LED點(diǎn)陣電子顯示屏制作

摘要：LED大屏幕顯示系統(tǒng)，以AT89S52單片機(jī)為核心，由鍵盤顯示、溫度采集、滾動(dòng)屏幕顯示、LED順時(shí)90°旋轉(zhuǎn)大屏幕顯示等功能模塊組成。基于題目基本要求，本系統(tǒng)對(duì)時(shí)間顯示和大屏幕顯示進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此外，擴(kuò)展單片機(jī)外圍接口、溫度采集、滾動(dòng)屏幕顯示、等功能。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，使電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實(shí)現(xiàn)了要求的基本功能，發(fā)揮部分也得到完全的實(shí)現(xiàn)，而且有一定的創(chuàng)新功能。

0引言

LED顯示屏是20世紀(jì)80年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，它是利用發(fā)光二極管構(gòu)成點(diǎn)陣模塊或者像素單元組成的平面式顯示屏幕，以可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，在短短的近20來(lái)年中，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，并越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、金融、交通、醫(yī)院及信息廣告等各行業(yè)

1任務(wù)設(shè)計(jì)

1.1基本要求

設(shè)計(jì)并制作LED電子顯示屏和控制器。自制一臺(tái)簡(jiǎn)易24行*24列點(diǎn)陣的直立式LED電子顯示屏和控制器，擴(kuò)展鍵盤和相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)多功能顯示控制，能正常顯示字符和漢字，漢字點(diǎn)陣為12*12.顯示屏能顯示4組特定句子或短語(yǔ)，通過(guò)按鍵切換，選擇顯示內(nèi)容。顯示內(nèi)容可以平滑地向上滾屏，滾屏速度可3級(jí)鍵控。

1.2發(fā)揮部分

具有實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)，在顯示屏中心處顯示溫度，顯示格式為"XX℃",絕對(duì)誤差≤1℃。當(dāng)直立屏順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90o時(shí)，顯示文字不能相應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)，保持直立。采用本機(jī)鍵盤可編輯短語(yǔ)（漢字字?jǐn)?shù)不少于10字）。具有掉電保護(hù)功能。

1.3創(chuàng)新部分

上電后的最初顯示為一個(gè)臉型自動(dòng)變化圖片，通過(guò)按鍵模塊的按鍵，添加了數(shù)碼管能夠顯示相應(yīng)功能的標(biāo)志。

2方案論證

2.1顯示部分

顯示部分是本次設(shè)計(jì)最核心的部分，對(duì)于LED24*24點(diǎn)陣采用動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)一幅畫面進(jìn)行分割，對(duì)組成畫面的各部分分別顯示，是動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式，可以避免靜態(tài)顯示的問(wèn)題。但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問(wèn)題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無(wú)閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，復(fù)用的程度不是無(wú)限增加的，因?yàn)槔脛?dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短，發(fā)光的亮度等因素。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描刷新頻率（發(fā)光二極管的停閃頻率）為50Hz,發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)間≥1ms時(shí)，顯示亮度較好，無(wú)閃爍感。

2.2溫度采集部分

能進(jìn)行溫度測(cè)量是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新部分，由于現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，所以我們決定給系統(tǒng)加上溫度測(cè)量顯示模塊，方便人們的生活，使該設(shè)計(jì)具有人性化。采用溫度傳感器DS18B20.DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測(cè)量范圍，且DS18B20測(cè)量精度高，增值量為0.5攝氏度，在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測(cè)得的溫度值的存儲(chǔ)在兩個(gè)八位的RAM中，單片機(jī)直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是溫度，使用方便。

2.3芯片的選擇

選取串口輸入，使用I/O口較少，所以我們選用串口輸入。串口輸入我們可以選用芯片有74HC595、74LS138.

2.4電源模塊

采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠。

3總體方案

3.1工作原理

利用單片機(jī)AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機(jī)可把由DS18B20、DS1302讀來(lái)的數(shù)據(jù)利用軟件來(lái)進(jìn)行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、日歷的顯示。點(diǎn)陣LED電子顯示屏顯示器為主要的顯示模塊，把單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并且可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示。利用光電傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸止鬧功能。在顯示電路中，主要靠按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。

3.2總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)總體框圖，如圖1。

圖1系統(tǒng)框圖

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（單元電路設(shè)計(jì)及分析）

4.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。

圖2AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)

4.2溫度測(cè)量模塊

溫度測(cè)量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率達(dá)到0.0625℃，采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖3所示。

