基于C51单片机模拟计算器系统设计.doc

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1、大庆石油学院应用技术学院毕业论文 摘 要 单片计算机即单片微型计算机。由 RAM ,ROM,CPU 构成，定时，计数和多种接 口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业 自动化上。而 51 系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课 程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 单片机也被称为 微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工 业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计 理念是通过将大量外围设备和CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小， 更容易集成进复杂的而对体积要求

2、严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最 早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分 道扬镳。早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031 上发展出 了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。 随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16 位单片机，但因为性价比不理 想并未得到很广泛的应用。 本设计主要设计了一个基于 AT89C51 单片机的电子计算器。并在 LED 上显示 相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式

3、的转换。 应用 Proteus 的 ISIS 软件实现了单片机计算器时钟系统的设计与仿真。该方法仿 真效果真实、准确，节省了硬件资源。 关键字：单片机；计算器；键盘扫描，8051 单片机。 一 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 1 1电子计算器 1.1 电子计算器简介 1 11 计算器（calculator ；counter ） 一般是指“电子计算器” ，该名词由日文传入中国。计算器能进行数学运算的 手持机器，拥有集成电路芯片，但结构简单，比现代电脑结构简单得多，可以说 是第一代的电子计算机（电脑） ，且功能也较弱，但较为方便与廉价，可广泛运用 于商业交易中，是必备的办公用品之一。 1.12

4、电子计算器的基本结构 计算器一般由 运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可 选外围设备 组成。低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其 随机存储器只有一、二个单元，供累加存储用。高档计算器由微处理器和只 读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储单元以存放输入程序和 数据。键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。为减小计算器的 尺寸，一键常常有多种功能。显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示 器或液晶显示器等。除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。计算 器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。 为节省电能，

5、计算器都采用 CMOS 工艺制作的大规模集成电路（见互补金属 - 氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。计算器 可选用的外围设备有微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等。 1.13 电子计算器的功能 1.131 计计算算器器的的功功能能 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 2 使用计算器可进行加 (+)、减(-)、乘(*)、除(/)、开方(sqrt)、百分数(%)、 倒数(1/x)等简单算术计算。 计算时可使用鼠标点击按钮进行操作，也可在键盘的数字键区呈开启状时， 通过数字键区的按键进行操作。 (2)选中“查看”菜单下的“科学型”单击项，可将计算器由 “标准型”转换成 “科学型

6、”。 (3)“科学型”用于进行统计计算和科学计算，还可以用于进行不同进制数的 转换。 统计计算：可计算一系列数据的和，平均值等。 科学计算：可进行函数、对数运算，以及阶乘、幂运算等。 数制的转换：可进行十进制、二进制、八进制、十六进制整数的相互转换。 其中有很多的特殊符号，例如： PI 等于 的意思，就是 3.14159265358979 6.28318530717959 9.42477796076938 ln 就是自然对数，在数学中 ln(x)是以 e 为底的 x 的对数，f(x)=ln|x|的 导函数为 f(x)=1/x。 log 据个例子就是： 1g5,是以 10 为底的对数， 10 是

7、可以省略的，等于 0.6989700043。 sin 角 A 的对边与斜边的比叫做角 A 的正弦，记作 sinA，即 sinA= 角 A 的对边/斜边 cos余弦定理是揭示三角形边角关系的重要定理，直接运用它可解决 一类已知三角形两边及夹角求第三边或者是已知三个边求角的问题，若对余弦 定理加以变形并适当移于其它知识，则使用起来更为方便、灵活。 tan正切函数是直角三角形中 ,对边与邻边的比值。 n!这个是数学中的阶乘。 等等这些符号有利于我计算，方便快捷的得出结果 1.132. 计算器的起源和发展计算器的起源和发展 最早的计算工具诞生在中国。 中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹

8、。这种算筹多用 竹子制成，也有用木头，兽骨充当材料的约二百七十枚一束，放在布袋里可 随身携带。 直到今天仍在使用的 珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明， 明代时的珠 算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。 17 世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发 明的纳皮尔算筹 ，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不 仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数，指数函数和对数 函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良 好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 3 2单片机 本次设计的应用的单片

9、机简介 2.11 单片机是什么？ 一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的 中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时 器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 2.12 单片机的发展史 1 .4 4 位单片机位单片机 1975 年，美国德克萨斯仪器公司首次推出 4 位单片机 TMS-1000；此后，各个 计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的 MN1400 系列，美国洛克威尔公 司的 PPS/1 系列等。四位

