自动化类旋转led动态显示屏的设计毕业设计 精品Word格式.docx

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摘要

进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。

尤其在没有投影仪的地方，旋转LED的优越性体现得非常明显，在当今高度发达的经济市场上，富有创意、应用面广的、挪移方便、具有吸引力的信息传播系统显得十分的重要！

二十一世纪是数字传播的时代，随着LED技术的应用和普及，数字LED显示屏的应用非常广泛。

传统的LED显示屏以平面效果居多，旋转式LED环形显示屏的设计，是利用人眼视觉暂留效应，通过高速电机带动LED阵列旋转，形成360度环形显示画面，可站在任何角度观看，完全无观赏死角，给人们一种新的视觉体验。

本设计基于STC89C52单片机，采用独立的LED，通过直流电机带动旋转，可形成立体效果，使其更加绚丽，更具有观赏性，可广泛应用于家居，企业和公共场所。

针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数目较多等特点，利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示，达到360全视角，在相同显示信息量上降低产品体积，减少对发光二极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏。

关键词：

旋转式LED阵列环形显示屏STC89C52单片机

ABSTRACT

Inthenewcentury,thephotoelectronindustrywideattentionbysociety,LEDdisplayasanimportantmeansofinformationdissemination,hasbeenwidelyusedinindoorandoutdoorservices,contentandservicesneededpublicitypurposesinpublicplaces.Inparticular,thereisnoprojectorinplace,rotatingLED'

ssuperiorityreflectedveryclearlyintoday'

shighlydevelopedeconomymarkets,creative,applicationwide,thediversionofconvenient,attractiveinformationdisseminationsystemisextremelyimportant!

Thetwenty-firstcenturyistheeraofdigitalcommunication,withtheLEDtechnologyandthepopularityofdigitalLEDdisplayiswidelyused.TraditionalLEDdisplaytoeffectmostlyflat,circularrotatingLEDdisplaydesignistheuseoftemporarystayinthehumanvisualeffects,high-speedmotortodrivetheLEDarrayrotation,theformationof360-degreecirculardisplaycanstandonanypointofview,completewithoutviewingdead,togivepeopleanewvisualexperience.ThedesignisbasedonSTC89C52MCU,usingseparateLED,drivenbyDCmotorrotation,canformthree-dimensionaleffect,makeitmorecolorful,morespectator,canbewidelyusedinhomes,businessesandpublicplaces.

ViewtraditionalLEDdisplaysingle,largerandlargernumberofrequiredcharacteristicsoflight-emittingdiode,LEDdisplayofmotordrivencirculararrayofhigh-speedrotationofthedisplay,to360fullview,inthesameamountofinformationdisplayedonthelowerproductvolumeandreduceontheuseofLEDs,thedesigncanoftenfacilitatethetransformationofacontent,canbeportable,highinformationcontent,lowcost,simplestructure,theinformationbroadcastsystem,therotatingLEDdisplay.

Keywords:

Rotary;

LEDarray;

circulardisplay;

