單片機(jī)課程設(shè)計(jì)雙漢字16×16LED點(diǎn)陣廣告屏1

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)雙漢字 16X16LED點(diǎn)陣廣告屏1 第1節(jié)引言 1.1 述 2 LED 點(diǎn)陣顯示屏概 1.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀 7 3 1.2.1串行傳輸與并行傳輸技 1.3 第2節(jié) 總體方案論證與設(shè)計(jì) 2.1 LED 驅(qū) 動(dòng) 塊 4 2.2 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 塊 4 2.3 總體硬件組成 圖 第3節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5 、3.1 LED驅(qū)動(dòng)模塊的硬件設(shè) 計(jì) 5 3. 1. 174 LSI 54 芯片介 計(jì) it 計(jì) 3. 1.2 驅(qū)動(dòng)電路 的 設(shè) 6 3.2 數(shù) 據(jù)存儲(chǔ) 電 路 的 設(shè) 7 3.3 PC 機(jī)通信 模 塊 的 設(shè) 5 8 第4節(jié)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì); 8 4.1 下 位 機(jī) 軟 件

2、流 程 8 4.2 上 位 機(jī) 軟 件 9 第5節(jié)系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分世11 5.1 橫 用 的 儀 器 儀 表 11 系統(tǒng)調(diào) 試 11 5.2. 1 硬 件 調(diào) 試 11 5.2.2 軟 件 調(diào) 試11 5.2.3 硬件軟件聯(lián) 調(diào)12 5.3 測(cè)試結(jié) 果12 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏 第1節(jié)引言 LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏 幕。它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境 適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公 共場(chǎng)合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏

3、到現(xiàn) 在的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程，自20世紀(jì)八十年代開始，LED顯示屏的應(yīng) 用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。 1.1 LED點(diǎn)陣顯示屏概述 LED點(diǎn)陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示 的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片內(nèi)，能進(jìn)行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱 為單顯示型；另一種在機(jī)內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進(jìn)行 內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。 目前，國內(nèi)的LED點(diǎn)陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對(duì)較少, 顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時(shí)，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的 EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時(shí)就非

4、常困難，這樣使該類型的顯示屏使 用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏可編程序型LED顯示屏， 雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存 在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存 在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點(diǎn)。因此傳統(tǒng)的LED顯示 屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宜傳業(yè)的需要。而利用PC機(jī)通信技術(shù) 控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點(diǎn)。 1.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況 顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號(hào)控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路 及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行

5、傳輸與并行傳 輸技術(shù)、動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。 1.2.1串行傳輸與并行傳輸技術(shù) LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控 制技術(shù)，顯示屏每個(gè)單元內(nèi)部的不同驅(qū)動(dòng)電路和各級(jí)聯(lián)單元之間，每個(gè)時(shí)鐘僅 傳送一位數(shù)據(jù)。釆用這種方式的驅(qū)動(dòng)IC種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較 少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)元件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和性價(jià) 比，具體工程實(shí)現(xiàn)也較為容易。 1.2.2動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù) LED顯示屏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩 種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū) 動(dòng)寄存器，根

6、據(jù)共用一行驅(qū)動(dòng)寄存器的發(fā)光二極管像素?cái)?shù)目，分為1/4,1/16掃描 等。室外顯示屏基本上釆用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個(gè)發(fā)光一極管都對(duì)應(yīng)有一個(gè) 驅(qū)動(dòng)寄存器，無需時(shí)分工作，從而保證了每一個(gè)發(fā)光一極管的亮度占空比為 100%o動(dòng)態(tài)掃描法可以大大減少控制器的I/O 口，因此應(yīng)用較廣。 1.2.3自動(dòng)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制技術(shù) LED顯示屏的構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度 條件等都直接影響顯示屏的正常運(yùn)行。在LED顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需 要對(duì)溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)控制，也可根據(jù)需要，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示 屏的亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)以及工作方式的轉(zhuǎn)換等。 1.3本設(shè)計(jì)任

7、務(wù) 現(xiàn)在市場(chǎng)上各類基于LED的顯示屏校多，但大部分產(chǎn)品為單一模式的LED 顯示屏，其在顯示內(nèi)容的更換及顯示屏的重組等方面都存在不便之處。但隨著 信息化社會(huì)的迅速發(fā)展，LED顯示屏正在向顯示內(nèi)容豐富、信息更改方便等方面 發(fā)展。因此制作一款多功能的LED廣告顯示屏是非常有意義地。 本研究即以AT89C51單片機(jī)為核心，采用串行傳輸、動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，制作 一款擁有PC機(jī)通信功能的，模塊化LED多功能顯示屏。 第2節(jié)總體方案論證與設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為LED顯示屏的控制核心,系統(tǒng)主要包括LED 驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PC機(jī)通信模塊等。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)逐一進(jìn)行論 證比較。 2.1 LE

