CN203311815U

CN203311815U - 基于ATmaga16的单片机的立体广告屏

Info

Publication number: CN203311815U
Application number: CN2013204035157U
Authority: CN
Inventors: 付强; 桑林; 王学利
Original assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Current assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-07-09

Abstract

基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，涉及一种广告屏。它是为了解决现有的平面广告屏的无法显示立体的静态或动态画面的问题。它的单片机的列驱动信号输出端与列驱动器的列驱动信号输入端连接；列驱动器用于驱动LED点阵显示屏中的每列LED同时点亮或熄灭；单片机的行驱动信号输出端与行驱动器的行驱动信号输入端连接；行驱动器用于驱动LED点阵显示屏中的每行LED同时点亮或熄灭；时钟电路的时钟信号输出端与单片机的时钟信号输入端连接；电源同时为列驱动器和行驱动器提供工作电源；所述单片机采用型号为ATmaga16的单片机实现；行驱动器采用型号为MC74HC137AD的芯片实现。本实用新型适用于立体广告显示场合。

Description

基于ATmaga16的单片机的立体广告屏

技术领域

本实用新型涉及一种广告屏。

背景技术

传统平面显示屏，只能显示平面的静态或动态画面，而无法显示出立体的静态或动态画面。

发明内容

本发明是为了解决现有的平面广告屏的无法显示立体的静态或动态画面的问题，从而提供一种基于ATmaga16的单片机的立体广告屏。

基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，它包括单片机、列驱动器、行驱动器、LED点阵显示屏、时钟电路和电源；

所述单片机的列驱动信号输出端与列驱动器的列驱动信号输入端连接；所述列驱动器用于驱动LED点阵显示屏中的每列LED同时点亮或熄灭；所述单片机的行驱动信号输出端与行驱动器的行驱动信号输入端连接；所述行驱动器用于驱动LED点阵显示屏中的每行LED同时点亮或熄灭；时钟电路的时钟信号输出端与单片机的时钟信号输入端连接；电源同时为列驱动器和行驱动器提供工作电源；

所述单片机采用型号为ATmaga16的单片机实现；

所述行驱动器采用型号为MC74HC137AD的芯片实现。

它还包括复位电路，所述复位电的复位信号输出端与单片机1的复位信号输入端连接。

电源为输出电压为5V的直流电源。

它还包括串口通信电路，所述串口通信电路的串口信号输出或输入端与单片机的串口信号输入或输出端连接。

本发明是一个可以显示三维立体图案的LED光立方。这个光立方可以像发光二极管点阵一样显示平面的动态或静态画面，还可以显示立体的静态或动态画面，是对传统平面显示的一种突破。而且丰富了显示的花样，增强的图形的效果，在实际应用中也可以广泛用于各种装饰显示，在将来显示技术的进步和发展中起了指导性作用，光立方显示比普通平面发光二极管点阵具有更加绚丽视觉效果，而且画面图案有更多的选择性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是电源的电路连接示意图；

图3是单片机最小系统电路示意图；

图4是时钟电路连接示意图；

图5是按键电平复位电路连接示意图；

图6是行驱动电路的电路连接示意图；

图7是行驱动电路的驱动原理示意图；

图8是串口通信系统的电路连接图；

图9是LED光立方整体显示框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，其特征是：它包括单片机1、列驱动器2、行驱动器3、LED点阵显示屏4、时钟电路5和电源7；

所述单片机1的列驱动信号输出端与列驱动器2的列驱动信号输入端连接；所述列驱动器2用于驱动LED点阵显示屏4中的每列LED同时点亮或熄灭；所述单片机1的行驱动信号输出端与行驱动器3的行驱动信号输入端连接；所述行驱动器3用于驱动LED点阵显示屏4中的每行LED同时点亮或熄灭；时钟电路5的时钟信号输出端与单片机1的时钟信号输入端连接；电源7同时为列驱动器2和行驱动器3提供工作电源；

所述单片机1采用型号为ATmaga16的单片机实现；

所述行驱动器3采用型号为MC74HC137AD的芯片实现。

工作原理：本发明的目的是制作出一个可以显示三维立体图案的LED光立方。这个光立方可以像发光二极管点阵一样显示平面的动态或静态画面，还可以显示立体的静态或动态画面，是对传统平面显示的一种突破。而且丰富了显示的花样，增强的图形的效果，在实际应用中也可以广泛用于各种装饰显示，在将来显示技术的进步和发展中起了指导性作用，光立方显示比普通平面发光二极管点阵具有更加绚丽视觉效果，而且画面图案有更多的选择性。