10、单片机的主要应用领域有：PC 机的输入装置，电池充电 器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器， 电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 2 . 8 8 位单片机位单片机 1972 年，美国 Intel 公司首先推出 8 位微处理器 8008，并于 1976 年 9 月率 先推出 MCS-48 系列单片机。在这以后，8 位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和 仙童公司合作生产的 3870 系列，摩托罗拉公司生产的 6801 系列等。随着集成电 路工艺水平的提高，一些高性能的 8 位单片机相继问世。例如，1978 年摩托罗拉 公司的 MC6801 系列及齐洛格公司的

11、Z8 系列，1979 年 NEC 公司的 UPD78XX 系列。 这类单片机的寻址能力达 64KB，片内 ROM 容量达 4-8KB，片内除带有并行 IO 口 外，还有串行 IO 口，甚至还有 AD 转化器功能。8 位单片机由于功能强，被广 泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各 个领域。 3 . 1616 位单片机位单片机 1983 年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列 16 位单片机纷 纷面市。这一阶段的代表产品有 1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列，1987 年 Intel 推出了 80C96，美国国家半导体公司推出的

12、HPC16040，NEC 公司推出的 783XX 系列等。16 位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场 合。 4 . 3232 位单片机位单片机 随着高新技术只智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处 理，复杂实时控制，网络服务器等领域的应用与发展，20 世纪 80 年代末推出了 32 位单片机，如 Motorlora 公司的 MC683XX 系列，Intel 的 80960 系列，以及近 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 4 年来流行的 ARM 系列单片机。32 位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展 及开发成本和产品价格的下降，将会与 8 位单片机并驾齐驱。

13、 5 . 6464 位单片机位单片机 近年来，64 位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信， 算法密集的实时控制场合已有应用，如英国 Inmos 公司的 Transputer T800 是高 性能的 64 位单片机。 2.132.13 单片机的特点单片机的特点 1 . 单片机的存储器 ROM 和 RAM 时严格区分的。ROM 称为程序存储器，只存 放程序，固定常数，及数据表格。RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放用户 数据。 2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻 辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。 3 . 单片机的 I/O 口通常时多

14、功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为 了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处 于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时 ，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来 了很大的方便。 2.14 89C51 单片机介绍 VCC：电源。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程 序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第

15、八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入 口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1 口 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程 和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高

16、，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内 部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存 储器进行存 取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当 对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 5 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD

17、3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U4

18、AT89C51 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器

19、写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于 施加 12V 编程电源（VPP）。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 6 3.控制系统的硬件设计 3.1 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分

20、析，最终认为 89C51 是最理想的电子时钟开发芯 片。89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，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，ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器，而且它与 MCS-51 兼容， 且具有 4K 字节可编程闪烁存储器和 1000 写/擦循环，数据保留时间为 10 年等特 点，是最好的选择。 3.2 LED 显示工作原理 LED 显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的

21、平面式显示屏幕。 由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应 能力强 等优点，自 20 世纪 80 年代后期开始，随着 LED 制造技术的不断完善，在 国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入 90 年代国民经济高速 增 长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一 市场形势，因而在 LED 显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。 LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的 全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度 LED 显示器及蓝色 发光灯等）和系统的组成（计算机化的

22、全动态显示系统）等方面都取得了长足的 进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应 用条 件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。 我国 LED 显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，至今已经形成了一个具有 相当 发展潜力的产业。应该指出的是，我国 LED 产业不但在应用技术上取得了巨 大的成功，而且在创新能力上有出色的表现，例如北京中庆数据设备公司研制的 ZQL9701 超大规模芯片，就代表了当前 LED 显示屏控制电路的国际水平。与国内 LED 显示屏产业的迅速发展相比，目前关于 LED 显示屏的图书资料显得太少，不 便于设计制造人员

23、及运用维护人员的工作，由此萌发了编写一本 LED 显示屏技术 用书的想法，适逢电子科技大学出版社之邀，斗胆动笔草就本书。书中分别就 LED 显示屏的概况、LED 显示器件、图文显示屏、图象显示屏、 视频显示屏等有 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 7 关技术问题进行了叙述，以期使从事各类 LED 显示屏工作的读者能够从本书中得 到一些有用的材料。由于 LED 显示屏是多种综合应用的产品，涉及光电子学、半 导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个方路及方法还 要花较大篇幅进行 介绍，容易冲淡主题。反过来采用集成电路和单片机等简单普 及的刻与 LED 显述硬件又有软件。上述各个领

