数码点阵屏显示系统的开发
LED点阵显示屏作为目前一种比较流行的显示器件，是由多个LED（发光二极管）组成的，通过发光二极管的亮灭来显示数字、符号、文字、动画、视频等内容。本设计是利用Arduino UNO 平台来设计一个8x8点阵LED电子显示屏系统。采用Protues软件对LED电子显示屏的工作方式进行硬件和软件的设计仿真。Arduino UNO 平台是以ATMEGA328P单片机为处理单元，通过该平台控制驱动器MAX7219驱动LED电子显示屏的显示。8x8点阵LED 电子显示屏能够显示字符和单色的图像，全屏只能显示一个汉字。该系统分为输入和输出两个部分。输入部分是两个按钮实现两种显示方式静态显示和动态显示。输出部分是驱动器7219驱动电子显示屏。关键词 Arduino UNO，8x8点阵LED电子显示屏，输入部分，输出部分
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 LED显示屏发展趋势 1
1.3 LED显示屏国内外研究现状 2
1.4 设计要求 2
1.5 本设计完成的工作内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 硬件总体设计方案 3
2.2 硬件设计 3
2.2.1 单片机选择 3
2.2.2 LED显示模块的选择 4
2.2.3 驱动器模块选择 6
2.3 软件总体方案设计 8
2.3.1 程序方案的设计 8
2.3.2 仿真软件的使用 8
2.3.3 字模提取软件 9
3 硬件电路设计 10
3.1 8x8 LED点阵显示屏系统的主控模块 10
3.2 8x8 LED点阵显示屏系统的功能按键电路 14
3.3 8x8 LED点阵显示屏系统 14
3.4 MAX7219驱动显示模块 15
4 系统软件的设计 16
4.1 总体概述 16
4.2 主程序流程图 16
4.3 静态显示的运行过程 17
4.4 动态显示的运行过程 17
5 系统的仿真、程序调试 18
5.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
系统仿真 18
5.1.1 8x8 LED点阵显示屏系统初始化 19
5.1.2 8x8 LED点阵显示屏系统静态显示 20
5.1.3 8x8 LED点阵显示屏系统动态显示 21
5.2 程序调试 26
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 系统原理图 30
附录B 源程序 31
绪论
课题背景
80年代后期LED显示屏在全球范围内迅速发展起来, 大面积LED显示屏幕的点阵模块或象素单元是由发光二极管组成的, 具有可靠性高、寿命长、性价比高、环境适应力强等特点,。在短短的几十年中, LED显示屏迅速成长为平板显示的主流产品, 广泛地应用于信息显示领域[1]。
我国的LED显示屏生产制造产业快速发展，LED 显示屏在涉及到社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：1）证券交易、金融信息显示。2）机场航班动态信息显示。3）港口、车站旅客引导信息显示。4）体育场馆信息显示。5）道路交通信息显示。6）调度指挥中心信息显示。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。9）演出和集会。10）展览和租赁 [2]。
本设计是基于Arduino UNO开发板来实现LED点阵显示控制系统。
LED显示屏发展趋势
LED全称是发光二极管。它是半导体二极管的一种，可以将电能转化为光能。发光二极管是由一个PN结组成的，具有单向导电性[3]。随着半导体技术的发展，发光二极管的亮度，颜色等性能方面有了很大提高。进入90年代后，逐渐地应用到电子显示产品中。
LED 显示屏的发展经历了三个阶段。
1990年之前是形成和成长期。当时受材料器件等问题的限制，LED 显示屏并没有得到很好的应用。显示屏控制技术采用的是基础的通讯控制方式,这种控制方式影响了显示效果。这个时期LED 显示屏在国外得到广泛应用，国内相比之下却很少。那个时期的产品是以红、绿这两种基色为主，灰度等级为单点4 级调灰, LED显示屏的生产成本很高。