圖3DS18B20測(cè)量電路

4.3鍵盤模塊

鍵盤、狀態(tài)顯示模塊：為了使軟件編程簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)利用可編程芯片8255.PA口接按鍵，PC口則用于控制狀態(tài)顯示所用LED點(diǎn)陣。每個(gè)按鍵都通過(guò)一個(gè)10K的上拉電阻接電源+Vcc,按鍵的另一端接地。當(dāng)有鍵按下時(shí)，與該鍵相連的PA口的相應(yīng)位變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)檢測(cè)到該變化后即轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序，同時(shí)在程序中點(diǎn)亮LED點(diǎn)陣。模塊電路如圖4。

圖4鍵盤電路

4.4LED顯示模塊

點(diǎn)陣數(shù)據(jù)串行輸入，器件為移位寄存器TPIC6B595595,門控和掃描信號(hào)常以16點(diǎn)陣為一行進(jìn)行并行處理。在點(diǎn)陣顯示中以3×3個(gè)LED點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè)LED顯示單元，采用行共陽(yáng)列共陰的編排方式。其驅(qū)動(dòng)分為行列兩部分，分別來(lái)自于行、列移位寄存器，行數(shù)據(jù)是掃描數(shù)據(jù)，16行中每次只有一行被驅(qū)動(dòng)，采用逐行掃描方式，列數(shù)據(jù)則為漢字的點(diǎn)陣碼對(duì)于字符和圖形顯示也可以用點(diǎn)陣處理，其顯示原理和方法相同。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序，流程如下圖5

圖5主程序流程圖

顯示子程序，流程如圖6

圖6顯示子程序流程

溫度測(cè)量流程，如圖7

圖7溫度測(cè)量程序流程

6測(cè)量及其結(jié)果分析

6.1基本部分測(cè)試與分析

6.1.1測(cè)試儀器：

秒表、溫度表、萬(wàn)用電表、WAVE仿真器

6.1.2基本要求部分的測(cè)試與分析：

系統(tǒng)上電后，全屏點(diǎn)亮，沒(méi)有暗點(diǎn)。接著顯示時(shí)間。按"#"鍵后掃描鍵盤，當(dāng)有1~10鍵按下時(shí)，分別顯示十段設(shè)定的數(shù)字、英文或漢字。顯示時(shí)間時(shí)通過(guò)與秒表對(duì)比，測(cè)試的系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確。

6.2發(fā)揮部分測(cè)試與分析：

當(dāng)按下#后在按下進(jìn)入亮度調(diào)節(jié)，按下"+"鍵時(shí)，亮度增加。按下"-"鍵時(shí)，亮度變?nèi)??？梢詫?shí)現(xiàn)文字向上滾動(dòng)。按下"設(shè)置時(shí)間"鍵，觀察到"鐘表"二極管點(diǎn)亮，此時(shí)可對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。按下"時(shí)間設(shè)置"進(jìn)入時(shí)調(diào)試，按"+"鍵時(shí)間加。在按下"切換"鍵時(shí)，進(jìn)入分調(diào)整模式，按下"+"鍵，分增加。按下"選擇"鍵時(shí)，分調(diào)整模式改為秒調(diào)整模式，按下"+"鍵秒增加。經(jīng)測(cè)試該步可以很好的實(shí)現(xiàn)。調(diào)整時(shí)間完畢后，再按一下"鬧鐘設(shè)置"進(jìn)入鬧鈴設(shè)置狀態(tài)，按下"+"鍵設(shè)定"時(shí)"增加，在按下"選擇"鍵進(jìn)入分的設(shè)置，按下"+"鍵設(shè)定"分"增加。在按下"選擇"鍵進(jìn)入秒設(shè)置模式，按"+"鍵秒增加。系統(tǒng)可以顯示10組，每組8個(gè)漢字，完成要求

6.3創(chuàng)新部分測(cè)試與分析

（1）溫度測(cè)量：鍵盤切換現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度顯示：按"功能"鍵選擇"溫度",將溫度傳感器和溫度計(jì)放入不同的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量值比較表

由測(cè)試知，輸出與溫度計(jì)值基本上相等，誤差不大于1度。

（2）當(dāng)用手握住溫度傳感器后，溫度不斷上升，當(dāng)手松開后，溫度不斷降低。

7設(shè)計(jì)總結(jié)

在LED點(diǎn)陣電子顯示屏的制作過(guò)程中，從任務(wù)設(shè)計(jì)、方案論證、總體設(shè)計(jì)、硬件鏈接、軟件設(shè)計(jì)以及最后的結(jié)果測(cè)量與分析等各方面入手，力求做到設(shè)計(jì)人性化，方案合理化，布局優(yōu)化。