多功能显示屏 毕业论文

1、<p>　　应用电子专业毕业设计</p><p>　　题 目： 多功能显示屏 </p><p>　　作 者： xxx </p><p>　　班 级： 电子（2）班　　　　　</p><p>　　学 号： </p&

2、gt;<p>　　指导教师： xxx </p><p>　　设计时间：2013年4月至2013年6月 </p><p><b>　　目录</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　第一章 引言……………………………………………

3、……………….3</p><p>　　第二章 方案论证………………………………………………….5</p><p><b>　　2.1 方案设计</b></p><p><b>　　2.1.1方案一</b></p><p><b>　　2.1.2方案二</b></p>

4、<p><b>　　2.2 方案论证</b></p><p>　　第三章 系统结构………………………………………………….9</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　3.1.1 系统结构</p><p>　　3.1.2 系统框图</p>&l

5、t;p>　　3.1.3 电路原理</p><p>　　3.2 汉字点阵显示</p><p>　　3.2.1 点阵显示</p><p>　　3.2.2 汉字显示原理</p><p>　　3.2.4 滚动显示多汉字信息的原理</p><p>　　第四章 电路设计……………………………………………… 14</p&

6、gt;<p>　　4.1 主要元件介绍</p><p>　　4.1.1 MAX7219芯片介绍</p><p>　　4.2 硬件电路设计</p><p>　　4.2.1 稳压电源原理 </p><p>　　4.2.2 复位电路</p><p>　　4.2.3 时钟电路</p>&l

7、t;p>　　4.3 点阵驱动器的设置</p><p>　　4.4 显示屏的设置</p><p>　　4.4.1 显示屏的设计 </p><p>　　第五章 系统软件设计………………………………………..22</p><p><b>　　软件设计</b></p><p>　　MAX721

8、9软件设计</p><p><b>　　程序流程</b></p><p>　　第六章 我国LED产业的现状与前景…………………………..24</p><p>　　第七章 结束语…………………………………………………..25</p><p>　　致谢………………………………………………………………25</p>

9、<p>　　参考文献…………………………………………………………26</p><p>　　附录Ⅰ 多功能显示屏程序清单…………………………27</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富

10、以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED

11、显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。</p><p>　　本论文着重介绍了大屏幕的设计方案并且强调如何根据实际控制规律设计出简单可靠的硬件系统以及如何根据硬件系统及工艺进行软件设计；还有软件和硬件的合理分配等综合设计方面的问题。

12、在选材和论述方面，把基本原理的阐述和基本分析方法的介绍作为关键点，尽量避免复杂繁冗的数学推导，另一方面对重要的结论也给出了必要的分析思路和由来。在讨论各种功能电路时，以单片机的外围电路为主导，并且给出了实用电路的范例，做到理论联系实际，尽量让读者更好的了解实用这种电路，看懂电路图并能掌握电路的功能。在本论文的设计过程中，作者参阅了大量的相关资料，并运用了Protel 99/2004、Office2003等多种应用软件，完成了本文。本文中

13、列举的结论和分析方法具有很强的代表性，从而提高了本文的阅读价值。</p><p>　　本论文分七章。第一章是引言，主要介绍了什么是LED电子显示屏以及其特点和分类；第二章为方案论证，阐述了论文中选用方案的特点和应用价值；第三章则是重点，主要介绍了电路原理和汉字点阵的显示的原理问题；第四章是硬件电路的设计与主要元件MAX7219的介绍及点阵驱动时的设置第五章软件的设计与系统完善，在实际应用中存在的缺点，也提出了一些

14、基本解决方法；第六章是我国LED产业的现状以及市场前景瞻望；第七章是结束语。 </p><p>　　参考文献：[18] </p><p><b>　　多功能显示屏</b></p><p>　　摘要：文中介绍了MAX7219的性能特点，引脚功能及应用方法，并以单片机为例给出了串性扩展的硬件电路及给出了单片机接口的软件编程实例；同时，该芯片可同时驱

15、动64只独立的LED。由于各种新型电力电子设备的广泛应用，介绍一种利用单片机8051的串行口构成小型汉字LED显示屏的方法以及介绍LED电子显示屏的电路设计，着重介绍电路设计；该电路其体积小，可靠性高，性能好；并给出了8051系列单片机的接口电路和编程方法，并对单片机外围电路的设计进行了分析。文中给出了LED显示屏显示汉字的基本原理并对其应用前景进行了展望。</p><p>　　关键词：单片机；显示；MAX721

16、9。</p><p>　　Multi-purpose display monitors</p><p>　　Abstract: In this paper, the performance characteristics , dip function and application methods are introduced , and the serial interface hard

17、ware circuit and alse gives software program examples of MAX7219 with single chip microcomputer ,As the same time ,the chip can drive 64independent LED at the same time . Because new kinds of power electronic equipment

18、are estensivly applied, it introducing a kind of LED electronics in the text the manifestation hold the system design project,it introduce</p><p>　　Key words: chip microcomputer;display ;MAX7219.</p>

19、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，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；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子，光电子技术的

