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河南工业贸易职业学院毕业论文1河南工业贸易职业学院系别：机电工程系班级：08电子102姓名：张凯乐河南工业贸易职业学院毕业论文2闪烁流动灯式电子门标设计1引言1.1课题设计提出的背景现代社会已经进入了信息时代，信息的传播占有越来越重要的地位。同时，人们对于视觉媒体的要求也越来越高，要求传播媒体以及传播的信息能够做到直观、迅速、生动、醒目的效果。在车站、机场、商场、证券交易所以及其它一些公共场所，经常需要发布变化的实时信息或进行广告宣传，传统的黑板和纸张等作为媒介的手段不能满足其多变性和实时性的要求。而LED电子显示屏以其修改方便、实时显示、美观整洁等特点应运而生。LED电子显示屏，作为新的媒体，运动的发光图文更容易吸引大众的注意，信息量大，随时更新，富有动感，适合远距离观看，有着非常好的广告和告示的效果。它与广告牌、灯箱、霓虹灯等传统宣传媒体比较，具有无可比拟的优势。随着LED材料技术和工艺的提升，LED电子显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到了广泛的应用，比如：证券交易、金融信息的显示；机场航班动态信息的显示；港口、车站旅客引导信息的显示；服务领域的业务宣传及信息的显示等等。1.2课题设计的任务本设计，即闪烁流动灯式电子门标设计，由LED电子显示屏输出多个汉字，采用单片机控制实现汉字的动态显示，以达到宣传和告示的作用。2LED电子显示屏简要介绍2.1LED电子显示屏概况河南工业贸易职业学院毕业论文3LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子技术、光电子技术的迅猛发展而形成的一种高科技产品。它的发光部分是由发光二极管拼装组成的，具有耗电量少、亮度高、工作电压低、驱动简单、寿命长、性能稳定等优点。由于采用单元模块化结构，显示屏的大小可按用户需求灵活拼制。LED电子显示屏以其变化丰富的色彩图案，实时动态的显示模式，完美的多媒体效果和强大的视觉冲击力，将文字、图形、动画及视频等多种信息显示出来，成为信息传播时代公众理想的信息显示媒体。早在1907年开始，人们就发现某些半导体材料制成的二极管在正向导通时有发光的物理现象，但生产出有一定发光频率的红光LED已是1969年了。到今天，LED已生产30多年了，各种类型的LED、利用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品发展迅速，新产品不断上市，已经发展成不少新型产业了。从20世纪70年代起，已有人开始用LED做为发光像素研制LED显示器。随着微机技术的发展和LED器件的成熟，LED显示屏也得到迅猛的发展。目前已研制出多种规格的LED屏，从色彩上讲，有单色、多色、全色显示屏，从显示尺寸上讲，LED屏现已做到了数百平方米，从显示器件上讲，LED显示屏可分为：LED数码显示屏，显示器件为七段数码管，适用于制作时钟屏、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，适用于播放文字、图像信息；LED视频显示屏，显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。现已形成一个新兴的高科技产业。蓝色、纯绿色超高亮发光二极管相继研制成功并已商品化，用LED制成室外“大彩电”已成为现实，它标志着LED显示技术达到了一个新的高度。2.2发光二极管介绍LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的核心部分是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是河南工业贸易职业学院毕业论文4P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一部分是N型半导体，大部分是电子。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成了一个“PN结”，当电流通过导线作用于这个晶片时，电子就会被推向P区，在P区里电子和空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。发光二极管通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的，其光的波长也就是光的颜色是由形成PN结的材料决定的。发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，它也常作成七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几个毫安至十几毫安之间。实践证明，LED的发光强度仅在一定范围内与正向电流成正比，当正向电流大于20mA时，亮度的增强已无法用肉眼分辨了，实际亮度已经没有增加了。因此，LED的压降一般为1.5V～2.0V,工作电流一般选在10mA～20mA较为合理。发光二极管的主要特性、代表符号及实物图如下所示。表1发光二极管的主要特性颜色波长(nm)基本材料正向电压(10mA时)V红外红鲜红黄绿900655635583565砷化镓磷砷化镓磷砷化镓磷砷化镓磷化镓1.3～1.51.6～1.82.0～2.22.0～2.22.2～2.4图1发光二极管代表符号图2发光二极管实物图河南工业贸易职业学院毕业论文53点阵型LED显示屏显示原理分析把多个发光二极管连接到一起有两种连接方式。把这些发光二极管的阳极接到一起作为一个引脚，这种形式称为共阳型，相反，把它们的阴极接到一起则为共阴型。对于点阵型LED显示也可以采用共阴极型或共阳极型，本设计采用共阳极型，如图3所示。图34*4共阳极LED点阵当行上有一正选通信号时，列选端四位数据为0的发光二极管便导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信号进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。只要扫描频率大于24Hz，由于扫描时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字了。4课题设计实现方案的论证从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。将每一个LED发光二极管的一端接至单片机的一个I/O口，另一河南工业贸易职业学院毕业论文6端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但是此种方法太浪费单片机的I/O口了，只适用于很小的系统。