基于單片機的LED顯示屏設計

1、南通大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告學生姓名曹萍學 號1專業(yè)電氣工程及其自動化(本一) 課題名稱基于單片機的LED顯示屏設計閱讀文獻情 況國內(nèi)文獻 17 篇開題日期2014.2.28國外文獻 3 篇開題地點1號樓105一 文獻綜述與調(diào)研報告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，本課題研究的意義和價值、參考文獻）1、 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢LED點陣顯示是一組像素幾萬至幾十萬的半導體發(fā)光二極管按矩陣均勻排列構(gòu)成的。不同的顏色取決于不同的半導體材料。目前使用最廣泛的顏色紅色、綠色、黃色。通過控制半導體發(fā)光二極管燈,LED顯示屏顯示不同的信息1。LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點而成為

2、目前最有前景最廣闊的綠色照明光源。LED的發(fā)展前景很廣闊，目前也正向多方向發(fā)展，有待實現(xiàn)更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性。LED顯示屏的應用涉及社會經(jīng)濟的許多領域，主要包括證券交易、金融信息顯示、電信、商場購物中心等服務領域的業(yè)務宣傳及信息顯示、廣告媒體新產(chǎn)品等2。隨著LED技術(shù)日趨成熟，LED的相關產(chǎn)品也越來越多，例如LED數(shù)碼管、LED交通燈、LED電光源、LED線條裝飾燈、LED四線彩虹管、LED顯示屏等。在汽車、廣告、日常生活、城市照明等諸多領域都可以看見它的身影?，F(xiàn)在高亮度LED成為其主要發(fā)展趨勢，其原因在于它 擁有三大市場：汽車車燈市場、交通信號標志

3、市場及LED顯示屏。現(xiàn)在各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產(chǎn)品，而是用上了豐富多彩的LED電子產(chǎn)品，為城市的增添了一道靚麗的風景。而且它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、發(fā)光效率高、故障少、視角大、可視距離遠、可靠耐用、組態(tài)靈活、安全、響應時間短、綠色環(huán)保、控制靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應能力強等特點。近年來LED顯示屏市場得到了迅猛的發(fā)展,由于LED電子顯示屏具有所顯內(nèi)容信息量大，外形美觀大方，操作使用方便靈活，已經(jīng)廣泛應用到銀行、郵電、稅務、機場、車站、證券市場及其它交易市場、醫(yī)院、電力、海關、體育場等需要進行多種公告、宣傳的場合。未來LED顯示屏會向著

4、標準化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展2。該設計廣泛涉及了計算機及電子技術(shù)中的電源技術(shù)，單片機技術(shù)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)，顯示技術(shù)，存儲技術(shù)，系統(tǒng)軟件技術(shù)，接口及驅(qū)動等技術(shù)。目前用單片機控制LED顯示屏有三種方法：單片機直接驅(qū)動LED顯示屏、利用單片機外部讀寫信號驅(qū)動LED顯示屏、利用單片機SPI接口驅(qū)動LED顯示屏3。首先用單片機直接驅(qū)動LED顯示屏的一個重要條件是，LED屏的長度和高度都不能很大。對于8位單片機來說，長度是為了滿足在384點以內(nèi)，而高度則與使用的單元板是單色（2條掃描線）還是雙色（4條掃描線）有關。8位單片機的數(shù)據(jù)寬度為8位，因為對于單色單元板來說。高度為138點，雙色單元板高度

5、為64點。按顯示數(shù)據(jù)的存儲位置可將單片機直接驅(qū)動LED顯示屏為兩種：一是將顯示數(shù)據(jù)存儲在程序存儲器里；二是將顯示數(shù)據(jù)存儲在擴展外部并行或串行數(shù)據(jù)存儲器中。利用單片機外部讀寫信號驅(qū)動LED顯示屏的工作原理。對于外部數(shù)據(jù)存儲器的基本讀寫與一般單片機擴展系統(tǒng)完全相同，唯一的區(qū)別是讀外部數(shù)據(jù)存儲器的讀信號作為LED顯示屏單元板的移位信號SCK，這一點是控制電路的關鍵所在1。它的設計理念是從外部數(shù)據(jù)存儲器中讀出的顯示數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU直接輸出。單片機的讀信號RD為低電平有效，單元板的移位信號上升沿有效，根據(jù)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀時序可以知道：關斷外部數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)輸出是需要時間的，當RD上升沿同時到達外部數(shù)