24、域都自成体系，在本书中无法一一 尽述，只能以显示意 直接有关的部分，而不追求各相关技术自身的完成性；二、 尽量采用简单普及的方案进不方案，可以追求相关技术的先进性。例如在一些控 制电路中，能用常规集成 电路实现，而又面，既示避免各个相关技术“从头说起” 的麻烦，从而达到精简内容突出重点的目的。而不行描屏有进行讨论。书中在处 理相关领域技术方面采取了 以下两条对策：一、侧重叙述屏为主线，介绍相关技 术在 LED 显示屏中的应用，不采器件的方案。 （一）系统组成本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统 软件等组成。 计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用 户对

25、系统的不同要求选择不同的类型。 显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动 LED 发光 产生画面，并通过增加功放、音箱输出声音。 视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像 机等，支持 NTSC、PAL、S_Video 等多种制式。 系统软件：提供 LED 播放专用软件，powerpoint 或 ES98 视频播放软件。 系统原理图如下： （二）系统功能该系统具备如下功能： 以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器(VGA)窗口某一区域逐点 对应，显示内容实时同步，屏幕映射位置可调，可方便随意地选择显示画面的大 小。 显示点阵采用超高亮度 LED 发光

26、管(红、绿双基色)，256 级灰度，颜色变 化组合 65536 种，色彩丰富逼真，并支持 VGA 24 位真彩色显示模式。 配备图文信息及三维动画播放软件，可播放高质量的图文信息及三维动画。 播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形 式。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 8 使用专用节目编辑播放软件,可通过键盘,鼠标、扫描仪等不同的输入手段 编辑、增加、删除和修改文字、图形、图像等信息。编排存于控制主机或服务器 硬盘,节目播放顺序与时间,实现一体化交替播放,并可相互叠加。 可以接收显示录像机、影碟机等视频信号。 LEDLED 视频显示系统：视频显示系统： 系统介

27、绍及特点 1. 模块化设计：电路设计按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少 的联系，极大地提高了系统的稳定性、可靠性。调试难度、维护难度大大降低， 可靠性高。所有硬件电路全部选用进口元器件，品质高，可靠性好。 2. 先进的分布式扫描技术：显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被 分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元之间的信号传递采用信号锁存技术进 行同步控制。显示的稳定性大大增加。 3. 精心设计的通信接口技术：通信距离可达 1000 米。可以抗击15KV 的静 电放电冲击。RS-422 专用设计接口。极大地提高了系统通信的可靠性。 4. 软件设计新颖：WINDOWS 风格界面，设计

28、专用软件经验丰富。软件功能强、 操作简便。通用显示屏软件具有良好的用户界面，清晰的菜单窗口，用户可以根 据需要，任意编排节目，既能播放录像，也能播放动画文字、插播消息等。 5. 可视性好：产品采用进口 LED 晶片，构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、 视角大、寿命长（100,000 小时）稳定性高、响应速度快等特点。 6. 易于安装：采用显示单元板或显示单元箱体，根据用户要求和应用场所要 求任意组装成所需要的显示屏尺寸，并且便于维护。 LEDLED 电子显示屏系统简介及分类电子显示屏系统简介及分类 近年来 LED 显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税 务、机场、车站、证券市

29、场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等多种 需要进行公告、宣传的场合。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 9 目前 LED 显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建 设的标志。随着社会经济的不断进步，以及 LED 显示技术的不断完善，人们对 LED 显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广。 LED 是发光二极管 Light Emitting Diode 的英文缩写。LED 显示屏是由发光 二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有如下优点： 1、耗电省、2、使用寿命长、3、成本低、4、亮度高、5、视角大、6、可视距离 远、7、规格品种多。 LED

30、 显示产品系列 A、单色、彩色条形显示屏、B、计算机控制数码显示屏、 C、单色图文显示屏、D、三色（红、绿、黄）图文显示屏、E、点阵和数码混合显 示屏（证券屏）、F、双基色（红、绿）多媒体视频同步显示屏、G、三基色（红、 绿、蓝）多媒体视频同步显示屏 LED 显示屏分类方式按显示颜色分为：单红色、单绿色、红绿双基色、 红绿 蓝三色按使用功能分为：图文显示屏、多媒体视频显示屏、行情显示屏、条形显 示屏按使用环境分为：室内显示屏、室外显示屏、半户外显示屏按发光点直径分 为：3.0、3.7、4.8、5.0、8.0、ph8、ph10、ph16、ph20 等。 LED 显示屏技术特点 A、效果卓越：采用

