LED电子显示屏的设计报告(完整)

2.采用320个LED焊接成20*16的模块，以满足题目的要求。但是此种方法耗时且浪费资源，LED需要较大的驱动来满足亮度要求。这样焊接的显示屏也不容易达到亮度均匀、充足，显示文字清晰的基本要求。
3.采用6块运用相对较少的的5*8点阵模块拼接成20*16的模块。这种设计组合正好可以契合题目要求，而且容易实现电子显示屏各点亮度均匀、充足，显示数字和文字稳定、清晰、无串扰的要求。由于引脚数量也不是很多，更容易操作。综合考虑，本系统采用此方案。
5.01
5.01
5.01
5.01
5.01
5.02
5.02
输出电压变化量（V）
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0
0
电压调整率Su（%）
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0
0
4、负载调整率
方法：电源输入端接10V电压，输出电压Uo=5..02V,在负载电阻RL上串联一个万用表测量输出电流，调节负载电阻时输出电流在0~1A变化，记录输出电流，计算负载调整率。
以上过程电容器的放电时间常数为
电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO(AV)大，具有较好的滤波特性。
二、DC-DC变换器模块
系统供电可以由线性稳压源或开关电源实现。
①线性电源虽然结构简单，容易实现，但具有功耗比较大，效率低的缺点，故本系统不予采用。
②开关电源具有功耗小，效率高，体积小，重量轻，稳压范围宽等优点，本系统采用开关电源实现供电。具体设计思路如下：
①DC-DC降压变换器（Buck）主回路设计
Buck电路工作原理：Buck电路组要由开关管，续流二极管，电感和电容组成。PWM控制器产生的控制信号来控制开关管的导通和截止。当控制信号为高电平时开关管导通，电流流过开关管，流经电感，向负载供电。同时向电容充电。当控制信号为低电平时，开关管截止，没有电流从开关管流过。但是由于电感和电容都有存储能量的功能，所以即使没有电流从开关管流过，电感也可以通过续流二级管向负载提供电流，同时由于电容两端的电压不能瞬间变化，在开关频率足够大的时候电容可以保持输出电压的稳定。理论上讲，电感值越大，电容越大和开关频率越高，输出电压的变化范围越小，输出电压越稳定。PWM控制信号的高电平时间越长，输出电压越大；反之高电平时间越短，输出电压越小。
6、电源效率
方法：用万压表测量输入电压大小，输入电流大小，输出电流大小和输出电压大小。分别计算出输入功率和输出功率，再求输出功率和输入功率的比值既得电源效率。
（4）续流二极管的选择
在电路中二极管最大反向电压为U0，流过的电流是输入电流II，所以在选择二极管时，
管子的额定电压和额定电流都要留有充分大的余地。另外选择续流二极管时还要求导通电阻要小，开关频率要高，一般要选用肖特基二极管和快恢复二极管。本设计选用MBR10100CT，其最大方向工作电压为100V，最大正向工作电流为10A，完全满足设计要求。
先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点，例如图5(b)中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，u2再次超过uC，如图5(b)中的t3时刻，二极管重又导电。
关键词：单片机控制模块开关电源效率5*8点阵模块
1.系统设计
1.1整体方案设计
LED电子显示屏框图
1.2硬件方案论证与比较
1.2.1电子显示屏模块
1.采用6块市场上常见的8*8点阵模快组成24*16的大点阵，在编程的时候只利用其中的20列，余下的4列空置。此种设计从细处来看不符合项目的原意，且点阵模块没有充分的利用，浪费了空间和资源。
循环显示方式可以通过单片机外部中断切换，利用单片机外部中断可以节省单片机资源，提高单片机效率。系统程序会在循环显示阶段不断循环的执行。
程序流程图
2.系统测试
2.1开关电源测试
1、输出电压测试
测试结果：输出电压为5.02V。
2、输出电流测试
方法：在开关电源输出端加负载RL，调整负载值，同时在嗲源输出端传串联一个万用表测量数电流。观测输出电流范围能否达到0~1A。
PWM控制方式又有三种可选方案：
1、利用单片机产生PWM控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。此方案实现起来比较灵活，可以针对特定的系统进行优化。但是系统调试比较复杂。