20、迅猛发展而形成的一种电子广告媒体，LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，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、工业企业管理和其它公共场所。常用于需要发布多变的实时的信息，或进行广告宣传，传统的黑板和纸张等为媒介的手段不能满足其为多变性和实时性。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。构成LED电子显示系统的方法很多，它们的基本原理相同，都是采用点阵的

21、形式显示汉字，字符等。</p><p>　　⑴什么是LED电子屏？</p><p>　　LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的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的开发已经达到了实用阶段。</p><p>　　LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优

22、点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。</p><p>　　⑵LED电子显示屏介绍：</p><p>　　LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示

23、器件。它采用低电压扫描驱动，具有：</p><p><b>　　耗电少</b></p><p><b>　　使用寿命长</b></p><p><b>　　成本低</b></p><p><b>　　亮度高</b></p><p>

24、<b>　　故障少 </b></p><p><b>　　视角大</b></p><p><b>　　可视距离远</b></p><p>　　目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。随着社会经济的不断进步，以及LED显示技术的不断完善，人们对LED显示屏的认识将越来

25、越深入，其应用领域将会越来越广。</p><p>　　⑶LED显示屏的分类：</p><p>　　①按颜色基色可以分为：</p><p>　　单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色）。</p><p>　　双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。</p><p>　　全彩色显示屏：红、绿、蓝三基

26、色，256级灰度的全彩色显示屏。</p><p><b>　　②按显示器件分类：</b></p><p>　　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。</p><p>　　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。</p>

27、<p><b>　　③按使用场合分类：</b></p><p>　　室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般几至十几平方米。 </p><p>　　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。</p><p>　　④按发光点直径分类：</p>&l

28、t;p>　　室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、</p><p>　　室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm</p><p>　　室外屏发光的基本单元为发光筒，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。</p><p>　　⑷LED显示屏得分类和特点</p><

29、p>　　效果卓越：采用动态扫描技术，画面稳定，无杂点，图象效果细腻，清晰；动画效果生动，多样；视频效果流畅逼真</p><p><b>　　技术先进</b></p><p>　　维修方便：模块化设计，安装，维护方便</p><p>　　格式灵活：可显示文字，图画视频信息</p><p>　　内容丰富：可由用户任意编

30、排显示模式</p><p>　　信息量大：显示的信息不受限制 参考文献：[17]</p><p><b>　　方案论证</b></p><p>　　2.1 方案设计</p><p>　　近年来，随着电子产品智能化的发展，以单片机为核心的电子显示屏在国民经济的各领域中被广泛地应用。市场上，LED电子显示屏的样式繁

31、多，设计方案不尽相同。</p><p>　　2.1.1 方案一：</p><p>　　⑴ 系统总体结构</p><p>　　此系统利用单片机8051构成显示控制部分；驱动电路由译码器，大功率三极管构成。系统结构如图一所示：</p><p>　　图一： 系统结构图 </p><p>　　工作过程；由主机把提供的字符

32、信息，通过并行口发给译码电路，经扫描电路在LED显示屏上进行显示。</p><p><b>　　⑵ 电路设计</b></p><p>　　在本电路中，以单片机8051为核心并且由8051的P0，P1，P2口，译码器，大功率三极管组成。如图二所示：</p><p>　　8051单片机的P0，P2口提供16根数据线，作为16根数据线且4个字的数

33、据线相同，经大功率的三极管驱动后送到LED的行端。列扫描部分由8051的P1口，译码器，功率放大三极管等组成；欧8051的P1的P1.0~P1.3的四位与并联的4个4线—16线译码器输入相连后，每个译码器的16根输出线经功率放大三极管驱动器按每个字的16根列线。8051的P1.4接4线—1线译码器后，用于控制上述4个4线——16线译码器。</p><p>　　参考文献：[1]；[15]；[6]</p>

34、<p>　　2.1.2 方案二：</p><p><b>　　⑴ 系统总体结构</b></p><p>　　利用单片机8051的串行口，并用MAX7219芯片构成显示控制电路；驱动电路由译码器构成。系统结构如图三所示：</p><p>　　图三 系统结构图</p><p>　　工作过程：由主机把提出

35、的信息通过串行发送，在单片机8051构成的控制电路的控制下，直接送给LED显示屏显示。</p><p><b>　　⑵ 电路设计</b></p><p>　　控制电路以8051为核心并由此机的串行口，译码器和MAX7219组成。如图四所示：</p><p>　　图四 电路系统图</p><p>　　8051单片机

36、的串行口作为数据传送线且4个字的数据传送线相同。然后数据给MAX7219到LED显示屏进行显示；译码电路由1个4线—16线译码器与16个MAX7219相连，16根输出线控制上述的16个并联的MAX7219的选通，则每一时刻只有一个MAX7219被选中。</p><p><b>　　方案论证</b></p><p>　　综上所述，两种方案各有利弊：

37、 参考文献：[7]；[13]；[12]</p><p>　　方案一：利用大功率三极管作驱动，本方案中需要80个三极管和160个电阻，看似简单的电路也不简单并且这种电路的驱动电路存在者焊点多，可靠性低等问题，极大的影响了整个系统的性能。</p><p>　　方案二：此方案采用一种集串转并，锁存器，驱动器，自动刷新于一体的芯片，将6个芯片及许多电阻完成的功能用此芯片完成，使的硬件电路结