31、动态扫描技术，画面稳定，无杂点， 图像效果清晰，动画效果生动，多样；视频效果流畅；B、内容丰富：可显示文字、 图表、图像、动画、视 频信息；C、方式灵活：可由用户任意编排显示模式；D、 质量保证：采用进口发光材料、高品质 IC 芯片、无噪声大功率电源；E、信息量 大：显示的信息不受限 制；F、维修方便：模块化设计，安装，维护方便； 使用环境：LED 显示屏按使用环境分为室内 LED 显示屏和室外 LED 显示屏。 显示颜色：LED 显示屏按显示颜色分为单基色 LED 显示屏（含伪彩色 LED 显示屏） ，双基色 LED 显示屏和全彩色（三基色）LED 显示屏。按灰度级又可分 为 16、32、6

32、4、128、256 级灰度 LED 显示屏等。 显示性能：LED 显示屏按显示性能分为文本 LED 显示屏、图文 LED 显示屏， 计算机视频 LED 显示屏，电视视频 LED 显示屏和行情 LED 显示屏等。行 情 LED 显 示屏一般包括证券、利率、期货等用途的 LED 显示屏。 基本发光点非行情类 LED 显示屏中，室内 LED 显示屏按采用的 LED 单点直径可分为 3mm、3.75mm、5mm、8mm、和 10mm 等显示 屏；室外 LED 显示屏按采用 的象素直径可分为 16mm、19mm、22mm 和 26mm 等 LED 显示屏。行情类 LED 显示屏中按采用的数码管尺寸可 分

33、 2.0cm(0.8inch)、2.5cm(1.0inch)、 3.0cm(1.2inch)、4.6cmm(1.8inch)、 5.8cm(2.3inch)、7.6cm(3inch)等 LED 显 示屏。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 10 大屏幕显示屏业绩上海市八万人体育场、上海大众汽车公司、上海国际 信托投资公司、上海房产交易所、宝山钢铁公司等.大屏幕拼接显示屏系统 一般 用户在需要同时观看的信源较少时，适合选择单机大屏幕。但在较为复杂的监控 中，如大型邮电通信系统、道路交通管理、能源分配输送、工业控制、110 报 警 等领域，需全景浏览，统一指挥，就必须选择大屏幕拼接系统。大屏幕拼接

34、系统 不再受单机分辨率和亮度的影响，例如一个 22 四个单机的拼接系统，单机分辨 率为 1024768，亮度为 500lm，则拼接后的系统分辨率为 20481536，亮度为 2000lm。 拼接系统主要由三部分组成：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中 控制系统是核心，目前世界上流行的拼接控制系统主要有三种类型：硬件拼接系 统、 软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系统。 硬件拼接系统是较早使用 的一种拼接方法，可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口：即在四屏组成的底 图上，用任意一屏显示一个独立的画面。由于采用硬件拼 接，图像处理完全是实 时动态显示，安装操作简单；缺点是拼接规模小，只能四

35、屏拼接，扩展很不方便， 不适应多屏拼接的需要；所开窗口固定为一个屏幕大小，不 可放大、缩小或移动。 软件拼接系统是用软件来分割图像，采用软件方法拼接图像，可十分灵活的对图 像进行特技控制，如在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开 的窗 口任意拖动，在控制台上控制屏幕墙，如同控制自己的显示器一样方便。 软件与硬件相结合的拼接系统,可综合以上两种方法的优点,克服其缺点。这种系 统可以实用显示多个 RGB 模拟信号及 XWindow 的动态图形，是为多通道现 场即时 显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制/舆接口，来实现不同窗口的动态显示。 它透明度高：图像叠加透明显示，共有 256

36、级透明度，令动态图像和背 景活灵活 现。并联扩展性极好：系统采用并联框结构，最多可控制上千个投影机同时工作。 投影显示墙的比较 CRT LCD DLP 目前国际上流行产品的尺寸（对角线/英寸） 41、44、51 72、84、100、120、150 50、60、67 光源 7 英寸投影管灯泡，灯 泡 一般使用寿命（小时） 大于 10000 1000-6000（UHP） 8000-10000（UHP） 物理接缝（gap between screen） 0.8mm 0.8mm 0.8mm 光学接缝（gap between image） 1mm 1mm 0.8mm 使用的单元数增加会增加对控制系统的要