STC89C52SCM

第一章绪论………………………………………………3

1.1课题背景………………………………………………3

1.1.1此设计本身存在的作用……………………………………3

1.2国内外发展现状……………………………………….4

1.2.1国内LED显示屏研究现状………………………………………4

1.2.2国外LED显示屏研究现状………………………………………4

1.2.3LED显示屏制作方案比较…………………………………………4

1.2.4LED显示屏研究现状总结…………………………………………5

1.3本课题研究目的和意义以及来源………………………5

1.3.1本课题的设计思想来源……………………………………………5

1.3.2本课题的设计目的及意义…………………………………………5

第二章系统方案选择……………………………………6

2.1此设计涉及的主要技术……………………………………6

2.2方案选择……………………………………….………6

2.2.1基于步进电机细分驱动技术的旋转LED显示屏设计………6

2.2.2嵌入式的LED点阵显示屏设计…………………………………8

2.2.3普通电机（交流电机）旋转LED显示屏设计…………………8

2.2.4方案比较及确定…………………………………………………8

第三章系统硬件设计……………………………………10

3.1系统总体硬件框图……………………………………10

3.2系统设计具体结构…………………………………11

3.2.1系统前期设计具体结构………………………………………11

3.2.2系统后期设计具体结构………………………………………12

3.3系统整体设计原理图…………………………………13

3.3.1系统前期整体设计原理图……………………………………14

3.3.2系统后期整体设计原理图……………………………………14

3.3.3系统设计下载模块原理图……………………………………14

3.4系统整体设计PCB电路板……………………………16

3.4.1系统前期整体设计PCB电路板（单层）………………………16

3.4.2系统后期整体设计PCB电路板（单层）………………………16

3.4.3系统设计下载模块电路板（单层）………………………………18

3.5元器件选型……………………………………………18

第四章旋转LED动态显示屏设计的控制思想…………20

4.1本课题的实现基本原理……………………………20

4.1.1成像基本原理……………………………………………………20

4.1.2汉子显示原理…………………………………………………20

4.2字体、图形具体显示过程解析………………………21

4.2.1变量定义…………………………………………………………22

4.2.2习题、图形显示解析…………………………………………22

4.2.3部分计算及说明………………………………………………23

第五章系统的安装与调试……………………………27

5.1旋转LED动态显示屏的设计实物……………………………27

5.1.1旋转LED动态显示屏的前期设计实物……………………27

5.1.2旋转LED动态显示屏的后期设计实物……………………28

5.1.3旋转LED动态显示屏的下载模块设计实物………………29

5.2系统设计存在的问题…………………………………29

5.2.1硬件设计不足……………………………………………………29

5.2.2软件调试存在的问题……………………………………………30

结论与展望…………………………………………………31

致谢………………………………………………………….32

参考文献…………………………………………………….33

附录……………………………………………………….34

系统设计原理图…………………………………………….34

第一章绪论

1.1课题背景

随着信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。

但是随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在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、汽车站动态信息显示；

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广告媒体新产品介绍；

⑨大型演出和集会；

⑩展览会、宣讲会。

1.1.1此设计本身存在的作用

进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术发展迅速，随着LED器件材料性能的不断提高，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。

尤其在没有投影仪的地方,旋转LED的优越性体现得非常明显，传统的LED字屏相比价格高昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；

而传统的平面显示，信息量不大，互动性不强，显得十分的不便。

因此，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统——旋转LED显示屏，具有十分重大的意义。

1.2国内外发展现状

1.2.1国内LED显示屏研究现状

我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。

在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，LED所占的市场将会越来越大，影响也会越来越深远。

我国的LED显示屏产业已成较大规模，技术水平相对领先，应用领域也很广泛的特点。

2008年北京举行的奥运盛会虽已顺利闭幕，但所展现出的种种前所未有的规模已经深深的烙在了全世界人的心中。

特别是奥运盛会上所应用的LED产品类型和数量规模都是空前的。

LED显示屏作为一种新型的显示器件出现在2008年北京奥运会的开幕式、比赛场馆、奥运文化广场以及奥林匹克公园等LED项目中，国内LED企业承接了主要的工程项目，提供了大量的LED产品,总体上展示了我国LED行业的技术产品优势和产业发展水平。