6、據(jù)存儲器RD端和移位寄存器組時鐘端時，移位寄存器組會將外部數(shù)據(jù)存儲器輸出的數(shù)據(jù)移入移位寄存器組。因而達到不經(jīng)過CPU而直接輸出外部數(shù)據(jù)存儲器中顯示數(shù)據(jù)的目的。可以利用SPI接口驅(qū)動LED顯示屏的原因。SPI接口的核心部分是8位串行移位寄存器，而LED單元板的最基本元件74HC595也是8位串行移位寄存器，因此適當?shù)卦O計單片機SPI和LED單元板的連接可以高速地顯示數(shù)據(jù)傳送到LED顯示屏。顯然將一個SPI器件對應于單元板的一條掃描線可以最大限度的發(fā)揮SPI器件的速度優(yōu)勢1。除了單片機之外，在微電腦系列中，目前廣泛使用的還有PC。在實際應用中，往往有必要讓單片機和PC協(xié)同作戰(zhàn)，把單片機的數(shù)據(jù)上傳給

7、PC，讓PC來存儲和處理這些數(shù)據(jù)，這樣能使單片機系統(tǒng)的功能變得更加強大。通常把單片機系統(tǒng)中的PC成為上位機。上位機在單片機系統(tǒng)中應用的關鍵就是二者之間的數(shù)據(jù)通信2。而目前能實現(xiàn)二者通信的接口也是多樣的，例如RS232C串行接口、RS485接口、上位機USB接口等。計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸中，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊是，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便的連接起來進行通訊7。單片機和上位機通信必須有連接兩者的硬件設備，這就是串行端口。與單片機串口對應的

8、，在上位機一端就是RS232C串行通信接口。由于RS232C接口的邏輯電平是特殊的負邏輯電平，而一般單片機接口是標準的TTL邏輯電平，二者不相匹配，如果直接連接不但會造成邏輯混亂，甚至會損壞芯片，必須要在他們中間加入邏輯電平匹配電路，才能使系統(tǒng)正常工作。MAX232就是這樣的芯片，它有5V供電，內(nèi)部有電源變換電路，可以自動向RS232C接口一端提供它需要的邏輯電壓，單片機一端仍然是標準的TTL邏輯電平9。RS485接口在51單片機系統(tǒng)中的使用。由于RS485接口仍然是串行數(shù)據(jù)傳輸方式，因此他在單片機系統(tǒng)的使用與RS232類似。只是要加入一個專用的RS484接口芯片，比如美國美信的MAX485芯

9、片，用它代替RS232接口中的MAX232芯片。綜上得，一個使用RS485接口的單片機和上位機通信系統(tǒng)，他的硬件設備在通信鏈路的最兩端和使用RS232C接口的系統(tǒng)是相同的。所以對于一個簡單的系統(tǒng)，這兩者的編程幾乎一樣，只是在單片機端增加了一根收發(fā)控制I/O線。USB接口是PC目前十分流行的一種新型串行接口總線，除了一般串行總線的優(yōu)點之外，還具有硬件簡單易用、傳輸速率快、自帶5V電源等特點，因此在各類電腦外設和數(shù)碼產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。常用的USB轉(zhuǎn)換芯片有CH341芯片10。2、意義與價值目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛，相關的從業(yè)人員也會越來

10、越緊缺。但同時應該清楚的認識到我國的LED技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國LED顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。3、參考文獻1 關積珍,陸家和. 我國LED顯示屏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展及展望J.現(xiàn)代顯示，2004， (02)：34-37.2 唐繼賢.51單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例精解M.上?？茖W技術(shù)出版社，2012，153-168.3張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用M.高等教育出版社，2010,194-212.4關積珍.LED顯示屏發(fā)展狀況及趨勢J.世界電子元器件，2000, (02)：47-49.5劉維富，陳建平.C+程序設計實踐教程M

11、.北京：清華大學出版社，2007,36-269.6湯勃,徐立偉.基于VB的PC機與單片機串行通信程序設計J.武漢理工大學學報,2002(4):89-90.7鄔芝權(quán)，李騏，劉全.基于51單片機的LED顯示屏開發(fā)技術(shù)M.北京航空航天大學出版社，2009，224-291.8 王亭，李瑞濤，宋召清.在Windows下PC機和單片機的串行通信J.微型機與應用，2000(1)：25-27.9 陳新忠.基于RS232總線的單片機多機通信軟件設計J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2002，(03) ：56-57.10徐愛鈞.單片機原理與應用：基于Proteus虛擬仿真技術(shù)M.機械工業(yè)出版社，2010，（7）：15-156.1