38、构的为简单，此芯片集程度高，性能强，亮度大，不闪烁；且由于自动刷新，还省去不少CPU时间；除设计的电路简单，软件开销少，功耗低和只占用较少的I/O口线等显著特点外，还有功能强和控制极其方便的特点且此方案的编程灵活。</p><p>　　目前，构成LED点阵显示屏的设计方案有很多种，并行口接口电路，串行口接口电路等。但是大多数采用串行口，串行口占用口资源较少，并且占用少量的CPU时间，而使用并行口时，由于显示屏占用

39、的口资源较多，单片机不能满足其接口需求，需要外扩口资源，而外扩并行口利用资源较多，而且占用大量的CPU时间，设计成本较高，电路可靠性不能保证。而串行口占用口资源较少，只有三根信号线，占用少量CPU时间，可靠性高。所以串行口比并行口实际。</p><p>　　电子显示屏是有发光二极管组成的，不能直接和单片机相连，中间需要用锁存器或专用的BCD七段译码驱动器等，如7447，74164等，此等驱动一个点阵，还要在软件控

40、制下不断扫描以更新显示内容，而且系统设计比较复杂，除了稳定性和可靠性较差外，电路板尺寸过，而且现场的修改，调试，升级也非常烦琐。而且占用大量的CPU时间，并且频闪比较厉害；而利用三极管驱动虽然比较价廉，但数量较多，一个三极管驱动一行或一列，这样既耗费资源而且性能也不能得到保障，维修也比较麻烦，频闪也不能得到控制显示字体也不稳定。所以选用MAX7219是美国MAXIM公司推出的三线串行8位LED显示驱动器，该芯片可直接驱动最多8位7段数字

41、LED显示器或64个LED或条形图显示器。具有多种显示（可控）方式，它是一种新型的集BCD码译码器，多路扫描器，段驱动器和位驱动器于一体的内含8个字节显示静态RAM和6个特殊功能寄存器，并和微处理器的接口比较简单，占用口资源少，仅用三个引脚 与微处理器的的相应端连接，即可实现10MHZ的串行接口。MAX7219可以和LED直接相连，不用另加驱动器和限流电阻，不用译码器，锁存器和其他硬件电路。上电时，</p><p&g

42、t;　　现代电子系统的普遍趋向是实现系统运行的最小功耗即在最小功耗系统设计中，选择的器件不仅要求本质功耗低，而且有良好的功耗控制功能并节省资源。当然，我们在校期间，只不过处于科研阶段，没有考虑市场的价格比；况且随着电子集成线路产品的发展，芯片价格的下降是势在必行。因此，我们在方案中选用了MAX7219芯片。但在电路设计中，我们尽可能使电路简单可靠，所以我们的意见偏向于方案二。</p><p><b>　

43、　系统结构</b></p><p><b>　　3.1 概 述</b></p><p>　　在车站，机场，商场，证券交易所，厂矿企业及其他一些公共场所，经常需要发布多变的实时的信息，或进行广告宣传，传统的黑板和纸张等为媒介的手段不能满足其为多变性和实时性。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。构成LED电子显示系统的方法很多，

44、它们的基本原理相同，都是采用点阵的形式显示汉字，字符等。 </p><p>　　3.1.1 系统结构</p><p>　　构成LED汉字点阵显示屏的设计方法有很多种，大多数设计的电路采用串行口，但也有的利用单片机的并行口构成。利用串行口来实现汉字显示电路结构简洁，易分析，易实现。系统结构图如下：</p><p>　　图—1 系统结构</p>

45、<p>　　3.1.2 系统框图</p><p>　　LED显示屏主要有LED点阵，驱动电路，控制系统和传输接口，以及相应的PC软件四部分构成。因而利用单片机8051和74LS154构成显示控制电路，MAX7219组成驱动电路；其系统框图如下：</p><p>　　图—2 系统框图</p><p>　　3.1.3 电路原理</p>

46、<p>　　利用单片机的串行口把数据发送到驱动器MAX7219的DIN脚，在LOAD为高电平前提下，以每两个字节为一个数据包，在CLK上升沿移入16位的移位寄存器，然后在LOAD的上升沿锁存进数字或控制寄存器。并且，LOAD必须在第16个CLK上升沿的同时，或在下个CLK上升沿之前，否则数据将丢失。在单片机的P1口的四位线经4线-16线译码器后，16根输出线控制上述的16个并联的驱动器的选通，则每一时刻只有一个被选中。所以在

47、MAX7219的驱动下，首先发送第一个字的第一列的16位字模数据，同时，选通第一列，那么对应的数据为“1”的LED就被点亮，为“0”不显示，第一列扫描完，再送第二列的数据，选通第二列，直到扫描完一贞，这样就会稳定地显示汉字。</p><p>　　3.2 汉字点阵显示</p><p><b>　　3.2.1点阵显示</b></p><p>　　

