基于单片机的LED点阵广告牌设计

基于单片机的LED点阵广告牌设计
摘要
本设计使用AT89C51系列高速单片机作为主操纵模块，利用简单的外围电路来驱动64×16的点阵LED显示屏。

利用AT89C51系列高速单片机本身强大的功能，能够专门方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，因此本设计具有专门强的现实应用性。

本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示4个16×16点阵汉字，并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。

把字符内码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储1024个字符。

设计中采纳了SPI接口的GB2312标准字库，支持所有的国标字符和ASCII标准字符的显示。

因为采纳串行传输方式，使本系统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。

本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的算法。

【关键词】动态显示；单片机；点阵字库
Abstract
This design uses STC12C series MCU as a main controller, and depends on a simple external circuit to drive 96×16 the lattice LED display. By using its own powerful functions and capacity of internal E2PROM, it is easy to accomplish the MCU and PC and E2PROM for internal storage, data transmission equipment ,and it also can be used conveniently to show a variety of content changes. The other dot matrix display is widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.
The LED Display dynamic scan can show the way at the same time six 16 × 16 dot matrix Chinese characters, and PC software can modify the content and effect shows, and so on. IAP used in the application of programmable technology, the characters within the code stored in the SCM free program memory space, so that the LED display system can store 1,024 brown-out characters. SPI used in the design of the interface standard GB2312 character, to
support all the GB2312 standard ASCII characters and characters of the show. Because serial transmission used, so that the system can be enhanced scalability, for a number of display units of the cascade.
This article from the start LED display principle, elaborated on the LED display dynamic process, as well as hardware circuit design, computing and software algorithms.
Key Words:MCU；Serial Data Transfer；Llattice Llibrary
目录
1 LED概述 (10)
1.1LED电子显示屏概述 (10)
1.2LED电子显示屏的分类 (11)
2 显示原理及操纵方式分析 (12)
2.1LED点阵模块结构 (12)
2.2LED动态显示原理 (14)
2.3LED常见的操纵方式 (15)
3 硬件电路设计 (18)
3.1系统硬件概述 (18)
3.216×16LED点阵显示制作 (22)
3.2.1 16×16LED点阵的内部结构及工作原理 (22)
3.2.2 用8×8LED点阵构成16×16LED点阵 (25)
3.3主控单片机的接口讲明 (27)
3.4LED显示驱动电路 (29)
4 字模生成 (31)
4.1字模简介 (31)
4.1.1 LED显示屏领域字模实现技术 (31)
4.1.2 软件操纵系统字模提取的分析与设计 (32)
4.2字模存储技术 (34)
4.3字库生成 (35)
5软件设计 (37)
5.1程序设计总体思路和结构 (37)
5.1.1 程序设计总体思路 (38)
5.1.2 程序流程图 (38)
5.2各模块程序设计 (40)
5.2.1 系统初始化 (40)
5.2.2 LED动态显示 (40)
5.2.3 汉字显示的原理 (41)
6系统功能测试 (43)
6.1单元模块电路测试 (43)
6.2系统整体功能测试 (43)
总结 (44)
致谢........................................ 错误!未定义书签。

参考文献.. (46)
附录 (48)
引言
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它能够直接把电转化为光。

LED的心脏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P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边要紧是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

当电流通过导线作用于那个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这确实是LED发光的原理。

多个 LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。

其要紧特征是只操纵LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不操纵LED的发光强弱。

LED点阵的汉字显示方式是先依照所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16 点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先依照新的汉字编码组成语句，再由MCU依照新编码提取相应的点阵进行汉字显示。

LED点阵显示具有如下特点：
（1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，依照产品不同而异，因此它是一种比使用高压电源更安全的电源。

（2）效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。

（3）适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，因此能够制备成各种形状的器件，同时适合于易变的环境。

（4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

（5）响应时刻：其白炽灯的响应时刻为毫秒级，LED灯的响应时刻为纳秒级。

（6）对环境污染：无有害金属汞。

（7）颜色：改变电流能够变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。

由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，要紧应用领域有：
（1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。

（2）、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等， LED 用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%—25%，显示屏幕可分
为单色和彩色。

（3）、照明应用：便携灯具，汽车用灯，专门照明。

由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色操纵，因此比较适合用于建筑装饰照明。

背光照明：一般电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。

以及投影仪用RGB光源。

1 LED概述
1.1 LED电子显示屏概述
LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。

利用不同的半导体材料能够制造不同色彩的LED像素点。

目前应用最广的是红色、绿色、黄色。

而蓝色和纯绿色LED的开发差不多达到了有用时期。

LED显示屏是一种通过操纵半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。

图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。

LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。

因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业治理和其它公共场所。

LED显示屏的进展前景极为宽敞，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向进展。

1.2 LED电子显示屏的分类
按颜色分类：
单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。

双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、能够显示65536种颜色。

全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏能够显示一千六百多万种颜色。

按显示器件分类：
LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、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，适于播放文字、图像信息。

按使用场合分类：
室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。

室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。

按发光点直径分类：
室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、
室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm 室外屏发光的差不多单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。

2 显示原理及操纵方式分析
2.1 LED点阵模块结构
八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。

这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。

LED 点阵规模常见的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。

依照像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。

像素。