LED點陣電子顯示屏制作

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、滾動屏幕顯示、LED順時90°旋轉(zhuǎn)大屏幕顯示等功能模塊組成?；陬}目基本要求，本系統(tǒng)對時間顯示和大屏幕顯示進(jìn)行了重點設(shè)計。此外，擴(kuò)展單片機(jī)外圍接口、溫度采集、滾動屏幕顯示、等功能。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實現(xiàn)了要求的基本功能，發(fā)揮部分也得到完全的實現(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)展起來的新型信息顯示媒體，它是利用發(fā)光二極管構(gòu)成點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、使用壽命長、性價比高等特點，在短短的近20來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，并越來越廣泛地應(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

1.1基本要求

設(shè)計并制作LED電子顯示屏和控制器。自制一臺簡易24行*24列點陣的直立式LED電子顯示屏和控制器，擴(kuò)展鍵盤和相應(yīng)的接口實現(xiàn)多功能顯示控制，能正常顯示字符和漢字，漢字點陣為12*12.顯示屏能顯示4組特定句子或短語，通過按鍵切換，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級鍵控。

1.2發(fā)揮部分

具有實時溫度檢測，在顯示屏中心處顯示溫度，顯示格式為"XX℃",絕對誤差≤1℃。當(dāng)直立屏順時針旋轉(zhuǎn)90o時，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(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臉型自動變化圖片，通過按鍵模塊的按鍵，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)計最核心的部分，對于LED24*24點陣采用動態(tài)顯示：動態(tài)顯示，對一幅畫面進(jìn)行分割，對組成畫面的各部分分別顯示，是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式，可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式， 復(fù)用的程度不是無限增加的， 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短， 發(fā)光的亮度等因素。我們通過實驗發(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)通時間≥1ms時， 顯示亮度較好， 無閃爍感。

2.2溫度采集部分

能進(jìn)行溫度測量是本設(shè)計的創(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)加上溫度測量顯示模塊，方便人們的生活，使該設(shè)計具有人性化。采用溫度傳感器DS18B20.DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測量范圍，且DS18B20測量精度高，增值量為0.5攝氏度，在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測得的溫度值的存儲在兩個八位的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讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進(jìn)行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷的顯示。點陣LED電子顯示屏顯示器為主要的顯示模塊，把單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且可以實現(xiàn)滾動顯示。利用光電傳感器來實現(xiàn)非接觸止鬧功能。在顯示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。

3.2總體設(shè)計

設(shè)計總體框圖，如圖1。

圖1 系統(tǒng)框圖

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(單元電路設(shè)計及分析)

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2 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)

4.2溫度測量模塊

溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率達(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3 DS18B20 測量電路

4.3鍵盤模塊

鍵盤、狀態(tài)顯示模塊：為了使軟件編程簡單，本設(shè)計利用可編程芯片8255.PA口接按鍵，PC口則用于控制狀態(tài)顯示所用LED點陣。每個按鍵都通過一個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，與該鍵相連的PA口的相應(yīng)位變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)檢測到該變化后即轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序，同時在程序中點亮LED點陣。模塊電路如圖4。

圖4 鍵盤電路

4.4LED顯示模塊

點陣數(shù)據(jù)串行輸入， 器件為移位寄存器TPIC6B595595, 門控和掃描信號常以16 點陣為一行進(jìn)行并行處理。在點陣顯示中以3×3個L ED 點陣構(gòu)成一個LED顯示單元， 采用行共陽列共陰的編排方式。其驅(qū)動分為行列兩部分， 分別來自于行、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， 采用逐行掃描方式， 列數(shù)據(jù)則為漢字的點陣碼對于字符和圖形顯示也可以用點陣處理， 其顯示原理和方法相同。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

溫度測量流程，如圖7

圖7 溫度測量程序流程

6 測量及其結(jié)果分析

6.1 基本部分測試與分析

6.1.1 測試儀器：

秒表 、溫度表、萬用電表、WAVE仿真器

6.1.2 基本要求部分的測試與分析：

系統(tǒng)上電后，全屏點亮，沒有暗點。接著顯示時間。按"#"鍵后掃描鍵盤，當(dāng)有1~10鍵按下時，分別顯示十段設(shè)定的數(shù)字、英文或漢字。顯示時間時通過與秒表對比，測試的系統(tǒng)時間準(zhǔn)確。

6.2發(fā)揮部分測試與分析：

當(dāng)按下#后在按下進(jìn)入亮度調(diào)節(jié)，按下"+"鍵時，亮度增加。按下"-"鍵時，亮度變?nèi)?。可以實現(xiàn)文字向上滾動。 按下"設(shè)置時間"鍵，觀察到"鐘表" 二極管點亮，此時可對時間進(jìn)行設(shè)置。按下"時間設(shè)置"進(jìn)入時調(diào)試，按"+"鍵時間加。在按下"切換"鍵時，進(jìn)入分調(diào)整模式，按下"+"鍵，分增加。按下"選擇"鍵時，分調(diào)整模式改為秒調(diào)整模式，按下"+"鍵秒增加。經(jīng)測試該步可以很好的實現(xiàn)。調(diào)整時間完畢后，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"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個漢字，完成要求

6.3創(chuàng)新部分測試與分析

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

表1 與標(biāo)準(zhǔn)溫度計測量值比較表

由測試知，輸出與溫度計值基本上相等，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)計總結(jié)

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