基于单片机的点阵式LED设计 - 开题报告 - 图文

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毕业论文开题报告

学 生 姓 名： 学 院、系： 专 业： 论文题目：

指导教师:

2011 年 2月 27 日

学 号：

机电工程学院控制工程系 探测制导与控制技术 点阵式LED广告牌设计

毕 业 论 文 开 题 报 告

1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、研究背景及意义 随着社会文化的不断发展，广告牌扮演着越来越重要的宣传角色，不论是汽车站，火车站，股市交易市场，还是学校都离不开它，然而传统的霓虹灯广告牌不论是在显示效果、耗电量还是可修改性上都无法满足当前社会的需求，传统的霓虹灯广告亟待改进。 由于单片机技术的不断发展和高亮度LED 发光管的出现,使得大屏幕高亮度电子广告屏成为可能。与传统的显示设备相比，LED显示设备具有明显的优势：LED 屏色彩丰富，显示方式变化多样、亮度高；LED 屏可以随意修改显示内容；LED 显示屏可用来与计算机屏幕同步。另外，它以其超大画面、超宽视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，广泛应用于金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面。 二、国内外研究状况 基于FPGA硬件LED点阵汉字滚动显示, 以某种基于FPGA器件EP1C6Q240C8 硬件及VHDL语言设计的LED点阵汉字滚动显示为例，该系统采用一种32路动态分时扫描技术，将4个8x8阵列的显示模块采用串行级联的方式构成一个32行8列的扫描结构，两个74 LS154和一个反相器配合FPGA中的行扫描控制模块共同完成点阵显示模块的行扫描控制。FPGA 中的只读存储器ROM中保存了要显示的多幅图像的数据, 并以8位的数据宽度输出到LED阵显示模块的列端，配合行扫描控制共同完成显示[1,2]。 基于ARM嵌入式处理器提出一种采用CPLD技术开发LED显示控制系统的设计，可实现全彩LED显示屏控制系统。以某种小型可脱机播放的彩色视频系统为例，对其视频系统的主要功能和技术指标归纳为：1、LED 显示屏的分辨率:128行x256列；2、LED 显示屏的刷新率:7OHz；3、实现灰度显示，灰度级为256 级；4、LED 显示屏的基色:R(红)、G(绿)、B(蓝)；5、系统控制器必须支持一般显示屏所需的与上位机实时通讯和全部显

示功能。同时，某基于ARM嵌入式系统的LED点阵，使用并行总线DMA数据传输技术简化了LED显示系统的软硬件设计，降低了系统成本，取得了很好的显示质量。在22.184MHz的系统时钟下，512×256单色点阵屏显示帧频达到250Hz，平均120ns传送1个字节，达到了使用单CPU系统代替多机系统控制LED显示系统的目的[4，5]。 基于AVR单片机设计的LED显示屏，根据某16×16点阵设计实例，其一个LED点亮所需的驱动电流大约为10~20mA，由于各列LED并联，所以行驱动至少要提供16×10=160mA的电流；由于同列LED串列，所以列驱动只需提供本列的驱动电流即可，即大约10mA[6,7]。因此，该实例提出，最常用的驱动方法就是选用三极管扩流，其硬件说明为：74LS154为4/16译码器、低电平译中，作为16行的行选通信号；74LS595为8位可级联的串入并出的移位寄存器，所以在该实例中需要两片74LS595级联，作为16列的选通信号，通过AVR单片机来控制74LS595移位寄存器和74LS154译码器即可完成16×16点阵LED的驱动[6]。 基于单片机AT89C51对广告显示屏系统进行系统的设计，以某双汉字LED广告牌为例，认为LED驱动模块是LED显示屏设计的关键部分,驱动电路设计的好坏直接关系到LED 显示屏的亮度、稳定度等重要指标，其设计中LED的驱动是采用三极管和74LS154实现的，系统中驱动电路由74LS154和三极管组成，LED的行扫描端接到单片机89C51的P0口,列扫描端接置三极管的发射极[9]。 为满足视觉暂留要求,若使用点扫描方式,其扫描频率必须大于16×64 = 1024Hz,周期小于1ms；若使用行或列扫描,则频率必须大于16×8=128Hz ,周期小于7.8ms[8]。某汉字滚动显示器，在提供有1 kHz时钟的实验板上，利用该时钟进行扫描,使每行扫描时间为1ms,实验结果显示亮度合适[2]。 通过某基于单片机LED显示屏的汉字显示实例，扫描汉字“大”，由于单片机的总线为8 位，其将一个字需要拆分为4个部分，即上下左右，分别由8×8 点阵组成，可以得出汉字“大”的扫描代码数组里的值[10，11]。 根据某8×8LED点阵模块设计的显示实例，使用动态扫描时显示方式采用复用技术，即如果P路复用，则每P个像素需要一套驱动电路，单个像素仅需n×m/P 套驱动电路，且在动态扫描时，P越大，驱动电路越少，成本越低。同时，该实例程序主要由主程序[3]

