基于单片机的LED点阵显示屏的设计文献综述

  专业：电子信息工程       班级：06本科1班

作者：张广利             指导老师：符磊

一、前言

从全球来看，LED产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。随着市场的快速发展，美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产，加快抢占市场份额。

在中国百度网中进行了简单搜索，主要通过关键词进行搜索，如“单片机简介”,“LED显示屏技术简介和国内发展历程”，“基于51系列单片机的LED显示屏开发技术”,“ATS51的应用”，“显示屏产业的发展特点”之类的文章。对本课题有参考价值的主要有以下：

　　Led显示屏_百度百科就曾提到：中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在我国形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家LED工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。

从2008年LED市场应用领域来看，LED指示灯、LED显示屏、手机键盘和相机闪光灯以及LCD背光源位列销售量前四大领域。2008年北京奥运会对LED显示屏的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国LED显示屏产业的发展。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。

2008年下半年以来，国际金融危机蔓延，中国宏观经济增速趋缓，经济形势的恶化使电子行业也受到一定影响，产值增幅虽有所减慢，但仍保持增长态势。在基础设施建设投资力度加大，环保节能趋势明显，城市景观市场繁荣，产业结构优化等有利因素的刺激下，2009年我国LED行业仍将保持快速增长的良好发展势头。

二、正文

LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。

在中国LED照明网中的文章介绍到：

LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，是一种应用广泛的显示设备。

传统的应用主要包括以下一些领域，随着LED显示屏技术的发展和人们对LED显示屏技术的逐渐认识和接受，出现了更多的应用领域：(1)证券交易、金融信息显示。这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，目前仍为LED显示屏的主要需求行业。上海证券交易所、深圳证券交易所及全国上万家证券、金融营业机构广泛使用了LED显示屏。(2)机场航班动态信息显示。民航机场建设对信息显示的要求非常明确，LED显示屏是航班信息显示系统FIDS(Flight information Display system)的首选产品，首都机场、上海浦东国际机场、海口美兰机场、珠海机场、厦门高崎机场、深圳黄田机场、广州白云机场及全国数十家新建和改扩建机场都选用了国产的LED显示屏产品。(3)港口、车站旅客引导信息显示。以LED显示屏为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统。(4)体育场馆信息显示。LED显示屏已取代了传统的灯泡及CRT显示屏，四十三届世乒赛主场地天津体育中心首次采用了国产彩色视频LED显示屏，受到普遍好评，上海体育中心、大连体育场等许多国内重要体育场馆相继采用了LED显示屏作为信息显示的主要手段。(5)道路交通信息显示。智能交通系统(ITS)的兴起，在城市交通、高速公路等领域，LED显示屏作为可变情报板、限速标志等，替代国外同类产品，得到普遍采用。(6)调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调度管理等，也在逐步采用高密度的LED显示屏。(7)邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。 (8)广告媒体新产品。除单一大型户内、户外显示屏做为广告媒体外，国内一些城市出现了集群LED显示屏广告系统；列车LED显示屏广告发布系统也已在全国数十列旅客列车上得到采用并正在推广。

李广弟的《单片机基础》中介绍了系统核心单片机部分ATS51是一种低功耗、高性能内含4K字节闪电存储器（Flash Memory）的8位CMOS微控制器。这种器件系以ATMEL高密度不挥发存储技术制造，与工业标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容。片内闪电存储器的程序代码或数据可在线写入，亦可通过常规的编程器编程。例如，MP-100这样一种经济型的编程器，它支持通用EPROM等各种存储器、PAL、GAL以及INTEL、ATMEL和PHILIPS等各公司的全系列51单片机的编程。ME5103和ME5105仿真器支持AT系列所有器件的调试、仿真和编程。

张毅坤的《单片微型计算机原理及应用》中也曾提到过：51是美国DALLAS公司生产的与MCS-51系列完全兼容的单片微处理器产品。8051单片机自1977年问世以来，一直深受人们的欢迎，它是少数生命周期较长的CPU架构之一。目前全世界的半导体供应商一直在开发非常先进的基于8051内核的单片机。由于它不断提高的性能、更大的存储空间、增强的I/O端口、丰富的开发工具以及大量的可用代码，计算机应用与设计工程师们到现在还热衷于这个“古老”的单片机架构，并不断地在新的设计中应用它。事实上，单片机发展到今天，其品种繁多、性能各异，但只要掌握了8051/52系列单片机，就等于掌握各式各样的单片机。 

    典型的8051单片机提供了4个8位I/O端口，需要时开发人员可任意指定某个端口给I/O设备。简单地说，如果某个I/O引脚的默认状态是输入，而用户需要把它改为输出，则用一条指令就可以了。

    8051指令能够设置、清除以及测试每一个数字位，简化了控制设备和检测通断状态的软件。每条指令需要1～2个时钟周期。在不断追求更高性能的同时，芯片生产商们仍然保留着以前8051的指令集、寄存器、标志位和其他CPU特性，沿用哈佛CPU体系结构，将指令和数据分别放在不同的存储区。8051系列能向下兼容，所以8051代码在最新的产品中可以更好、更快地运行。

