本科毕业论文（设计）LED点阵广告牌的设计与制作(2)

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第二章 点阵的概述

第一节 功能要求

设计一个用8×8点阵广告牌，要求在目测条件下点阵广告牌的各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰，图形或文字显示有移入移出显示方式。

第二节 关于LED的了解

一、LED点阵显示系统简介

本文所介绍的点阵LED显示屏，显示汉字和各种常见字符等信息，可广泛应用于各种场所。具有结构简单、安装方便、字型美观、图案清晰。采用高性能单片机控制，性能稳定，可靠性高，具有掉电保护功能，可完全脱机运行，可以显示约2000个文字。经过一条RS-232串口线与电脑连接更换信息，操作简单，使用方便。

二、LED点阵显示系统的主要特点

LED显示屏主要有发光二极管以及其驱动芯片组成的显示单元而拼接而成，主要特点如下：

1、屏幕的尺寸可大可小

2、视角大，室内屏视角大于60度，室外屏视角大于25度。

3、视距可通过选择不同直径与不同点距的产品来调整，小到几十厘米，达到几百米，均可满足要求，目前最小直径可做到1mm. 4、状态灵活，简单到数码显示，复杂到全彩色视屏。 5、易与计算机接口，支持软件丰富。

三、LED点阵显示屏的分类

1、根据应用场所的不同，可将LED点阵显示屏分为室内和室外两种 （1）室内屏

主要应用于室内，在制作工艺上首先是把发光晶粒做成点阵模块或数码管，再由模块拼接为一定尺寸的显示单元板，根据用户需求，以显示单元板为基本单元拼接成用户所需尺寸。 （2）户外屏

主要用于室外，在制作工艺上首先是把发光晶粒封装而成单个的发光二极管，称之为单灯，用于制作户外屏的单灯一般采用具有聚光作用的反光杯来提高亮度；再由多只LED单灯封装成单只像素管，而由像素管组成点阵式的显示单元箱体，根据场所需求，以一个显示单元箱为基本单元组成所需要的尺寸。 2、根据所采用的LED的颜色，可将LED显示屏分为单色、双基色、全彩色三种。

（1）单色

每个像素点只有一种颜色，多数为红色，因为红色的发光效率较高。

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（2）双基色

每个像素点有红色绿色两种基色，可以叠加出黄色，在有灰度控制的情况下，可以通过红绿不同灰度的变化，组合出多种颜色。 （3）全彩色

全彩色也成为三基色，每个像素点有红绿蓝三种基色，在有灰度的控制的情况下，通过不同灰度的变化，可以很好的还原自然色。

3、根据屏幕所具有的功能，可将LED显示屏分为条屏，图文屏，视屏以及数码屏四种。结合我所研究题目，讲一下图文屏。这类屏幕主要用于显示图像和文字，一般无灰度控制。其优点是显示的字体体型丰富，并可显示汉字和各种常见字符等信息，可广泛应用于各种场所。

四、8*8点阵内部电路图

图2-2-1 8*8点阵模块内部电路图

第三节 方案论证

（一）点阵探究

8×8的点阵广告牌共有64个发光二极管，况且还要用到四个8×8呢，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，一个8×8的点阵就需要64/8=8个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是8×8的点阵，在实际应用中的广告牌往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的广告牌几乎都不可能采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。

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（二）扫描规律

动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如8行）的同名列共用一套列驱动器。具体就8×8的点阵来说，我们把所有同一行的发光管的阳极连在一起（共阳极的接法），把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阴的接法），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燃亮一定的时间，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燃亮相同的时间，然后熄灭；?? 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），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了。

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第三章 方案比较

第一节 LED点阵广告牌的设计一般有两种方案：

方案一：采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号。若用中大规模的PLD，设计多个接口电路，开发周期长，不易进一步扩展，同时系统的成本会急剧上升（相对于第二种方案）。因此，本设计并未采用这种方案。

方案二：采用单片机系统来实现，由于51 单片机具有价格低廉,使用简单等特点，而且数据处理速度也还可以。本系统设计采用的单片机的外部接口虽然不够用，可用74HC595就解决了这一难题，同时安装和调试工作比较方便，极大地缩减了设计和制作的难度。综合多方面考虑，选择方案二。

第二节 电源的选择与论证

方案一：采用普通的干电池，电压稳定，方便携带，但工作时间短不利于大屏幕显示，并且造成环境污染，不利于环保。

方案二：采用自制直流稳压电源，电压稳定能持续工作，并能用于大屏幕显示，不会造成环境污染，节省成本。

综上所述，采用方案二，即自制直流稳压电源。

第三节 点阵信息提取方案

要用LED点阵来显示汉字，首先要能够提取出其字模数据，即一个16*16的点阵汉字的字模数据共有32个字节。首先要确定点阵信息提取方案。

方案一：固定汉字显示，就是将要显示的语句中全部汉字的字母数据依次提取出来，按顺序存放在存储器中，当有显示任务时，直接取出字模数据送至显示器即可。这种方法占用空间少，程序实现简单，显示速度快。本系统中对2组预存信息的点阵信息的提取和存储就是采用这种方案。但是，要想显示大量的汉字信息或直接对显示信息进行更新，则几乎是不可能的事。因此，要实现这样的功能就要采用第二种方案。

方案二：将标准的点阵信息字模数据的字库文件装入外扩ROM存储器，采用与PC机相同的编码（机内码），先进行基于PC机的预处理，提取需显示内容的机内码，通过串口发给单片机，单片机首先进行判断，若是ASCII码，则直接计算出起始地址，在码库文件中指定位置取出连续的16个字节即为其字模信息；若为汉字，单片机将机内码转换为区码和位码，再计算出起始地址，在码文件中指定位置取出连续的32个字节即为其字模信息，然后送到显示器去显示。另外，PC机与单片机之间串口通信只是传输机内码，而不是传输字模信息，传输信息量小，不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担，而且可以根据要求随时改变显示内容，非常简单灵活。

第四节 显示驱动电路

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常用的显示驱动方式有三种：

方案一：串行控制驱动，这种方式的好处是单元内的线路连接简单，给印刷电路板的设计带来方便，减少了布线的密度，方便以后的制作与调试，而且相对提高了每个单元的可靠性；

方案二：并行控制驱动，将显示数据通过并行(一般为8位)方式送入驱动电路，这样的好处是：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量的数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性，但也正因为“并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂，布线后的排错难度大大增加。

方案三：采用专用集成电路（ASIC）直接驱动，由于这种专用集成电路是集行控制、列控制和外围驱动于一体，使系统的稳定性更为可靠，特别适合户外的大型或者超大型显示屏。因为这种类型的显示屏对图像显示要求高，不仅要保证图像的一致性，而且要保证图像的稳定、高亮。

本次设计的广告牌仅为16行*16列，更适合采用串行控制这种方式，这样做既省去了并行控制驱动在制版过程中十分复杂的布线，又因为没有采用专用集成电路在一定程度上降低了整个系统的成本。

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