LED点阵广告牌的设计

电气与信息工程系课程设计任务书

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日

课程设计评定意见

设计题目： LED点阵广告牌设计

学生姓名：专业班级

评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：年月日

评定意见参考提纲：

1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2.学生的勤勉态度。

3.设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

本设计使用AT89C51系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16×16的点阵LED显示屏。利用AT89C51系列高速单片机本身强大的功能，可以很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，另一方面点阵显示广告牌广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。

本LED显示广告牌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。设计中采用了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。因为采用串行传输方式，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

1 LED概述 (1)

1.1 LED电子显示屏概述 (1)

2 显示原理及控制方式分析 (2)

2.1 LED点阵模块结构 (2)

2.2 LED 动态显示原理 (3)

2.3 LED常见的控制方式 (4)

3 系统硬件概述 (5)

3.1单片机简介 (5)

3.1.1 单片机概念 (6)

3.1.2 单片机的发展史 (6)

3.1.3单片机的特点 (7)

3.1.4主控单片机的接口说明 (7)

3.2 74HC一三8译码器 (8)

3.3 16×16LED点阵显示制作 (9)

3.3.1 16×16LED点阵的内部结构及工作原理 (9)

3.3.2 用8×8LED点阵构成16×16LED点阵 (10)

3.4 LED显示驱动电路 (11)

4 字模生成 ...................................................... 一三4.1 字模简介 .................................................... 一三4.1.1 LED显示屏领域字模实现技术................................. 一三4.1.2 软件控制系统字模提取的分析与设计 .......................... 一三4.2 字模存储技术 .. (14)

4.3 字库生成 .................................................... 一五5软件设计 (16)

5.1 程序设计总体思路和结构 (16)

5.1.1 程序设计总体思路 (16)

5.1.2 程序流程图 (16)

5.2 各模块程序设计 (17)

5.2.1 系统初始化程序： (17)

5.2.2 LED动态显示............................................... 一八5.2.3 字符显示的原理 . (19)

5.3系统功能测试 (19)

5.3.1 单元模块电路测试 (19)

5.3.2 系统整体功能测试 (19)

总结 (21)

致谢 (22)

附录A (23)

附录B (24)

参考文献 (34)

1 LED概述

1.1 LED电子显示屏概述

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，它可以直接把电转化为光。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兴办导体，在这边主要是电子。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这个晶片的时候，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，这就是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。其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED点阵的汉字显示方式是先根据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根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据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，根据产品不同而异，所以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，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

（4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

（5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

（6）对环境污染：无有害金属汞。

（7）颜色：改变电流可以变色，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，主要应用领域有：

（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，特殊照明。由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通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。