也体现了我国LED产业的力量和技术这也在一定程度上预示着LED产业必是未来的一种趋势。

1.2.2国外LED显示屏研究现状

日本Hibino公司展示了新产品STEALTH，这是一款能透视背景的穿透式LED显示屏，可呈现出一个综合汇聚了影像、照明、舞台道具、背景灯元素的立体影像空间。

从可视性影像到体验型影像，展示演出及舞台设计创意空间得到扩展，视觉表现的世界无限延伸。

随着LED高性能材料的发展，LED显示屏也必将得到发展，从而旋转LED显示屏也将随之发展，并相信，旋转LED显示屏将会给人们的生活带来更多的便利，造福于人类。

1.2.3LED显示屏制作方案比较

生产LED显示屏有多种方案，具体情况如下介绍：

①点阵模块方案：

最早的设计方案，由室内为彩点阵屏发展而来。

优势：

原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。

缺点：

色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。

②单灯方案：

为解决点阵屏色彩问题，借鉴户外显示屏技术的一种方案，同时将户外的像素复用技术（又叫像素共享技术，虚拟像素技术）移植到了室内显示屏。

色彩一致性比点阵模块方式的好。

混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。

加工较复杂，抗静电要求高。

实际像素分辨率做到10000点以上较难。

③贴片方案：

采用贴片发光管为显示元件的方案。

色彩一致性，视角等重要显示指标是现有方案里最好的一种，特别是三合一表贴的混色效果非常好。

加工工艺麻烦，成本太高。

④亚表贴方案：

实际上是单灯方案的一种改进，现在还在完善之中。

在显示色彩一致性，视角等首要指标和标贴方案差别不大了，但成本较低，显示效果很好，分辨率理论上可以做到17200以上。

加工还是较复杂，抗静电要求高。

因此在进行方案选择时，应根据实际情况来加以选择，如若选错，或者选择的方案不是最佳方案，轻则损失些许资金；

重则，自身的品牌也将不保，从中可以看出科技的重要性是不可小觑的。

1.2.4LED显示屏研究现状总结

随着LED高性能材料的发展，LED显示屏也必将得到发展，从而旋转LED显示屏也将随之发展，由于旋转LED显示屏制作起来，成本低廉，调试方便，并且拥有360度的可视范围，观赏完全无死角，给人们带来一种新的视觉体验。

而且在显示相同信息量上，旋转式LED显示屏使用的发光二极管数量更少，可有效降低能耗和维修成本。

本设计无论是从观赏性、实用性和成本上考虑，都具备传统LED显示屏无法比拟的优越性。

特别适合作为家居的一件艺术，也可以作为企业宣传的一个平台，更适合在人潮汹涌的公众场所。

其使用范围非常广，市场前景很好。

相信未来旋转式LED环形显示屏将会迎来广阔的市场空间，带来无穷的商业价值。

1.3本课题研究目的和意义以及来源

1.3.1本课题的设计思想来源

传统的LED显示屏以平面显示效果为主，视角范围受限、体积较大且搬运不便。

而旋转式LED环形显示屏，可360度范围内观看，不仅扩大了产品可视范围，而且体积更小，设置方便，适合各种空间利用，给人们更加带来了一种新的视觉体验。

相信不论是家居使用，还是企业或人潮汹涌的公众场所，都会给人们带来高质感的享受，未来的旋转式LED显示屏必定具有广阔的市场空间。

1.3.2本课题的设计目的及意义

设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏。

尤其在没有投影仪的地方，旋转LED的优越性体现得非常明显，传统的LED字屏相比价格高昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；

第二章系统方案选择

2.1此设计涉及的主要技术

①单片机技术：

当某个LED在高速的旋转情况之下，会以某个频率在空间的某一点来回出现。

所以需要通过定时器中断，让其在对应时刻点亮或是熄灭，超过一定的频率时，由于人眼的视觉暂留效应，而无法分辨出是否在闪烁；

因而可以通过单片机定时器的功能控制其的显示内容。

②LED驱动电路：

由于旋转会降低LED显示的亮度，为此我们选择高亮度的发光二极管，并通过与单片机I/O口相连，对程序设定以达到控制LED闪烁的效果。

③电源的供电方式：

旋转LED显示屏的硬件难点既是电路板的供电问题，因为系统始终处于高速旋转的状态，在此我们将电机驱动和LED驱动供电部分分开，这样虽然增加了硬件开销，但使得系统更加简单，大大降低的硬件设计难度。

2.2方案选择

2.2.1基于步进电机细分驱动技术的旋转LED显示屏设计

为保证显示屏在高速旋转时转速运行稳定，避免其他电动机在高速旋转时存在的安全隐患甚至系统崩溃，该设计提出采用步进电机来控制显示屏旋转的方法，步进电机通过细分驱动器后，不仅使步距角变为其固有步距角的1/n，而且可完全消除电机的低频振荡，增大其驱动能力并且由于步进电机具有抗干扰能力强，控制简单，步矩误差不会长期积累等特点，从而大大增强了旋转稳定性和精确性，保证了清晰的显示效果。

此设计除了以上三点主要涉及到的技术以外，还需对步进电机的驱动、调速进行了解：

步进电机驱动：

因为在不同的电机速度之下，产生的相应的频率是不同的，同时旋转LED显示屏所呈现出来的图像不一样，电机速度影响到单片机的定时器怎样工作和定时的多少，还影响到程序的编写。