48、点阵式LED显示器与数码管LED显示器的显示原理相同。只是数码管显示共有8段，每个段上有一个LED显示器，而点阵式LED显示器由行和列组成，行和列的每个交点都装有一个LED显示器，若为8行*8列LED显示器，则共有64个LED显示器。LED的 正极接行引线，负极接列引线的称为共阳极LED点阵显示器；LED的 正极接列引线，负极接行引线的称为共阴极LED点阵显示器。因而，用多个点阵式LED显示器可以组成大屏幕LED显示屏，用于显示汉字，图

49、形和表格。</p><p>　　发光二极管点阵显示屏主要用来显示字符或图案；成行成列的二极管排列成矩阵即为点阵显示器。8*8点阵是最基本的点阵。 按照行，列有规则排列构成的一个小面积的显示器，可作为简单显示器；但这种简单点阵显示的字符大小，不便观看。为了增大显示字符可将多块8*8点阵组合成不同形状的显示屏，如</p><p>　　图—3 8*8点阵模块图 16*16，1

50、6*256，256*256等。图3所示的就是8*8点阵显示屏。它有8根行选通线和8根列选通线。若行选通线接发光二极管的正极；列选通线接发光二极管的负极；那么为了使任何一制发光二极管亮，则此管对应的行选通线接高电平（逻辑“1”），列选通线接低电平（逻辑“0”）。</p><p>　　8*8的发光二极管点阵有8根行选通线和8根列选通线。其中，列选通线可由序列信号产生电路提供，“0”信号亮；“1”信号灭。行选通线的作用

51、是对8个发光二极管进行逐行扫描，且每扫描一行，此行的发光二极管正极应为高电平。因此，行选通线产生电路的功能是依次输出8个“1”的正脉冲，如此循环反复。输出的每一个正脉冲应具有驱动8个发光二极管的能力，可有译码电路实现。必要时，译码输出端要加驱动器；因为根据人眼的视觉暂留特性，行扫描速度频率为50HZ左右，此时1秒内有50幅断续画面出现，给人的感觉则是看到一幅连续的画面或是一幅稳定的图案。显示一个字符的过程：先在8个段数据脚上送一行点阵数

52、据（即段数据），在8个段数据脚上送数据，点亮第一行，延时一定时间，熄灭；再送第二行点阵数据，点亮第二行，延时一定时间，熄灭……如果8行轮流点亮，显示一个完整字符。由此可知，要显示一个字符，就要不断的更新点阵数据，同时更新点阵的行，即是刷新。 </p><p>　　3.2.2 汉字显示原理</p><p>　　UCDOS软件中的文件HZK16和文件ASC16分别为16×16的国

53、标汉字点阵文件和8×16的ASCII码点阵文件，以二进制格式存储。在文件HZK16中，按汉字区位码从小到大依次存有国标区位码表中的所有汉字，每个汉字占用32个字节，每个区为94个汉字。在文件ASC16中按ASCII码从小到大依次存有8×16的ASCII码点阵，每个ASCII码占用16个字节。在PC机的文本文件中，汉字是以机内码的形式存储的，每个汉字占用两个字节：第一个字节为区码，为了与ASCII码区别，范围从十六进制

54、的0A1H开始（小于80H的为ASCII码字符），对应区位码中区码的第一区；第二个字节为位码，范围也是从0A1H开始，对应某区中的第一个位码。这样，将汉字机内码减去0A0AH就得该汉字的区位码。下面以HZK16文件为例，分析取得汉字字模的方法。HZK16文件是按照GB 2312-80标准，也就是通常所说的国标码或区位码的标准排列的。国标码分为 94 个区(Section)，每个区 94 个位(Position)，所以也称为区位码。其中0

55、1～09 区为符号、数字区，16～87 区为汉字区。而 10～15 区、</p><p>　　具体算式如下：qh=c1-32-128=c1-160; wh=c2-32-128=c2-160 </p><p>　　或 　　qh=c1-0xa0; wh=c2-0xa0　　qh,wh为汉字的区号和位号，c1,c2为汉字的第一字节和第二字节。　　根据区号和位号可以得到汉字字模在文件

56、中的位置：　　location=(94*(qh－1)+(wh－1))*一个点阵字模的字节数。　　那么一个点阵字模究竟占用多少字节数呢？我们来分析一下汉字字模的具体排列方式。例如下图中显示的“汉”字，使用16×16点阵。字模中每一点使用一个二进制位(Bit)表示，如果是1，则说明此处有点，若是0，则说明没有。这样，一个16×16点阵的汉字总共需要16*16/8=32个字节表。 字模的表示顺序为：先从左到右，再从上到

57、下，也就是先画左上方的8个点，再是右上方的8个点，然后是第二行左边8个点右边8个点，依次类推画满16*16个点。这样我们就完全清楚了如何得到汉字的点阵字模， 这样就可以在程序中随意的显示汉字了。</p><p>　　图四“汉”字的点阵模</p><p>　　3.2.3 汉字扫描原理</p><p>　　我们以显示汉字“大”为例，来说明其扫描原理，在UCDOS中文宋