图4静态驱动显示方式但是，16*16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，若我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，一个16*16的点阵需要32个锁存器。这个数字是很庞大的，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中，显示屏几乎都不采用这种设计，而是采用动态扫描的显示方法。采用动态扫描方式，通过三极管驱动连接在一起的LED发光管的一端（共阴或共阳端），LED发光管的另一脚接通用的I/O口，控制其亮灭。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。图5动态扫描显示方式简单说，动态扫描就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器。以16*16点阵为例，把所有同一行发光管的阳极连在一起，把所有同一列发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其点亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，河南工业贸易职业学院毕业论文7第十六行之后又重新点亮第一行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上）时，由于人眼的视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上稳定的图形或文字了。采用动态扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器上，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时，要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。采用并行方式时，16*16的LED点阵有2列8*8的点阵，需要16个列数据输入口，而一个AT89C51只有32个I/O接口，还要同时驱动行数据，这根本不够用，并且从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。本设计采用串行的数据传输方式、动态扫描技术，利用AT89C51单片机进行控制，结合简单的外围电路来完成电子门标的LED显示。5汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法以UCDOS中文宋体字库为例，每一个汉字由16行16列的点阵组成显示，即国标汉字库中的每一个汉字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个汉字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字显示屏不仅可以显示汉字，也可以显示256像素范围内的任何图形。用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机总线为8位，所以一个汉字需要拆分成2个部分。以“大”字为例，见图6。为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码，见图7。汉字可拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P0.0~P0.7口，方向为P0.0到P0.7，显示汉字“大”时，P0.5点亮，其余的都不亮，即二进制00000100B，转换成十六进制为04H。上半部分第一列完成扫描后，继续扫描下半部分的第一列，为了接线的方便，仍旧设计成由上往下扫描，即从P2.7向P2.0方向扫描，从图中可以看到，这一列全部是不亮的，即为00H。依照这个方法转向第二列，第三列，直至第十六列的扫描，一共要扫描32个8位，就可以得到汉河南工业贸易职业学院毕业论文8字“大”的扫描代码了。从这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码，从而显示在屏幕上。图6“大”字的点阵显示图7列扫描方法上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字点阵代码是一件非常繁琐的事情。为此，我们经常采用现成的汉字字模生成软件来查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可（如下图8所示）。图8汉字字库提取程序6AT89C51单片机河南工业贸易职业学院毕业论文9单片机（SingleChipMicroComputer）是将中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器芯片和一些输入/输出接口电路集成在一个芯片上的微控制器。对于一个典型的单片机系统而言，主要由单片机、晶振和复位电路、输入控制电路、输出显示电路以及外围功能器件组成。它具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广等显著优点。MCS-51单片机是目前8位单片机的主流机型。AT89单片机是ATMEL公司生产的8位FLASH单片机，其内含8031CPU内核，其内部功能与MCS-51单片机兼容。图9AT89C51芯片引脚图AT89C51单片机有双列直插式封装和方形封装两种形式。图9所示为AT89C51的DIP封装引脚图。AT89C51单片机内部含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器FPEROM，引脚与8051完全兼容，指令也完全一样。片内FPEROM可循环写/擦1000次，FPEROM内数据可保存10年，片内FPEROM具有3级加密保护，空闲状态维持低功耗和掉电状态保存内FPEROM内容。目前许多嵌入式控制系统使用了这种芯片。AT89C51单片机引脚说明如下。Vcc：电源端，接+5V。Vss：接地端。河南工业贸易职业学院毕业论文10XTAL2：片内振荡电路反相放大器输出端。XTAL1：片内振荡电路反相放大器输入端。RESET：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。/EA/Vpp：当/EA保持低电平时，则在此期间访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，访问内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电压（Vpp）。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。