1990～1995年是迅速发展期。90 年代，全球信息产业快速发展，在LED 材料和控制技术不断出现新的研究成果。随着蓝色LED产品研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；随着微电子及电子计算机领域的材料和技术发展, 出现了视频的控制技术；之后LED显示屏产品实现了16 级灰度和64 级灰度调灰的效果，显示屏的动态显示效果也有了极大地提高。这一阶段，我国的LED显示屏产业发展很快，从初期的几家企业、年产值仅仅只有几千万元发展到几十家企业、年产值高达几亿元。产品广泛应用在体育、机场、公路交通、金融证券、商业广告、铁路车站、邮电电信等诸多领域，尤其是1993年证券股票业的迅速发展更是引起了LED 显示屏市场的大幅增长。应用于平板显示领域的LED 显示屏从此成为新兴的高科技产业。
1995年以后，进入LED显示屏总体产量稳步提高、产业格局逐步完善时期。在这一时期，许多中小企业如雨后春笋般大量涌现，产品的应用领域也更加广阔。由于产业企业竞争加剧，LED显示屏产品价格大幅度回落。然而，这时候在产品的质量、标准化、检验等方面出现了一些新的问题，这引起了有关部门的重视，相关部门出台了适当的规范和引导。目前这方面的工作还在逐步深化[4]。
LED显示屏国内外研究现状
就LED来说，首先从机械制造技术方面来说，LED产品本身相对于传统的灯具产品来说比较复杂，它涵盖了半导体技术、材料、产品结构设计的多个产业，是一种跨产业的产品。其次从产品产业链方面来说，LED显示屏产业链很长，从LED生产、芯片、材料到产品的封装涵盖了半导体产业和照明产业。
最后，从LED的产业布局方面来说，我国的LED技术发展极为不平衡，LED产品制造技术、芯片的生产技术相比较国外而言差距很大。国内在芯片、外延片等关键环节缺乏话语权。国外已经掌握了外延片的生产和高端产品的技术，而我国只是生产组装低端产品，与国外相比有很大的差距。
LED显示屏有很大的发展前景，目前产品朝着更好的发光性能、更好的环保节能、更高的使用寿命等方向发展。
设计要求
本课题以8x8数码点阵屏显示系统的开发为研究对象。要求以单片机为核心，首先完成系统硬件设计，绘制电路原理图，并在Proteus平台下绘制仿真系统的电路原理图；然后编写系统的控制程序，并在Arduino IDE平台下进行调试；再利用Proteus平台进行仿真验证。从而了解常用单片机指令系统，数码点阵屏显示系统控制要求，研究其实现的技术途径，要求在系统设计开发的同时考虑其具体的工程运用需求。通过本设计应能掌握常用系列开发板软件、硬件的开发方法。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 LED显示屏发展趋势 1
1.3 LED显示屏国内外研究现状 2
1.4 设计要求 2
1.5 本设计完成的工作内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 硬件总体设计方案 3
2.2 硬件设计 3
2.2.1 单片机选择 3
2.2.2 LED显示模块的选择 4
2.2.3 驱动器模块选择 6
2.3 软件总体方案设计 8
2.3.1 程序方案的设计 8
2.3.2 仿真软件的使用 8
2.3.3 字模提取软件 9
3 硬件电路设计 10
3.1 8x8 LED点阵显示屏系统的主控模块 10
3.2 8x8 LED点阵显示屏系统的功能按键电路 14
3.3 8x8 LED点阵显示屏系统 14
3.4 MAX7219驱动显示模块 15
4 系统软件的设计 16
4.1 总体概述 16
4.2 主程序流程图 16
4.3 静态显示的运行过程 17
4.4 动态显示的运行过程 17
5 系统的仿真、程序调试 18
5.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
系统仿真 18
5.1.1 8x8 LED点阵显示屏系统初始化 19
5.1.2 8x8 LED点阵显示屏系统静态显示 20
5.1.3 8x8 LED点阵显示屏系统动态显示 21
5.2 程序调试 26
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 系统原理图 30
附录B 源程序 31
绪论
课题背景