58、体字库中，每一个字由16行16列的点阵组成显示。如果用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。</p><p>　　在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00---P07口。方向为P00到P07 ,显示汉字“大”时，P05点亮,由上往下排列，为P0.0 灭，P0.1

59、灭, P0.2 灭P0.3 灭, P0.4 灭, P0.5 亮,P0.6 灭,P0.7 灭。即二进制00000100，转换为16进制为 04h.。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的</p><p>　　图5 “大”字的显示的原理</p><p>　　第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮， 即为00000000，

60、16进制则为00h。然后单片机转向上半部第二列，仍为p05点亮，为00000100，即16进制04h. 这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21点亮，为二进制00000010，即16进制02h。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位， 可以得出汉字“大”。依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”。</p><p>　　04H,00H,04H,02H,04H,02H,

61、04H,04H；</p><p>　　04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H</p><p>　　05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H；</p><p>　　04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H</p><p>　　由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像，

62、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。</p><p>　　3.2.4 滚动显示多汉字信息的原理</p><p>　　为在16*16 LED 发光二极管点阵上显示汉按列抽取依序排列的汉字像素信息，均具有16位字长。然后，依次对多汉字抽取像素信息，并按序排队存放于RAM之中，便可得到一个待显示数据序列。进一步通过寻址的方法来控制该数据序列的释放过程，就可实现在16*16

63、LED 发光二极管点阵上滚动显示多汉字信息的目的。图6给出的就是实现滚动显示多汉字信息的原理示意图。    由图6可知，某一时刻能在显示数据序列中定位待显示数据的地址指针可用下式计算： addr=n+m    （1）    显然，n的取值范围应为0～N，并由它控制汉字显示的滚动速度；m的取值范围应为0～15，并由它决定LED点阵的列的扫描速度。

64、因此，控制n扫遍全部待显示数据的时间，可调节汉字信息的滚动速度；改变m的重复扫描周期，可改善在LED点</p><p>　　阵上显示完整汉字信息的稳定性。</p><p><b>　　汉字信息定位指针</b></p><p>　　LED点阵扫描定位指针    另外还需指出，由于式(1)的运算要靠硬件实现，故地址

65、指针addr的模应取为N，而且为实现全部汉字信息滚过LED点阵，必须在数据N前补充8个空数据字节。字，首先要把汉字表示成为如图5所示的16*16像素点图。参考文献：[13]；[12]；[11]；</p><p><b>　　电路设计</b></p><p>　　4.1 主要元件介绍</p><p>　　4.1.1 MAX7219芯片简介&l

66、t;/p><p>　　MAX7219芯片结构如附图一所示，其中SEGA-SEGDP为显示驱动，和点阵直接相连，DIG0-DIG7为位控端，用来选择显示器，它们和点阵的阴极相连，显然一个7219能驱动一个8*8的点阵。和CPU相连的是串行数据输入端DIN，移位脉冲CLK和数据锁存脉冲LOAD，7219能接受的数据和命令的格式为16位的数据包，前8位用来选择7219内部寄存器地址，后8位是指令或数据的内容，高位再前，低位

67、在后（见表4.1—1）。芯片的时序如图所示，在时钟脉冲CLK上升沿的作用下，串行数据依次从LOAD端输入到7219的移位寄存器，高位在前，低位在后，每当LOAD上升沿时，7219内部寄存器的16位数据包被锁存到7219内，LOAD出现上升沿的时间最迟须在16.5个时钟脉冲之前出现，否则会造成数据丢失，因为在16.5个移位脉冲后，先前进入DIN的数据D15将出现在输出引脚DOUT上，以便在级联应用时，传到下一个7219。</p>

68、;<p>　　表4.1—1 串行数据格式</p><p>　　DOUT是实现级联的，当点阵的个数多于8个时，可使用7219级联，前级7219的输出接后级7219的输入，各级的CLK和LOAD并联，而7219的段，位输出端与点阵的段，位端对应连接。</p><p>　　1. MAX7219内部寄存器和工作模式</p><p>　　7219内部共有14个

69、寄存器，其中6个为控制寄存器，8个为数据寄存器，数据寄存器存放欲显示点阵值，控制寄存器决定着7219的工作模式。7219通过输入的数据包中的高8位，决定寄存器的选择，低8位为寄存器的数据或指令。寄存器的地址和模式见表4.1—2。</p><p>　　表4.1—2 内部寄存器</p><p>　　⑴关闭模式寄存器 </p><p>　　当向寄存器输入00

70、H时，7219处于关闭状态，输入01H时处于工作状态。7219处于关闭状态时扫描振荡器停止工作，所有的段电流源接地，所有的驱动器上拉为高电平，这样显示器呈消隐状态，但寄存器的数据仍保持不变。7219上电后，显示器处于关闭状态，因此必须对此进行初始化编程，否则芯片不能正常工作。</p><p>　　⑵ 译码模式模式寄存器</p><p>　　7219具有BCD-七段代码的译码模式和不译码模

71、式，译码模式为硬件译码，适用与七段显示的显示器使用，用来显示数据，见代码表（表4.1—3）；</p><p>　　表4.1—3 代码字符表</p><p>　　不译码模式称为段选码方式，用来驱动条形显示器，也可用段电流点亮（显示）固定字符，也可以用软件译码（程序查表）显示代码表中没有的字符，如A，B，C，D 等，一片7219可以再不同的位同时输出两种显示模式，大大简化了电路设计。<