8、D驅(qū)動(dòng)模塊 方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個(gè)LED發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一 個(gè)I/O 口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng)LED,原理簡單，驅(qū) 動(dòng)能力強(qiáng)，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi) 單片機(jī)的I/O 口，只適合于較小的系統(tǒng)。 方案二：采用動(dòng)態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的 一端（共陰或共2端），LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O 口，控制其亮滅。該方法 能驅(qū)動(dòng)較多的LED,控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。 比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用方案二。 2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 方案一：采用靜態(tài)RAM存儲(chǔ)顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

9、器具有存儲(chǔ)容 量大，傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。但其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)掉電后會(huì)消失，因此不適合用于存 儲(chǔ)長時(shí)間不變的數(shù)據(jù)。 方案二：采用ROM芯片存儲(chǔ)LED顯示屏要顯示的信息，采用ROM芯片可以長 時(shí)間的存儲(chǔ)信息，而且掉電數(shù)據(jù)不丟失，此種方式適合于存儲(chǔ)不變的數(shù)據(jù)。 方案三：采用串行EEPROM （如24C256等）存儲(chǔ)LED顯示屏要顯示的信息。 串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，它幾乎具有所有類型存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn): 不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價(jià)比，非常適合應(yīng)用于各類工業(yè) 測(cè)控系統(tǒng)。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件價(jià)格高、體 積大、可靠性低（這些器件如不采取措施

10、，在上電、下電時(shí)常會(huì)丟失數(shù)據(jù)）等 不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。 比較以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此選者方案三。 2.3總體硬件組成框圖 圖2-1總體硬件組成框圖 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊、PC機(jī)通信模塊。 第3節(jié)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對(duì)系統(tǒng)的 硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括LED驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PC機(jī)通信 模塊等三大模塊。 3.1 LED驅(qū)動(dòng)模塊的硬件設(shè)計(jì) LED驅(qū)動(dòng)模塊是LED顯示屏設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系 到LED顯示屏的亮度

11、、穩(wěn)定度等重要指標(biāo)。本次設(shè)計(jì)中LED的驅(qū)動(dòng)是采用三極 管和74LS154實(shí)現(xiàn)的。 3.1.1 74 LS154芯片介紹 74LS154是一個(gè)4-16譯碼器，其真值表如圖3-M所示。 $ 侖出 輸入 G1 G2 D C B A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 LL L L L L LHHHHHHHHHH H H H H H LL L L L H HLHHHHHHHHH H H H H H LL L L H L HHLHHHHHHHH H H H H H LL L L H H HHHLHHHHHHH H H H H H LL L H L L HHHHLH

12、HHHHH H H H H H LL L H L H HHHHHLHHHHH H H H H H LL L H H L HHHHHHLHHHH H H H H H LL L H H H HHHHHHHLHHH H H H H H LL H L L L HHHHHHHHLHH H H H H H LL H L L H HHHHHHHHHLH H H H H H LL H L H L HHHHHHHHHHL H H H H H LL H L H H HHHHHHHHHHH L H H H H LL H H L L HHHHHHHHHHH H L H H H LL H H L H HHHHHHHHH

13、HH H H L H H LL H H H L HHHHHHHHHHH H H H L H LL X X X X HHHHHHHHHHH H H H H L L H X X X X HHHHHHHHHHH H H H H H HL X X X X HHHHHHHHHHH H H H H H H H X X X X HHHHHHHHHHH H H H H H 圖3-1-174LS154的真值表 3.1.2驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 此系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路是由74LS154和三極管組成的，原理圖如圖3-1-2所示。 15 VCC P.0 GND PO.I /FA Po 1 P0.3 XTAU P0.4 P0.5 P

14、0.6 XTAL2 P0.7 RESET It* 1 P3.2SNT1) 2 P3.3SNT1) P2.3 P3.4(TOl P3 5(T1 Pl 4 ph S P2.6 Pl |) pi 7 Pl.l PI.2 P3.7VRD1 PI.3 P3.6VWRI li 4 /PSFN PI.5 ALE PI.6 P3.1 TXDi PI.7 P3.0(RXDi S9C-51 D! J? 19 IK 2(1 23 yy 39 TT TT 17 U 29 ZF TT To Al AS A4 A5 A6 LED8*8 AXBI B2 B3 B4 B5 B6 B7 BS A OUTO B C OUT1 O