与清屏、查表、送数、循环扫描、延时几个部分组成。根据该程序，如果想显示更多的汉字,只需将汉字计数寄存器中的参数重新设置即可实现。同理,根据所显示的内容,也可设计实现任意汉字动态字符滚动的显示方式,丰富显示效果 [12~15]。 根据以上参考文献可以得出，虽然FPGA、AVR以及ARM均可作为LED显示屏的控制器，但根据本次设计任务而言，使用89C51单片机不仅可以降低外部电路设计难度与硬件成本，而且其完全满足设计要求。通过使用单片机控制点阵式LED广告牌的设计，可以加深自身对相关芯片的应用技能，锻炼自身理论知识学习和实际设计相结合的能力。

参考文献: [1] 张旭,朱志甫.基于FPGA的LED点阵显示系统的设计.湖南农机，2010，37（5）：41~42 [2] 孙振华,唐征兵.基于FPGA控制的LED 汉字滚动显示器设计.现代电子技术, 2010,(13):152~155 [3] 王丽萍,周珍艮.ARM在LED显示控制系统中的应用与设计.铜陵学院学报，2010,(4):62~63 [4］Zhang mingbo．Design of matrix LED display system base in MCU. Embedded System&SOC,2007,2(2):85~86 [5] 葛超,张景春,孙艳彬.基于ARM嵌入式系统的LED点阵屏设计.液晶与显示，2010,25(5):743~746 [6] 张堔,耿标.16ｘ16点阵LED的设计.高科技产品研发,2010,(8):64 [7] 花海安.点阵LED显示屏的设计与实践.江淮水利科技,2009，(3):20~21 [8] 龙安国.基于单片机的LED 汉字显示屏设计与制作.现代电子技术,2007,30 (13):186~188 [9] 季晓芳.双汉字16×16 LED 点阵广告屏的制作.安徽水利水电职业技术学院学报,2010,(10):60~61 [10] 阳进.基于单片机的LED 显示屏的汉字显示.中国科技信息,2005,(12):112 [11] 翟淑霞.基于单片机的LED 显示屏的汉字显示.今日科苑,2006,(9):114 [12] 刘永军.单片机控制LED点阵显示原理及Proteus仿真.电脑知识与技术，2010,27(6):7651~7653 [13] 罗云松，于娟.基于Proteus 的单片机点阵LED 汉字显示.机械与电子，2009， (17):60~61 [14] 杨延宁,刘立军,张志勇.基于Proteus的单片机汉字点阵显示设计.液晶与显示,2009,24 (1):98~102 [15] 钟蔚,袁臣虎,林志贵.点阵式LED滚动汉字显示屏的Proteus仿真设计.微计算机信息，2008,24(62):106~107

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一、本课题要研究的内容与解决的问题： 对点阵式LED广告牌进行整体性设计，也就是利用单片机通过驱动模块控制点阵式LED显示模块，其中，LED驱动模块的设计是本课题首要解决的问题。 二、本课题的研究手段： 利用单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的字符。其中显示字模数据由单片机输入显存，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成，点阵采用单色显示，该显示器电路的特点是：点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度比较高，而且亮度可以改变电阻进行调节。其相关的设计结构图为： 1、对于单片机的I/O 口连接电路而言，P1口作为连接74HC154 的片选使能和译码数据端，P0 作为连接74HC595的时钟端、数据端、清零端和使能端的分配。按键用P2口P2.0、P2.1、P2.2分别实现点阵屏停止移动，开关显示和速度的加减功能。 2、LED驱动模块采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。其中，行驱动使用74HC154芯片，列驱动使用74HC595芯片。该方法能驱动较多的LED ,控制方式较灵活,而且节省单片机的资源。

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指导教师意见： 指导教师： 2011年3 月 10日 所在系审查意见： 系主任： 2011年3月13日

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