所以电机控制速度显得极其的重要，常用的是采用PWM对直流电机调速，通过电压的改变而得到不同的转速，但直流电机调速困难，在此我们采用步进电机，通过L298芯片发脉冲，驱动电机旋转，这样步进电机速度更加稳定。

①此设计硬件设计方案

旋转LED整体硬件结构图详见图2所示

②此设计软件设计方案

软件流程图，如下所示：

N

图2.1旋转LED显示屏软件流程图

2.2.2嵌入式的LED点阵显示屏设计

在以往的LED点阵系统中，整个系统的控制核心是单片机，单片机负责数据的读取，传输和显示。

由于单片机的存储大小及多方面的限制，单片机作为控制核心时，在对显示画面不多，显示画面不大时是可以方便可行的。

但是由于单片机执行指令受时间的限制，当显示较大画面时，单片机的速度难以满足此要求，而结合嵌入式系统技术后，即采用嵌入式软、硬件的集成方案来实现系统的各项功能。

该系统的设计采用了嵌入式芯片，在嵌入式开发中软件编程使用了实时操作系统，使软件层次更加清晰，维护性强，模块化标准。

①此硬件设计方案

如图2所示：

只需将图中的MCU控制器换成嵌入式芯片即可。

②此软件设计方案

如图1所示：

软件设计方案与以上设计思想基本类似，故图1上所示即可。

2.2.3普通电机（交流电机）旋转LED显示屏设计

只需将图中的MCU控制器换成STC89C52芯片，将步进电机换成普通的交流电机即可。

软件设计方案与上设计思想基本类似，故图1上所示即可。

2.2.4方案比较及确定

以上三个方案各有及优缺点，个人总结而言，总的归结为：

以结构设计尽量简单，易于操作，易于理解，成本低廉为主要设计需考虑因素。

从方案一来看，主要区别在于使用了步进电机来带动LED的旋转，这里的难点就在于步进电机的调速问题上。

必须对步进电机的工作原理，如何调速，进行充分的理解。

当然，此设计如果能明确的知道电机的速度大小对于编程而言是相当有利的；

但是同时也需要对步进电机进行脉冲的发放，对程序的编译亦同时提高了难度；

但是个人认为，最为重要的则是对成本的考虑上，由于此设计需要较高的速度，而较高速度的步进电机成本是相当高的，如果仅作为实验观赏用，制作一个产品还可以考虑此方案的可行性，但是若作为商品来销售，我认为就没有设计此产品的必要了，故暂且不使用此方案。

从方案二来讲，主要区别在于使用了嵌入式芯片来代替单片机，在以往的LED点阵系统中，整个系统的控制核心是单片机，单片机负责数据的读取，传输和显示。

个人认为，此设计本身的宗旨就不需要显示较大的画面，也不需要太大的存储空间，对于普通的文字显示和图案显示，单片机完全可以达到此要求，而且成本很低（STC89C

51成本在5￥左右），而且嵌入式芯片，掌握起来较为复杂，不适合普通的，没有接触过此方面知识的人群的使用，使用较难，故暂且不使用此方案。

从方案三来讲，主要区别在于使用了普通的交流电机来代替方案一所使用的步进电机，实际设计时购买了一个普通功率的风扇将风扇中电机拆分即可使用，成本相当的低，而且在电源上也可直接使用AC220V电压，方便快捷，与使用直流电机相比，省却了设计电源这个麻烦，同时也降低了设计成本，在此次设计时选用了此方案，最大的优势就在于成本很低。

第三章系统硬件设计

3.1系统总体硬件框图

电源（DC5V）

图3.1旋转LED整体硬件结构图

通过对整个设计框图的剖析，通过对整个框图及设计流程的了解，设计出如上图所示的硬件框图；

在此框图中运用了两个独立的直流电源分别对MCU控制器和LED进行供电，这一方面大大降低了硬件设计难度，另一方面也提高了LED的发光亮度，可行性高；

整个核心设计都将围绕此框图展开进行。

3.2系统设计具体结构

3.2.1系统前期设计具体结构

旋转LED（双层）动态显示屏结构正视图：

以放置的16个LED为例，必须将其稳定的固定好，避免旋转时，发生掉落

图3.2旋转LED（单