72、;/p><p>　　⑶ 强度控制寄存器</p><p>　　MAX7219允许用一个外部电路控制显示器的亮度，外部电阻接于电源端和ISET端之间，用来控制段电流的峰值，即最大亮度。进入段驱动器的峰值电流峰值设为37mA，其限流电阻R=9.53KΩ，点阵的亮度不仅可以用R来控制，还可以用强度控制寄存器进行16级的数字调控。当寄存器的值为0FH时，亮度最大，当数值00H时，亮度最小。</p

73、><p>　　⑷ 扫描限制寄存器</p><p>　　扫描限制寄存器设定为由多少点阵处于显示状态，显示时以1300HZ的扫描频率被分路驱动，轮流点亮。若将驱动器的数目减少，则可以提高扫描速度和亮度。该寄存器的低3位值指定要扫描点阵的个数</p><p><b>　　⑸ 显示检测寄存器</b></p><p>　　当该寄存器

74、的D0=1时，便进入测试方式，所有LED被点亮，直到D0=0时为止。该方式只要用于显示器的测试，即使在关断方式下也能直接进入。</p><p><b>　　⑹ 空操作寄存器</b></p><p>　　当方式用于是7219的级联。以两级为例，当向后级芯片传送数据时，应发送32位数据包，前16位为欲发送的数据包，后16位为0000H，当第32位时钟上升沿出现时，LOAD

75、有效，这样，后级芯片锁存有效的地址和内容，前级芯片锁存000H数据包，它为空操作。以次来实现级联。参考文献：[8]；[9]；[10]；[3]</p><p>　　4.2 硬件电路设计</p><p>　　在供电系统设计中，一般的应用场合可以采取同时使用共频变压器，全桥三端稳</p><p>　　的方法，电源电路框图4.2-1所示：</p><

76、p>　　图4-1 电源电路框图</p><p>　　其原理为电网电压220V经过变压器变压为所须的电压，然后经过整流电路把交流信号转变成有纹波的近视直流的直流信号，再经过滤波把纹波减小，直到近视为直流信号，再经过稳压器使输出电压为+5V，供给负载。</p><p>　　4.2.1 稳压电压原理</p><p>　　为防止微机系统电源及其干扰源对显示电

77、路造成影响,同时为了给显示电路提供足够的电源功率,在实际设计中,应对显示电路单独供电,并在MAX7219的电源于地之间并接一个0.1μF去耦电容和一个10μF/16v电解电容,以有效提高其工作可靠性.所以本文中设计一个双电源，一个给系统供电；一个单独给MAX7219供电。如图4-2所示</p><p>　　T1是电源变压器，B1（B2）是整流桥，C1和C2（C3和C4）是电解电容，U1（U2）是三端稳压器也撑三端

78、稳压块。输入端“220V”表示使用交流电220伏，也就是平时家庭或办公室用的电源；输出端“+5V”和“GND”表示这两端可提供直流电流5V的电源。其中“+5V”端为正极，“GND”端为负极。在数字电路中一般使用5V的直流电，并称负极为接地端或地端。</p><p>　　T1是电源变压器，它是有漆铜线缠绕于硅钢片组成的。输入线圈称为初级线圈，输出的称为次级线圈。电源变压器一般用于将220V交流电压降下来，变为低电压

79、交流电。电源变压器的基本指标有两个：输出电压和功率。我们选用的变压器输出为9V，功率为5W。B1（B2）是整流硅桥，它是有4个硅整流二极管串接成环行，作用是将交流电整流成直流电并称为全波整流。它的重要的指标：耐电压和最大电流。C1和C2（C3和C4）是电解电容，它的容量单位为μF；它们起到滤波作用，两个指标为：耐压值和电容量。这里选用的电容量为2200μF和1000μF，耐压16V。U1（U2）三端稳压器，型号是W7805，它的作用能使

80、输出的直流电压保持稳定的5V。但是输入的直流电压必须高于5V。参考文献：[4]</p><p>　　4.2.2 复位电路</p><p>　　复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行是，都需要先复位，其作用是使CPU和其系统中期他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电位。</p

81、><p><b>　　复位电路的设计</b></p><p>　　上电瞬间RST/VPD端的电位与VCC相同，随着充电电流的减小，RST/VPD的电位逐渐下降。如附录中所示的参数，时间常数为10×10¯6×8.2×103=82×103S=82Ms，只需VCC的上升时间不超过1Ms，振荡器建立时间不超过10mS，这个时间常数

82、足以保证完成复位操作和上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上2个机器周期，在这段时间内RST/VPD端的电平应维持高于施密特触发器的下限制。</p><p>　　如附图一所示：图中的反相器用带施密特输出的芯片，如74LS13，74LS14等，它们的输出电压是突变的，REST端不会处于不确定状态，100欧电阻可以减少电容的充电电流，二极管是为了掉电时，给电容提供快速放电的回路，使再次上电时，系统能可靠地复位。

