LED点阵电子显示屏的制作过程
2022-09-22

  0 引言

  LED显示屏是20世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体,它是利用发光二极管构成点阵模块或者像素单元组成的平面式显示屏幕,以可靠性高、环境适应能力强、使用寿命长、性价比高等特点,在短短的近20来年中,迅速成长为平板显示的主流产品,并越来越广泛地应用到工业、金融、交通、医院及信息广告等各行业

  1 任务设计

  1.1 基本要求

  设计并制作LED电子显示屏和控制器。自制一台简易24行*24列点阵的直立式LED电子显示屏和控制器,扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制,能正常显示字符和汉字,汉字点阵为12*12.显示屏能显示4组特定句子或短语,通过按键切换,选择显示内容。显示内容可以平滑地向上滚屏,滚屏速度可3级键控。

  1.2 发挥部分

  具有实时温度检测,在显示屏中心处显示温度,显示格式为“XX℃”,绝对误差≤1℃。当直立屏顺时针旋转90o时,显示文字不能相应侧转,保持直立。采用本机键盘可编辑短语(汉字字数不少于10字)。具有掉电保护功能。

  1.3 创新部分

  上电后的最初显示为一个脸型自动变化图片,通过按键模块的按键,添加了数码管能够显示相应功能的标志。

  2 方案论证

  2.1 显示部分

  显示部分是本次设计最核心的部分,对于LED24*24点阵采用动态显示:动态显示,对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。动态显示方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素。我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率)为50Hz, 发光二极管导通时间≥1ms时, 显示亮度较好, 无闪烁感。

  2.2 温度采集部分

  能进行温度测量是本设计的创新部分,由于现在用品追求多样化,多功能化,所以我们决定给系统加上温度测量显示模块,方便人们的生活,使该设计具有人性化。采用温度传感器DS18B20.DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围,且DS18B20测量精度高,增值量为0.5摄氏度,在一秒内把温度转化成数字,测得的温度值的存储在两个八位的RAM中,单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度,使用方便。

  2.3 芯片的选择

  选取串口输入,使用I/O口较少,所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有74HC595、74LS138.

  2.4 电源模块

  采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源,不仅功率上可以满足系统需要,不需要更换电源,并且比较轻便,使用更加安全可靠。

  3 总体方案

  3.1 工作原理

  利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理,从而把数据传输到显示模块,实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块,把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。利用光电传感器来实现非接触止闹功能。在显示电路中,主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

  3.2 总体设计

  设计总体框图,如图1。

 

图1 系统框图

  4 系统硬件设计(单元及分析)

  4.1 AT89S52单片机最小系统

  最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。

 

图2 AT89S52 单片机最小系统

 

  4.2 温度测量模块

  温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器,测温范围为-55℃~125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率达到0.0625℃,采用寄生电源工作方式, CPU只需一根口线便能与DS18B20通信,占用CPU口线少,可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图3所示。

 

图3 DS18B20 测量电路

  4.3 键盘模块

  键盘、状态显示模块:为了使软件编程简单,本设计利用可编程芯片8255.PA口接按键,PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc,按键的另一端接地。当有键按下时,与该键相连的PA口的相应位变为低电平,单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序,同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图4。

 

图4 键盘电路

  4.4 LED显示模块

  点阵数据串行输入, 器件为移位寄存器TPIC6B595595, 门控和扫描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以3×3个L ED 点阵构成一个LED显示单元, 采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分, 分别来自于行、列移位寄存器, 行数据是扫描数据, 16行中每次只有一行被驱动, 采用逐行扫描方式, 列数据则为汉字的点阵码对于字符和图形显示也可以用点阵处理, 其显示原理和方法相同。

  5 系统软件设计

  主程序,流程如下图5

 

图5 主程序流程图

  显示子程序,流程如图6

 

图6 显示子程序流程

 

  温度测量流程,如图7

 

图7 温度测量程序流程

  6 测量及其结果分析

  6.1 基本部分测试与分析

  6.1.1 测试仪器

  秒表 、温度表、万用电表、WAVE仿真器

  6.1.2 基本要求部分的测试与分析

  系统上电后,全屏点亮,没有暗点。接着显示时间。按“#”键后扫描键盘,当有1~10键按下时,分别显示十段设定的数字、英文或汉字。显示时间时通过与秒表对比,测试的系统时间准确。

  6.2 发挥部分测试与分析:

  当按下#后在按下进入亮度调节,按下“+”键时,亮度增加。按下“-”键时,亮度变弱。可以实现文字向上滚动。 按下“设置时间”键,观察到“钟表” 二极管点亮,此时可对时间进行设置。按下“时间设置”进入时调试,按“+”键时间加。在按下“切换”键时,进入分调整模式,按下“+”键,分增加。按下“选择”键时,分调整模式改为秒调整模式,按下“+”键秒增加。经测试该步可以很好的实现。调整时间完毕后,再按一下“闹钟设置”进入闹铃设置状态,按下“+”键设定“时”增加,在按下“选择”键进入分的设置,按下“+”键设定“分”增加。在按下“选择”键进入秒设置模式,按“+”键秒增加。系统可以显示10组,每组8个汉字,完成要求

  6.3 创新部分测试与分析

  (1)温度测量: 键盘切换现场环境温度显示:按“功能”键选择“温度”,将温度传感器和温度计放入不同的测试环境中进行测试,结果如表1所示。

表1 与标准温度计测量值比较表

 

  由测试知,输出与温度计值基本上相等,误差不大于1度。

  (2)当用手握住温度传感器后,温度不断上升,当手松开后,温度不断降低。

  7 设计总结

  在LED点阵电子显示屏的制作过程中,从任务设计、方案论证、总体设计、硬件链接、软件设计以及最后的结果测量与分析等各方面入手,力求做到设计人性化,方案合理化,布局优化。

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