2、555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路，可以作为控制核心来控制DC-DC开关电源电路。阀门端和触发端的电平分别为电源的2/3和1/3，但可以由电压控制端（CONT）来改变这两个电平值。当触发端（TRIG）的电压下降至比触发电平低时，触发器翻转输出“1”，同时输出端输出高电平；当触发端（TRIG）的电压高于触发电平，而且阀门端（THRES）的电平也高于阀门电平时，触发器翻转输出“0”，同时输出端（OUT）输出低电平；复位端（RESET）与其他输入端相比具有最高优先权，当复位端为低电平时，触发器将被复位，而且输出端为低电平。将复位端置低可以用来初始化一个新的定时循环。只要输出端为低电平，泄放端（DISCH）将提供一个对地的低阻抗通路。但是此芯片不是专门的PWM控制芯片，调试起来相对比较复杂，不易实现控制。
测试是结果：输出电流为0~0.97A
3、电压调整率测试
方法：用实验室的直流电压源输出直接接在开关电源DC-DC变换输入端，调整负载使输出电流达到最大1A，调整直流电源输出电压在7V~15V
变化时，测量输出电压Uo。
测试结果：
输入电压Ui（V）
7
8
9
10
11
12
13
14
15
输出电压（V）
5.01
5.01
不论采用哪种方案，由于涉及到较多的焊接工作，究竟采用多层万能板焊接，还是使用会具有众多跳线的单层万能板，亦或是使用PCB板来实现也是不得不面对的问题。考虑到PCB板具有焊接的便利性，系统的稳定性以及系统的整体美观性，我们采取了运用PCB板来实现的方案。（原理图见附件）
1.2.2电源模块
一、整流滤波模块
“TI杯”电子设计大赛
报告
A题：LED电子显示屏的设计
队员：赖 波 2802107013
队员：漆志龙 2802107021
队员：朱维各 2802107012
2010-5-27
LED电子显示屏的设计
电子工程学院2008级赖波漆志龙朱维各
【摘要】本系统中的LED电子显示屏采用基于AT89S52的单片机最小系统来控制，运用串行通信方式输出数据，具有占有引脚少，系统相对简单的特点；通过简单的编程修改显示屏可以显示不同的、相当多的信息，且在必要的情况下可以扩展更大的外部存储器；显示屏采用PCB制作，更加容易扩展，更具有实用性。另外，此LED电子显示屏的电源采用了开关电源模块，具有电压稳点，效率高的优点。该20*16电子显示屏各点亮度均匀、充足，满足了显示数字和文字稳定、清晰、无串扰的要求。
市电经过整流滤波后可以变成比较平滑的直流，其原理如下图：
上图画出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在时刻，即达到u2 90°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。
②DC—DC变换器稳压原理
在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间TOFF不变，通过改变脉冲的频率f来维持输出电压U0的稳定，这便是脉冲频率调制（PFM）控制方式DC-DC变换器；第二可以保持脉冲的周期T不变，通过改变开关管的导通时间TON，即脉冲的占空比q，以实现输出电压的稳定，这就是脉宽调制（PWM）控制方式DC-DC变换器。由于目前已经有各种型号的集成PWM控制器，所以DC-DC变换器普遍采用PWM控制方式。
1.3软件设计方案
程序使用C语言编写。系统主程序开始后，首先对系统初始化，包括设置串口、定时器、中断和相应端口，然后全亮显示，持续几秒钟，接着关闭所有LED，持续一段时间，进入倒计时显示（10秒），计时完后判断tt的值（tt为显示方式的选择标记）。tt=0时，循环左移；tt=1时，循环上移；tt=2时，循环下移。
（3）开关管的选择
开关管Q1在电路中承受的最大电压是U0，考虑到输入电压波动和电感的反峰尖刺电
压的影响，所以开关管的最大电压应满足＞1.1×1.2U0。实际在选定开关管时，管子的最大允许工作电压值还应留有充分的余地，一般选择（2~3）1.1×1.2U0。开关管的最大允许工作电流，一般选择（2~3）II。开关管的选择，主要考虑开关管驱动电路要简单、开关频率要高、导通电阻要小等。本设计选择Tip42C，该器件的VCEO=100V，导通电阻很小，Ic=6A，完全满足设计要求。
（2）储能电感的选择
根据电路的工作波形，电感电流包括直流平均值和纹波分量两部分。假若忽略电路的
内部损耗，则变换器的输出能量和变换器的输入能量相等，即 ，所以 ，即从电源取出的平均电流也就是流入电感的平均电流。
电感电流的纹波分量是三角波，在TON期间，电流的增量为 ；在TOFF期间，电流将下降，其减少量为 ；在稳态下， 。在选择△I时，一般要求电感的峰值电流不大于其最大平均电流的20%，以免使电感饱和；同时流过电感中的电流最小值也应大于或等于零。实际设计时，选择电感电流的增量 ，所以 ，在开关频率选择50kHz和系统所需要求下，计算电感量为610 H，实际选择1mH/1A的电感。