83、</p><p>　　4.2.3 时钟电路</p><p>　　时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序研究的是指令中</p><p>　　各信号之间的关系。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路就应在唯一的时钟控制下严格地按时序进行工作。</p><p><b>　　时钟信号的产生<

84、;/b></p><p>　　采用内部时钟电路。在8051芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2；而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。</p><p>　　时钟电路产生的振荡器脉冲经过触发器进行二分频之后才能作为单片机的时钟脉冲信号。如附图一：外接晶振

85、以及电容C1和C2构成并联谐振电路，这种方式称为外部时钟电路。如果振荡器已起振，则在XTAL2引脚上输出3V左右的正弦波。振荡频率fosc取决于晶振的频率，一般在0.5∽12MHZ之间。电容C1，C2主要作用是帮助起振（谐振），称其为谐振电容，其值大小对振荡频率也有影响。因此常用调节C1，C2的容量大小对频率进行微调，电容容量通常在20∽100þF之间选择。对于本电路中电容的容量选择为30þF，晶体的振荡频率范围1.

86、2∽12MHZ，晶体振荡频率愈高，则系统的始终频率也高，单片机的速度也就快；但反过来运行速度快，对存储器的速度要求也就高，对印刷电路板的工艺也就高。通常情况下振荡频率为6MHZ和12MHZ的石英晶体。</p><p>　　4.3 点阵驱动器的设置</p><p>　　LED是电流控制显示器件，若想时LED发光则必须保证有足够大电流流过LED的各段。流过LED 的电流大时，LED发光亮度

87、高；流过LED 的电流小时，LED发光亮度就低。为了可靠的工作应使流过LED的电流为其额定电流，这种给LED显示器提供电流的电路称为LED的驱动电路。本电路采用的是用MAX7219集成块驱动</p><p>　　关于MAX7219的详细内容在前面以作介绍。在此，主要说明一下针对8*8点阵单元时驱动器MAX7219的具体设置。</p><p><b>　　⑴ 串行数据格式</

88、b></p><p>　　MAX7219要求微处理器以16位数据包方式串行发送数据到DIN端，串行数据在每个CLK的上升沿被译入内部16位寄存器。然后在LOAD的上升沿数据被锁存到数据或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟上升沿同时或之后，但在下一个上升沿之前变高，否则数据将会丢失</p><p>　　不译码方式数字位和对应线如表4.3—1所列。从图4与表1的对照中可知，MAX7

89、219的段数据输出线在接到8*8点阵单元时，以丛硬件上将高低位作了颠倒，对8*8点阵单元DP，A，B，C，D，E，F，G是按顺序从字节的低位标起，而MAX7219从字节的高位标起。这样就避免了点阵数据输出前软件的高低位颠倒，从而节省了CPU时间。</p><p>　　表4.3—1 不译码方式数字位和对应段线</p><p>　　⑵ 译码方式寄存器</p><

90、;p>　　译码方式寄存器对每个数字设置BCD代码B译码或不译码操作。寄存器中的每一位与一个数字相对应。逻辑高电平选择代码而逻辑低电平旁路译码器。当驱动8*8点阵单元时，选择不译码，译码寄存器中的数据应设置为00H。当选择不译码时，数据位D7——D0直接对应于MAX7219的段线。</p><p><b>　　⑶ 扫描界限寄存器</b></p><p>　　扫描界

91、限寄存器设置有多少个字要显示，可丛1到8。它们一般以扫描率1300HZ，多路复用方式显示。由于这里每个MAX7219是驱动8位点阵单元，要设置成显示8位，所以扫描界限寄存器XB的数据设置为X7。</p><p>　　⑷ 亮度控制和数字间空白</p><p>　　MAX7219使显示亮度可由V+和Iset之间所接外部电路控制，并用计数法使用亮度寄存器。来自驱动器的峰值电流通常为进入Iset电

92、流的100倍。这个电阻既可为固定的，又可为可变的，以便由面板来进行亮度调节。由于在U+和Iset之间外接电阻Rest的大小可以控制LED段电流的大小，达到硬件调节LED亮度的目的。MAX7219的段电流Iseg正常工作范围在10―40mA，选用不同的LED显示器，LED的正向压降是不同的。Rset 的选取主要依据Iseg和Uled，当两个值确定后，Rset的最小值见表4.3--2。其最小值为9.53ΚΩ，此值典型地设置段电流为37mA。

93、</p><p><b>　　表 4.3—2</b></p><p><b>　　⑸ 非工作寄存器</b></p><p>　　当MAX7219级联时，使用非工作寄存器。把所有器件的LOAD输入连接在一起，而把DOUT连接在相邻的MAX7219的DIN端。级联时传送数据的方式是，例如，如果4片MAX7219级联，肭要对

94、第4片芯片写入时，发送所需的16个字，其后跟有三个“非工作”代码。当LOAD变高时，数据被锁存在所用器件中。前三个芯片接收非工作指令，而第4个芯片接收数据。</p><p>　　作为大屏幕要用成千上百片MAX7219，由上所述可知，如果采用级联的方式，要传送一个有用数据就要传送许多无用的非工作代码，因而作为大屏幕设计不能采用级联的方式。要提高数据传送速度，每片MAX7219都必须直接传送数据而与其他片无关。因采用

