED已经实现商品化，国内的 LED显示屏发展经历了三个阶段： 1.1990年以前是 LED显示屏的成长形成期，受 LED材料的限制，LED 显示屏的应用领域没有广泛展开。而且，显示屏控制技术
13、基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的 LED显示屏在国内外应用广泛，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通信控制，灰度等级为单点 4级调灰，产品的成本比较高。 2.1990-1995年，这一阶段是 LED显示屏迅速发展的时期。全球信息产业高速增长，信息技术在各个领域不断突破，LED 显示屏在材料和控制技术方面不断出现新的成果。蓝色 LED芯片研制成功，全彩色 LED显示屏进入市场，LED显示屏在国内的发展速度非常迅速，LED 显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED 显示屏产业成为新兴的高科技产业。 3.1995年至今，LED 显示屏应用领域更为广阔。全彩色
14、 LED显示屏、256级灰度视频控制技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现。LED显示屏控制专用大规模集成电路已由国内企业开发生产并得到利用。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。LED 显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。1.2.2 LED 大屏幕的发展趋势 二十一世纪的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将有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。 白光 LED是 LED产业中最被看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光 LED在照明市场的前景备受瞩目。
15、欧、美及日本等先进技无线 LED 显示屏的设计8术国家也投注许多人力，成立专门的机构推动白光 LED研发工作。可见国外LED显示屏技术主要集中在新材料的开发上，以新发光材料来提高显示屏的视觉效果、能耗等各种性能。 随着能源紧缺问题越来越突出，LED 的重要性和市场空间更加显著。鉴于我国 LED产业的现状，不论技术还是产能短期内达到世界先进水平都有相当大的难度。要在国内发展高亮 LED产业，可以充分利用国内现有的研发和生产力量，走合作发展的道路。 半导体产业的全球化发展，是每个企业都要面对和无法回避的。国内企业通过规范股权架构、加大研发，采取并购和合作的方式将海外先进技术引入国内，可争取与国际大
16、厂基本在同一技术水平进行产业竞争。继上海、厦门、大连、南昌和深圳成为首批五个国家半导体产业化基地，国内封装和应用企业形成快速的市场适应能力和价格优势，我国大陆已经成为世界上重要的 LED封装生产基地。封装及应用，尤其是国际应用产品加工有向我国转移的趋势。在封装和应用领域中国已经完全有可能、有能力在高端市场占据一席之地，但必须加大产品的创新、加强品牌的培育。目前全世界都在寻求解决经济发展和能源短缺的矛盾，给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。1.3 LED显示屏的信息发布技术 现代社会已经迈入信息化时代，信息传播速度越来越快，人们对信息的依赖程度也越来越高。信息技术自然成为优先发展
17、的关键技术之一。随着计算机技术，尤其是网络技术的发展，信息以各种文件格式保存，并以数据包的形式在网上传输。实际应用过程中若信息是以计算机文件的形式传送到 LED大屏幕或网络终端上显示，其间的控制是由控制软件通过微机或网络来实现的。信息若寄托于 GSM网络被传送到 LED显示屏上时，其间的控制是由 GSM网络控制的。无线 LED 显示屏的设计9第二章 LED 电子显示屏的介绍 2.1 LED显示屏简介 LED电子显示屏是由几万-几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED像素点。 用于制造显示屏的发光二极管产品有单管、矩阵块、象素管三种规格，以满足不同使用
18、场合的要求。LED 显示屏按其使用环境分为室内显示屏和室外显示屏。一般把显示图形或文字的 LED显示屏称为图文屏。图文显示屏的主要特征是只控制 LED点阵中各发光器件的通断，而不控制 LED的发光强弱。LED 图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条屏，也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。条与平面显示屏在显示与控制的原理上并无区别。 用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示，
19、与静态显示模式相对应的就有各种动态显示模式，它所显示的图文都是能够动的。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，可以考虑预先生成刷新数据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著，刷新太快，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。 2.2 LED 显示屏的特点 按颜色基色可以分为: 随着科学技术的发展以及制造工艺的进步，LED 显示屏也在不断的进步和完善，高新技术使 LED显示系统与以前相比有了更为优异的性能。当前的 LED显示系统主要有以下特点：
20、I.在局部设计上采用模块化电路设计 按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少的联系，极大的提高了系统的稳定性、可靠性。调试、维护难度大大降低。 2.先进的分布式扫描技术 无线 LED 显示屏的设计10显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元间的信号采用信号锁存技术进行同步控制，显示的稳定性大大增强。 3.可视性好 采用高性能 LED驱动芯片构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、视角大，寿命长(不少于 50,000小时)，稳定性高，响应速度快等特点。 4.易于安装 采用显示单元板或显示单元箱体，可根据用户要求和应用场所要求任意组装成所需要的显示屏尺寸，如果
21、要扩大或缩小系统规模，只须按需要在系统中增加新单元，或拆去某个单元，系统完整性不会受到多少影响，便于安装和维护。 综上所述 ，LED 显示技术作为一种电子信息显示技术，相信随着各种科学技术的发展，LED 显示系统以其优异的性能将会有更为广阔的发展前景。2.3 LED显示屏的分类 单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色、256 级灰度、可以显示 65536种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 2、按显示器件分类 : LED数码显示屏：显示器件为 7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 3、按使用场合分类 室内显示屏：发光点较小，一般 3mm-8mm，显示面积一般几至十几平方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。