15、UT2 0 OUT3 OUT4 Gl G2 OUT5, ouW OUT7$T OUTS； OUT9 OLTIO 0111 5JTI2 VCC QUT13 OLTM GND OLTI5 P1.4(；23T7 vcc |li i|R MPN vcc Q? NPN io 1T 14 13 16 L 圖3-1-2 LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖 如圖3-1-2 LED的行掃描端接到單片機(jī)89C51的P0 口，列掃描端接置三極 管的發(fā)射極。列掃描端（BlB8）用于LED的數(shù)據(jù)掃描，通過74LS154的譯 碼和三極管的驅(qū)動(dòng)，使LED發(fā)光。（AlA8）通過P0 口為LED的顯示給出相 應(yīng)的數(shù)據(jù)。 3. 2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

16、設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路由串行EEPROM 24C256組成。24C256是美國CATALYST 公司出品的一個(gè)1256K位的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS E2PROM,可用電擦除,可編程自定時(shí)寫周期（包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過10ms典 型時(shí)間為5ms）的串行E2PROM。該芯片有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方 式，還有另一種頁寫入方式。允許在一個(gè)寫周期內(nèi)同時(shí)對(duì)1個(gè)字節(jié)到一頁的若干 字節(jié)的編程寫入。24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖321和表321 Vcc WP SCL SDA 圖3-2-1 24C256的引腳排列圖 表321引腦 0功能描述 管腳名稱 功能 AOz. AK A2 器

17、件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù)/數(shù)址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫保護(hù) Vcc 1. 8V6 0V Vss 地 VCC 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)原理圖如圖3-2-2所示: 24CXX A0 VCC A1 WP A2 SCL VSS SDA 8 1 | VCC 圖3-2-2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)原理圖 該存儲(chǔ)電路僅由芯片24C256組成，SCL為串行時(shí)鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所 有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址，這是一個(gè)雙向傳輸端，用于 傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。當(dāng)LED顯示屏控制系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)89C51 通過讀SDA和SCL腳讀取24C256中的內(nèi)容，并將其顯示于LED顯示屏上。也可 以通過

18、上位機(jī)（PC機(jī)）將編輯好的數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到24C256芯片內(nèi)。 3. 3 PC機(jī)通信模塊的設(shè)計(jì) 該部分電路由芯片MAX232組成。其電路原理圖如圖3-3-1所示: 圖3-3-1通信原理圖 如圖3-3-1所示，單片機(jī)的串口通過MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換成EAI適合 的電平，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)和PC機(jī)之間的通信。 第4節(jié)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中我們 也才用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了 系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。 4.1下位機(jī)軟件流程 本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī)89C51）的主要功能就是實(shí)現(xiàn)LED顯示屏上字樣 的移位、顯

19、示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖421所示。 4. 2上位機(jī)軟件 本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件主要是編輯LED顯示屏顯示的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中采用 Visual Basic語言編寫了 LED顯示屏控制系統(tǒng)的內(nèi)容下載軟件。軟件界面如圖 4-2-1所示。 點(diǎn)陣LED IB W墾 1 !甲 導(dǎo)緊 指建丈 臨在矽 蒞重張 篆、俊 芋合陳 古吉 rs 學(xué)以屏師 科大老 息墨化導(dǎo) 信足岀籍 狀態(tài)：傳迸成功！字?jǐn)?shù)呂4.5己完成 100% 該VB軟件的主要難點(diǎn)在于將上位機(jī)的數(shù)據(jù)寫入下位機(jī)，其子函數(shù)如下: Private Sub ComWrite_Click() If READ = False Then If TEXTS

20、END. Text ” Then Call TEXTSEND_Change ComWrite. Enabled = False Time = 0 Timer2. Enabled = True READ = False wWrite = True Big = 0 MSComml. OutBufferCount 二 0 MSComml. InBufferCount = 0 MSComml. RThreshold = 1 HEXtxt = TEXTSEND. Text MSComml. Settings = 9600, o, 8,1 cc(0) = 144 + Chipindex芯片選擇，在單片機(jī)中

21、已確定 該位，當(dāng)發(fā)送該位與單片機(jī)中的確定為相同時(shí) MSComml. Output = cc ，在發(fā)完發(fā)送標(biāo)志位170后，單 片機(jī)將向PC機(jī)6發(fā)送應(yīng)答位AA cc(0)= 170發(fā)送標(biāo)志位170 MSComml. Output = cc WirteN =1 LenTxt =Len(HEXtxt) / 2 LabState. Caption =狀態(tài)：正在寫數(shù)據(jù) Else LabState. Caption =狀態(tài)：沒有數(shù)據(jù)可寫！ End If End If End Sub 第5節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 5.1使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表 單片機(jī)仿真器 燒寫器 雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源 DT9203 WAVE6000 GF2100 DH1718E-5 5.2系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試 和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功 能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：LED驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的調(diào)試，PC機(jī)通信模塊 的調(diào)試