95、的接法是：将所有MAX7219的DIN脚与CLK脚都直接接在穿行总线上，而将LOAD脚作为各片的片选分别接各自的片选信号，DOUT脚空着不用。</p><p>　　在强干扰环境下，干扰源可能通过供电电源或3根信号线串入显示电路而造成显示器的不稳定，从而出现笔段跳跃、显示不全、甚至全暗或全亮的现象。为此，可通过在3根信号线上对地接入一个1000μF的瓷片电容来有效地滤除因空间干扰而引起的尖脉冲。</p>

96、<p>　　4.4 显示屏的设置</p><p>　　4.4.1 显示屏的设计</p><p>　　作为大屏幕必须能显示汉字。通常一个汉字的点阵是8*8点阵单元的倍数，比如16*16，24*24，32*32等，因而一个汉字至少需要4块8*8点阵单元。为了组装方便，以4个汉字为一个显示单位，对应只需要16块MAX7219驱动。根据上面的分析，多片MAX7219不能采用级

97、联的方法，须采用片选的方法，因而也就需要16根片选线，采用1片74LS154译码，正好译出16条线作为16片MAX7219的片选信号。至此，4个汉字的LED显示屏需16块8*8的点阵单元。4块8*8的点阵单元构成一块16*16的点阵</p><p>　　我们把行和列的总线接在4个MAX7219的段和位端口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。 在这个例子里，由于一共用到16行，64列，。实

98、际应用中我们使用4—16线译码器74LS154来完成MAX7219的LOAD端的片选信号。而行方向16条线接在4个MAX7219的4个位端口，列方向16条线接在4个MAX7219的4个段端口，如图4.4—1所示。其中Y0—Y15是译码器的16个输出端口</p><p>　　图4.4—1 LED点阵显示屏的构成</p><p>　　每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字

99、库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在256像素。参考文献：[9]；[10]；[11]</p><p>　　第五章 系统软件设计</p><p><b>　　5.1 软件设计</b></p><p>　　5.1.1 MAX72

100、19软件设计</p><p>　　在单片机RAM中建立一个LED显示缓冲区，显示缓冲区首地址为30H，末地址为45H，分别对应各显示位的位地址和短码，用程序控制数据16位数据包的形式串行送如。</p><p>　　定义ADR，DAT为MAX7219的地址和数据缓存单元，设置串口为方式0，R2为显示子程序的参数，0-3为空显示，4-11为：河南机专应电专业。开始向第一个汉字模块送“河”；第二

101、个汉字模块送空， 向第三个汉字模块送空，向第四个汉字模块送空，延时1秒，汉字显示统一向右平移一位，变为“空空河南”。 循环十六次，参数小于4不做任何显示，R4的计数器，一次发送32个字节，以上为处理汉字表地址。参数减4乘以32为汉字在表中的首地址。，MAX7219的地址若等于7则使P1地址加一选中下一个MAX7219，给MAX7219送显示的行，给MAX7219送显示的数据。</p><p>　　参考文献：[5]

102、；[7]；[8]</p><p>　　5.1.2 程序流程图</p><p>　　图—1 程序流程图</p><p>　　第六章 我国LED产业的现状及发展现状</p><p>　　LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券

103、、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。 </p><p>　　第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。</p><p>　　第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同

104、时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、 广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。 </p><p>　　随着LED原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色L

105、ED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。 </p><p>　　就市场而言，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的新

106、契机。国内LED显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近95%。国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。 </p><p>　　目前，LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地，我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30家左右。 </p><p>

107、;<b>　　参考文献：[16]</b></p><p><b>　　结束语</b></p><p>　　三年的大学生活马上就要宣告结束了，我的毕业设计也快要告一段落了，几十年的校园就要结束了，我真是感慨万千，有就要告别哺育了我三年的母校和我亲爱的老师和同学们的伤感，也有对知识的追求永不放弃的信念。</p><p>　　通

108、过这次的毕业设计，我又系统地学习，总结了三年以来所学的专业知识。对于这次设计设计到课程有了更深刻的理解，如单片机原理与应用教程，数字电子技术。再者就是对一些专业软件和办公软件更加的熟悉了，有Protel99, Office2000。</p><p>　　在这次的毕业设计中我深深的体会到：在动手设计前，应进行充分的调查研究，根据所收集的资料进行系统分析，在大脑中形成一个具体的框架，再有计划有步骤的实施。这一至关重要

109、的。三年以来我对理论知识的学习不够严谨，专业知识面太过于狭窄了。由此，我终于明白了要想在专业方面有一定作为，并不是那么的容易。不仅要有严谨认真，注重实践的科学态度，还要有较为全面，系统和先进的专业知识。在PCB的 布线和器件的布局上我对兼顾了美观和合理性。在每一个环节都力求精益求精，让我不但体验了作为一个工程技术人员的艰辛，又感受到了成功的喜悦和激动。</p><p>　　从某个角度来说这次的毕业设计是成功的，但