本发明是采用ATmaga16单片机为核心控制器。

本发明制作一个8*8*8的三维的发光二极管立方显示体，能够通过编写程序来实现对每一个发光二级管的亮灭控制，从而可以显示多种多样的图案。为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够变化的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。

3D LED光立方总体框图如图1所示。电路大体上可以分成核心控制电路和显示驱动电路。核心控制电路部分包括一个ATmega16和一些外围电路。在整个电路当中此电路部分可以相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给显示屏部分发送命令。单片机根据编写好的内容和指令通过I/O口扩展后驱动8X8X8LED光立方显示屏。本次设计将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。

显示电路采用动态扫描方式进行显示时，每列有一个列驱动器，各列的同名行共用一个行驱动器。由单片机给出的行选通信号，从第一列开始，按顺序依次对各列进行扫描选通，根据锁存器的特性可以把数据锁存输出。这样就可以把八列的数据输出显示，完成列线数据的传送。另一方而，根据各列层面要显示的数据，通过三极管驱动继电器来控制相应层面的电平，列与层面的数据结合共同来显示图案。

电源电路原理图见图2所示。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和电容的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。该稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。在TTL器件电路广泛采用LM1805三端稳压器作为供电电源的控制器。

时钟电路：ATmega16单片机各功能部件的运行都以时钟信号为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的处理速度，时钟电路的质量也是直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。本次采用外部时钟方式。

ATmega16单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。时钟频率fosc采用12MHZ，C1、C2的电容值取22pF，电容的大小起频率微测的作用。时钟电路见图4所示。

行(层)驱动电路：层驱动电路的核心设计思想是由单片机3个I/O端口与三八译码器的输入端相连并且分别输出开关量0，1，三个端口分别组成8种不同的二进制数，每个二进制数代表对应三八译码器输出的一个端口，每个端口会驱动每一路apm4953，从而给每层供电，完成层层的供电。

本发明中采用的三八译码器为74HC138。74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。

74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入(A0，A1和A3)，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出(Y0至Y7)。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效(E1和E2)和一个高有效(E3)。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32(5线到32线)译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。

它的主要特性：1.采用CMOS工艺

2.低功耗

3工作电压：3v～5v

电路原理图如图6所示。

LED显示驱动采用apm4953，电路原理图如图7所示。

列驱动器采用现有技术实现。

本实施方式中光立方的制作及工作原理介绍：

3D LED光立方搭接

(1)LED元件选型

3D8光立方采用高亮蓝色草帽头LED。设计中LED可以更换为其他型号的，只需满足以下条件：

1)额定驱动电压3.3v(2.7v-3.8v)。

2)额定驱动电流为20mA。

3)阳极管脚长度27±1mm，阴极管脚长度为25±1mm。

(2)LED亮度测试方法

1)可使用两节常见的1.5V的干电池判断LED的阳极阴极。

2)将万能面包板接通电源，将LED插入面包板的一对插孔内，其中靠近边缘的为阳极、另一个为阴极，观察其是否能被正常点亮，并可以改变限流电阻改变亮度，观察该型LED的可测亮度范围。建议从最低亮度开始，防止LED被烧毁。

(3)LED光立方搭接方法

为了保持整体的通透性、立体感，3D8光立方没有设计额外的LED支架，所有搭接直接使用LED自身的管脚。

1)水平折弯：基本徒手就可以保证焊接的整齐性和保证角度的统一。

2)垂直折弯：可借助尖嘴钳，目的是让阴极摆出发光体一部，使其可以与其上下的LED进行搭接。

(4)由点到线

准备一块木板，在上面打上8x8的64个孔，分布均匀，其间距为22.86mm，孔径以配合LED为准。将折弯好的LED插入一排插入以后，其阳极正好可以搭接在一起。进行焊接，实现线行内共阳的操作。

(5)由线到面

将焊好的一条一条LED平躺在平面上，实现束方向阴极的焊接。上方LED与下方LED阴极搭接的位置，可用LED自身根部的突起作为标志。控制层与层间距，理想值依然为22.86(2.54*9)mm。

(6)由面到体

将垂直各面依次插到面包板上面，以后，将露出的阳极引脚横向折90°，是其可以与其前后同一高度(同一层)的阳极进行焊接，实现各8x8平面的层共阳。实现层共阳以后，我们就得到了共计8条对阳极引线，通过漆包铜线，实现各层的阳极线与主板的连接。其中最顶层的对应最靠近DC电源插座的阳极座。