37、求， 因此会增加造价 其他 必须增加蠕动功能，否则会产生 burning 效应 无此要求 颜色（相对） 色还原性最好 最差 介于两者之间 亮度 最低（7 英寸 170ANSI 流 明） 较高（600ANSI 流明以上） 较高（600ANSI 流明以上） 会聚 要进行会聚调 试 单元分辨率 640*480/800*600 800*600/1024*768/1280 x1024 800*600/1024*768/1280 x1024 亮度均匀性 75% 85% 85% 使用场合 视频显示 最佳 计算机图文 计算机图文/视频 维护 可能进行会聚和颜色调整，更换投影管 只要更换灯泡时进行颜色和亮度调整

38、 只要更换灯泡时进行颜色和亮度调整 单屏： 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 11 (镶墙式、箱体式） 组成：单屏大屏幕一般由投影机、背投屏幕、金属结构、光 学反射系统及散热系统组成。 功能：主要用于动态视频图像及计算机图像的显示，就如一台超大的显示器 或电视机。 优点：造价低，屏幕尺寸较灵活，一般有 72(1463mm1097mm)， 84(1706mm1280mm)， 90(1854mmm1396mm)， 96(1950mm1463mm), 100(2032mm1524mm), 120(2438mm1828mm), 125(2508mm1874mm), 140(2845mm2134mm),

39、 150(3048mm2286mm),160(3252mm2440mm),无拼 接缝。 缺点：屏幕尺寸越大，要求背投空间越大 灯泡寿命短(约 1000-6000 小时) 不能连续 24 小时工作(若必须 7/24 连续工作，需选择专业控制室投影机，造价高) 拼接投影墙(大尺寸拼接） 由多台投影机，多个屏幕，矩阵及图像处理器构成， 一般用于高分辨率，超大屏幕以及多画面显示。 单元屏幕尺寸一般有 72(1463mm1097mm)，84(1706mm1280mm)， 90(1854mm1396mm)， 96(1950mm1463mm), 100(2032mm1524mm), 120(2438mm18

40、28mm), 125(2508mm1874mm), 140(2845mm2134mm), 150(3048mm2286mm),160(3252mm2440mm),投影机一般选用 LCD 或 DLP 投 影机、屏幕可选择进口光学透镜屏或国 产散射屏。 优点： 1)显示面积巨大，造价较低。 2)单元屏幕尺寸，控制较灵活，可方 便控制显示面积。 缺点： 1)单元屏幕尺寸越大，所需背投空间越大。 2)由于多块屏幕拼接在一起就会有亮度，颜色的差异，需要挑选投影 机及对投影机镜头与光学透镜屏的光焦匹配，尽可能做到单屏中心亮度 与 4 角亮度均匀，多块 屏幕亮度与颜色一致。 3)灯泡寿命短，约 1000-6

41、000 小时，与所选投影机有关。 4)不能连续 24 小时工作(若必须 7/24 连续工作，需选择专业控制室 投影机，造价高)。 3.33.3 工程技术工程技术 （1）采用进口 LED 优质管芯制作全彩显示屏：具有视角大、功耗小、色彩均 匀一致、屏厚超薄、屏体重量轻、故障率低、易维护等优势。 （2）采用 PCTV 卡：该卡是一块性能卓越的集显示、采集、视频捕获等功能 的多媒体显示卡，该卡附有一个 Studio 编辑软件。Studio 是 Pinnacle Systems 公司的一个备受赞誉的软件，其与现有通用普通多媒体卡相比较它有如下优势： 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 12 使用户能够在

42、自己的 PC 机上制作数字电影、捕获视频、编辑和添加风格化的标 题、转换，甚至自己的乐曲以及数字视频制作的叙述。 Studio 可以让用户选择以 MPEG 或者 AVI 文件的格式输出视频并且存储到 CD 盘 上，或者在 Web 站点上展示，或者创建视频电子邮件。由于 Studio 可以和 Pinna cle Systems 公司的一系列的捕获装置进行工作，视频捕获变得前所没有的轻而 易举。 Studio 的应用软件象一个 VCR 有从容易到用着好、更好、最好的质量形式，并 且计算计算机能存储多少视频。Studio 自动发现和记录场景变化，使编辑变的轻 而易举。 使用 Studio 来创作是一