80年代后期LED显示屏在全球范围内迅速发展起来, 大面积LED显示屏幕的点阵模块或象素单元是由发光二极管组成的, 具有可靠性高、寿命长、性价比高、环境适应力强等特点,。在短短的几十年中, LED显示屏迅速成长为平板显示的主流产品, 广泛地应用于信息显示领域[1]。
我国的LED显示屏生产制造产业快速发展，LED 显示屏在涉及到社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：1）证券交易、金融信息显示。2）机场航班动态信息显示。3）港口、车站旅客引导信息显示。4）体育场馆信息显示。5）道路交通信息显示。6）调度指挥中心信息显示。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。9）演出和集会。10）展览和租赁 [2]。
本设计是基于Arduino UNO开发板来实现LED点阵显示控制系统。
LED显示屏发展趋势
LED全称是发光二极管。它是半导体二极管的一种，可以将电能转化为光能。发光二极管是由一个PN结组成的，具有单向导电性[3]。随着半导体技术的发展，发光二极管的亮度，颜色等性能方面有了很大提高。进入90年代后，逐渐地应用到电子显示产品中。
LED 显示屏的发展经历了三个阶段。
1990年之前是形成和成长期。当时受材料器件等问题的限制，LED 显示屏并没有得到很好的应用。显示屏控制技术采用的是基础的通讯控制方式,这种控制方式影响了显示效果。这个时期LED 显示屏在国外得到广泛应用，国内相比之下却很少。那个时期的产品是以红、绿这两种基色为主，灰度等级为单点4 级调灰, LED显示屏的生产成本很高。
1990～1995年是迅速发展期。90 年代，全球信息产业快速发展，在LED 材料和控制技术不断出现新的研究成果。随着蓝色LED产品研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；随着微电子及电子计算机领域的材料和技术发展, 出现了视频的控制技术；之后LED显示屏产品实现了16 级灰度和64 级灰度调灰的效果，显示屏的动态显示效果也有了极大地提高。这一阶段，我国的LED显示屏产业发展很快，从初期的几家企业、年产值仅仅只有几千万元发展到几十家企业、年产值高达几亿元。产品广泛应用在体育、机场、公路交通、金融证券、商业广告、铁路车站、邮电电信等诸多领域，尤其是1993年证券股票业的迅速发展更是引起了LED 显示屏市场的大幅增长。应用于平板显示领域的LED 显示屏从此成为新兴的高科技产业。
1995年以后，进入LED显示屏总体产量稳步提高、产业格局逐步完善时期。在这一时期，许多中小企业如雨后春笋般大量涌现，产品的应用领域也更加广阔。由于产业企业竞争加剧，LED显示屏产品价格大幅度回落。然而，这时候在产品的质量、标准化、检验等方面出现了一些新的问题，这引起了有关部门的重视，相关部门出台了适当的规范和引导。目前这方面的工作还在逐步深化[4]。
LED显示屏国内外研究现状
就LED来说，首先从机械制造技术方面来说，LED产品本身相对于传统的灯具产品来说比较复杂，它涵盖了半导体技术、材料、产品结构设计的多个产业，是一种跨产业的产品。其次从产品产业链方面来说，LED显示屏产业链很长，从LED生产、芯片、材料到产品的封装涵盖了半导体产业和照明产业。
最后，从LED的产业布局方面来说，我国的LED技术发展极为不平衡，LED产品制造技术、芯片的生产技术相比较国外而言差距很大。国内在芯片、外延片等关键环节缺乏话语权。国外已经掌握了外延片的生产和高端产品的技术，而我国只是生产组装低端产品，与国外相比有很大的差距。
LED显示屏有很大的发展前景，目前产品朝着更好的发光性能、更好的环保节能、更高的使用寿命等方向发展。
设计要求
本课题以8x8数码点阵屏显示系统的开发为研究对象。要求以单片机为核心，首先完成系统硬件设计，绘制电路原理图，并在Proteus平台下绘制仿真系统的电路原理图；然后编写系统的控制程序，并在Arduino IDE平台下进行调试；再利用Proteus平台进行仿真验证。从而了解常用单片机指令系统，数码点阵屏显示系统控制要求，研究其实现的技术途径，要求在系统设计开发的同时考虑其具体的工程运用需求。通过本设计应能掌握常用系列开发板软件、硬件的开发方法。
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