(7)静态测试

进行LED的静态测试，对内部常亮点、常暗点进行更换。由于LED还是比较娇贵的元件，焊接过程中，应避免静电造成LED的损伤。最好使用防静电焊台，并佩戴防静电手环。有硬件制作基础的朋友，可以制作一个简单的单面测试的模块，借助鳄鱼夹，对面内各点进行测试，从而避免在各层都实现共阳连接以后再从中拆出个别坏点。就原理图来说，3D8的LED搭接结果相对简单，512个LED，分为64束，8层，束内共阴，层内共阳。

3D LED光立方工作原理：

本发明介绍一个3D LED光立方显示屏的制作，在单片机的P0口输出显示代码，通过片选哪一列对应的芯片就可以把显示的内容送到显示屏显示。考虑到P0口必需设置上拉电阻，我们采用4.7kΩ排电阻作为上拉电阻。整体显示框图9。

设计原理：利用单片控制LED点阵显示的原理和控制技术，来制作控制光立方显示。通过编写程序控制不同LED的显示，显示所要显示的内容。根据人眼的视觉暂留效应，设置每幅画面的延迟时间使连续的一系列画面呈现动态。最终达到所要显示的内容。每个灯都是由层控制端和列控制端共同决定亮或灭。

在三维光立方中采用动态扫描显示，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。现简单描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏的区别在于，它还包括复位电路6，所述复位电路6的复位信号输出端与单片机1的复位信号输入端连接。

复位电路：ATmega16单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，PC初始化为0000H。单片机从这个状态开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序行出错(如程序“跑飞”)或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需要按复位键即RST脚为高电平，使ATmega16摆脱“跑飞”“死锁”状态而重新启动程序。

单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动按键电平复位方式。本设计采用上电复位方式，电路搭建图见图5所示。上电复位：复位电路由两部分组成，电容和电阻。当系统通电时VCC上电压从无到有在RESET处会先处于高电平一段时间，然后由于该点通过电阻接地则RESET该点的电平会逐渐的改变为低电平，从而使得单片机复位口电平从1到0，达到给单片机复位的功能。这样一种复位方式就是所谓上电复位。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏的区别在于，电源7为输出电压为5V的直流电源。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏的区别在于，它还包括串口通信电路，所述串口通信电路的串口信号输出或输入端与单片机1的串口信号输入或输出端连接。

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。

ATmega16单片机具有全双工串行UART通道，支持单片机进行数据的串行通信传输。除了单片机要与PC机制定通信协议，确定发送速率外还需要解决的问题就是信号电平问题。RS-232C标准规定了PC机发送数据总线TXD和接收数据总线RXD采用EIA电平，即传送数字“1”时传输线上的电平在-3～-15V之间；传送数字“0”时，传输线上的电平在+3～+15之间。但单片机串行口采用正逻辑TTL电平，即数字“1”时为+5V数字“0”时为-5V，所以单片机与计算机不能直接相连进行通信必须将RS-232C与TTL电平进行通过芯片转换。串口通信系统电平转换电路图见图8所示。

在通用的电平转换芯片中MAX232系列的芯片以集成度高，单+5V电源工作，只需外接5个小电容即可完成RS-232C与TTL电平之间的转换而成为单片机系统中的常用芯片。该电路用于测试程序，以及系统软件的修改。本系统软件编写的程序可直接通过PC机的串行口，再经过MAX232电平转换下载到单片机中，从而去执行相应的功能。在该显示系统中，MAX232为通信系统中最重要的硬件组成部分。

Claims

1.基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，其特征是：它包括单片机(1)、列驱动器(2)、行驱动器(3)、LED点阵显示屏(4)、时钟电路(5)和电源(7)；

所述单片机(1)的列驱动信号输出端与列驱动器(2)的列驱动信号输入端连接；所述列驱动器(2)用于驱动LED点阵显示屏(4)中的每列LED同时点亮或熄灭；所述单片机(1)的行驱动信号输出端与行驱动器(3)的行驱动信号输入端连接；所述行驱动器(3)用于驱动LED点阵显示屏(4)中的每行LED同时点亮或熄灭；时钟电路(5)的时钟信号输出端与单片机(1)的时钟信号输入端连接；电源(7)同时为列驱动器(2)和行驱动器(3)提供工作电源；

所述单片机(1)采用型号为ATmaga16的单片机实现；

所述行驱动器(3)采用型号为MC74HC137AD的芯片实现。

2.根据权利要求1所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，其特征在于它还包括复位电路(6)，所述复位电路(6)的复位信号输出端与单片机(1)的复位信号输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，其特征在于电源(7)为输出电压为5V的直流电源。

4.根据权利要求3所述的基于ATmaga16的单片机的立体广告屏，其特征在于它还包括串口通信电路，所述串口通信电路的串口信号输出或输入端与单片机(1)的串口信号输入或输出端连接。