    8051芯片提供了128B的RAM和4KB的ROM，分别用于存储临时数据和指令（使用I/O端口可将外部存储器扩展到KB）。

    8051单片机的成功源于模拟电路的多样性，现在生产商们已经把各种各样的模拟电路集成到了单片机上。

8051体系架构越来越受到人们的欢迎，这应归功于许多有效的工具和软件库，包括很多免费的工具和资源。

在www.21ic.com网站中的一篇文章--LED显示屏技术简介和国内发展历程里面详细介绍：1970年代最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各部门和千家万户。到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的，但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。

最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过100mcd的LED，又称坎德拉(cd)级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。同年，东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。我国发展LED起步于七十年代，产业出现于八十年代。全国约有100多家企业，95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术， 使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。

纵观LED显示屏发展过程，与当代科学技术的进步是密切相关的，国内第一块LED显示屏于1982年在南京火车站建成，由于当时LED材料，发光亮度只有大约8mcd，加上控制和驱动电路不够成熟，显示效果很差，故障率很高。从1992年开始，随着电子元器件性能的提高，大规模集成电路和计算机技术的发展，LED器件的可靠性及亮度不断提高，成本不断下降，特别是金融证券行业的市场需求的大幅度增长，使国内LED显示屏进入快速发展的阶段，出现了多级灰度的LED视频显示屏，与电视墙、背投式投影屏相比，LED显示屏以其亮度高、对比度强、可全天候运行等优势，得到了广泛的应用，现在已成为金融、证券、车站码头、体育场馆等必不可少的宣传媒体设备。尤其是室内全彩屏(即室内三基色屏)因其全色全息、颗粒小、色彩逼真的优点而成为今后一个时期内LED屏的发展方向，随着该类发光器件的日趋精致及大幅降价, 室内全彩屏必将大受市场的青睐,以弥补彩色投影及其他设备的不足。

诸昌矜的《LED显示屏系统原理及工程技术》中：本系统利用MCS-51系列8051单片机来实现点阵式LED显示屏的显示汉字字模，采用以MCS-51系列8051单片机为核心芯片的电路来实现，主要由ATCC51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HCl54)、16×16LED点阵5部分组成。其中，ATC51使一种带4kb闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1000次写/擦循环，数据保留时间为10年。

    现今，显示屏的主要发展是用于户外，户外显示屏的主要问题有:（1）注意防水、防潮。显示屏安装在户外，经常日晒雨淋，风吹尘盖，工作环境恶劣。耕创电子设备被淋湿或严重受潮会引起短路甚至起火，引发故障甚至火灾，造成损失；（2）防雷。耕创电子显示屏可能会受到雷电引起的强电强磁袭击；（3）散热。环境温度变化极大。耕创显示屏工作时本身就要产生一定的热量，如果环境温度过高而散热又不良，集成电路可能工作不正常，甚至被烧毁，从而使显示系统无法正常工作；（4） 受众面宽，视距要求远、视野要求广；环境光变化大，特别是可能受到阳光直射。

针对以上特殊要求，户外显示屏必须做到：1.屏体及屏体与建筑的结合部必须严格防水防漏；屏体要有良好的排水措施，一旦发生积水能顺利排放；2.在耕创显示屏及建筑物上安装避雷装置。显示屏主体和外壳保持良好接地，接地电阻小于 3欧姆，使雷电引起的大电流及时泄放；3.安装通风设备降温，使屏体内部温度在 -10 ℃～ 40 ℃之间。屏体背后上方安装轴流风机排出热量；4.选用工作温度在 -40 ℃～ 80 ℃之间的工业级集成电路芯片，防止冬季温度过低使显示屏不能启动；5.为了保证在环境光强烈的情况下远距离可视，必须选用超高亮度发光二极管；增加对比度；6.耕创显示介质选用新型广视角管，视角宽阔，色彩纯正，一致协调 , 寿命超过 10 万小时显示介质的外封装为目前最流行的带遮沿方形筒体，硅胶密封，无金属化装配；其外型精致美观，坚固耐用，具有防阳光直射、防尘、防水、防高温、防电路短路五防特点。

三、总结

本论文叙述了应用单片机ATS51构成的LED汉字显示屏的功能、硬件的组成和软件的设计。该系统的功能是通过对LED进行编程，以使其显示汉字。整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机S51实现其控制功能。整个系统结构紧凑、简单可靠、操作灵活、功能强、性能价格比高，较好地满足了现代农业生产和科研的需要。我们作为21世纪的大学生必须具备单片机知识。现在随着社会对人才素质要求的不断提高，我们也要不断的充实自己，以适应社会的发展。

通过本次的设计，参考了大量的资料，让我认识到了单片机功能的强大，让我学到了很多，受益匪浅！

参考文献

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[7]《电子设计技术》  陆坤奚大顺等著

[8]www.21ic.com部分资料

[9]诸昌矜.LED显示屏系统原理及工程技术[M].西安:电子科技大学出版社,2000 

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