43、个快速的和交互的过程。使用即时预览视窗可以在编辑 的任何时候预览电影，即所看即所得。 如果不喜欢标题或者效果，可以做一个改变并且可以立即看到这种改变，视频 编辑从来没有象这样快速和有趣。够自由、够个性化，还具有背景音乐、画外音 等效 果。 （3）采用最新 DVI 接口技术： DVI 接口（Digital Visual Interfac e）是 PC 机与数字式平板显示器（包括）接口的工业标准，众所周知，计算机是 数字式的，即它所处理的信息全是数字量，但是迄今用得最广泛 的 CRT 显示器( 如电视机)是模拟式的。因此在将计算机处理好的数据送往显示器显示之前，必须 做一个数/模转换（D/A），这

44、种处理造成了信息的损失和显 示效果的缺陷。LCD 、PDP、HDTV 等新一代显示器本身就是数字式的，用传统的方式，计算机图形卡 的输出（模拟量）还要再经过模数转换（A/D）才能 送往显示器，这又造成新的 损失和麻烦。采用 DVI 接口，开发的 LED 显示系统可直接从 PC 机的 DVI 接口取数 ，不需要银河卡之类的专用显卡，也不需要特殊 的采集卡，可不受 PC 机的限制 ，由于没有 D/A 和 MD 转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证了计算机图像 在显示屏中的完美再现。同时由于 DVI 是工业 标准所以虽然带宽高达 83MHZ，也 能很好地工作。现在 DVI 可支持 VGA（640

45、480）到 HDTV（19201080）和 QXGA （20481536）的所有显示模式。除此以外采用 DVI 接口，开发的 LED 显示系统 ，在获得稳定可靠的显示数据的基础上，还能将许多重要的功 能集成在一起，例 如：无数据损失 不受到 PC 机限制 方便升级一般显示卡内存为 8M，而该 卡内存为 128-256M窗口位置和大小的调整；帧频高达 60HZ；非线性调整输 出，更适合人眼观 看；100 级屏体亮度控制；恒流驱动；单元板红、绿、 蓝三色亮度分别可调，消除马赛克。 （4）采用室内全彩系统：该芯片除了完成显示数据的分配任务之外，其特性是将 接收的 8 位（8 bit）显示数据转换成

46、12 位的 PWM 输出脉冲，使显示屏实现 4096 （12bit）级灰度控制保证非线性 256 级视觉灰度的实现，达到全真彩色的视觉效 果，能在根本上解决了数字显示系统由于数据传输量过大造成的系统复杂。具有 如下特点： 简单性 由于系统最为复杂的数据转换部分都以芯片内部逻辑的形式实现，使系 统变得非常简单。 大庆石油学院应用技术学院毕业论文 13 易维护性 与简单性直接相关的是系统的易维护性，由于免去了复杂的控制部分 ，系统维护变成了一项由初级技术人员就可以完成的工作，这既降低了总体维护 成本、又提高了用户满意度。 高可靠性 系统控制部分的简单进一步带来了系统的高可靠性，这也主要是因为 集成

47、芯片技术相比于分离器件技术具有数倍的稳定性。 高性价比 系统以最可靠的性能实现屏幕基色 4096 级灰度的控制，图象显示逼 真、自然，实现同等显示控制效果。 单元化、结构化设计 与目前行业的发展方向相一致，大型显示屏系统在屏体结 构上采用单元化设计，系统连线直观简便，不但保证了显示屏体的大小可以根据 需要拼接调整，而且使系统 的安装、调试与维护变得极为简便，从而最大程度地 降低显示屏系统的不可见故障率。 工业化可靠性设计 系统采用单元化设计，取代了传统设计中大量的分离器件， 使系统的可靠性与稳定性大幅度提高。 全套方案组成 系统包含数据源、传输设备、数据处理、数据分配及软件管理工 具等，使 L

48、ED 显示屏的建设变为简单标准化。该技术在实际应用过程不断得到发 展与完善，已经成为一套最为成熟、稳定、便于实施的系统方案。 等同 CRT 的显示效果 LED 显示屏最为核心的性能指标是对每一基色（红、绿、 兰）所实现的灰度即亮度等级，目前国际的显示标准是要求每一基色达到视觉的 256 级灰度。专用灰度 控制芯片内置的处理逻辑可以输出达到 4096 级的灰度， 并从中选取与 CRT 显示器相拟合的 256 级灰度输出，使整体图像效果更加清晰、 逼真，富有感染力。 高解析度和高刷新频率 除了灰度等级之外，显示屏的另外两个性能指标是其解 析度和刷新频率。由于 LED 显示屏本身的特点和要求，传统的解决方案往往要以 丧失其中的一项或两项标准 作为另一项