12、1 李桂平.LED屏幕顯示器的設計J.零陵師范學院學報，2002，(9)：67-68.12 文哲雄.用單片機控制LED顯示屏D.佛山：佛山科學技術(shù)學院，1995.13朱清慧,張鳳蕊.Proteus教程-電子線路設計、制版與仿真M.北京:清華大學出版社，2011,1-25314陳曉明，苗世紅，陳洪才.利用VC+ + 實現(xiàn)漢字與位圖點陣數(shù)據(jù)的提取J華中科技大學學報，2007,（9）：1-4.15龔建偉，熊光明.Visual+/Turbo C串口通信編程實踐M.北京：電子工業(yè)出版社，2008,58-98.16張紅兵,張寧達.VB6.0環(huán)境下利用Mscomm控件實現(xiàn)串行通信J.微型計算機信息，2001

13、（12）：15-17.18 David F Rogers.Computer graphics algorithmM.Beijing：China Machine Press，2002：97-99.19 Khodambashi S, Zakerolhosseini A, Fazlali M.A scalable architecture to control LED displays J.Industrial and Information Systems,Sep2010:456-459.二 本課題的基本內(nèi)容，預計解決的難題1、 基本內(nèi)容 本課題主要以單片機AT89S51為控制器的LED點陣顯示屏

14、系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。并且可以通過級連的方式來擴大顯示屏幕的尺寸以達到增加顯示內(nèi)容的目的。系統(tǒng)采用PC機作為上位機，上位機向單片機發(fā)送控制命令和上位機所存儲的顯示代碼，AT89S51單片機接收并處理PC機的控制命令以及顯示代碼，由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個1616分辨率的LED點陣顯示屏的掃描顯示。PC機與單片機之間的通信采用RS232C通信標準來實現(xiàn)。所選用的AT89S51單片機具有價格低廉程序?qū)懭敕奖愕奶攸c使得整個系統(tǒng)方便維護和檢修。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機少量的I /O口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴展的空間。2、 需解決的難題對點陣式LED顯示屏進行整體性

15、設計，也就是利用單片機通過驅(qū)動模塊控制點陣式LED顯示模塊，其中，LED驅(qū)動模塊的設計是本課題首要解決的問題。另外如何在上位機實現(xiàn)漢字庫的字模轉(zhuǎn)換還有上位機與下位機的通信如何來實現(xiàn)也是需要去研究掌握的內(nèi)容。三 課題的研究方法、技術(shù)路線研究方法：1.文獻調(diào)研法：通過網(wǎng)絡、書籍和數(shù)字圖書館查找搜集與基于單片機的LED點陣顯示相關的文獻資料，對研究課題的現(xiàn)狀有一定的了解。2、理論分析法：通過對資料的分析與整理，根據(jù)單片機、LED點陣顯示、傳感器等的理論知識，分析本課題研究的可行性。3、實踐驗證法：系統(tǒng)整體電路設計與軟件編程相結(jié)合，先做出整個系統(tǒng)的電路，然后做出實物，對硬件和軟件進行整體調(diào)試。技術(shù)路線

16、：1、系統(tǒng)硬件硬件的設計采用模塊化設計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。如圖1所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機四部分組成。上位機通過通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，控制部分執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖2、 系統(tǒng)軟件 軟件的設計除了滿足設計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設計目標和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，下位機軟件可以分為主程序，顯示程序，中斷程序三個主要部分組成，上位機主要是字模轉(zhuǎn)換和串口通信編程。具體系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)

17、框圖 軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。C語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設計中，編譯器必不可少。支持MCS51用C語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEILC51編譯器。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用Keil C51來進行編譯。因此軟件設計最終方案為采用C語言為程序語言，Keil為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。四 研究工作條件和基礎Proteus軟件；單片機開發(fā)板；LED顯示相關文獻資料。五、進度計劃起訖日期工作內(nèi)容2013.11.25-2013.12.13查閱參考文獻，翻譯一份英文資料。2013.12.14-2014.1.17初步確定設計方案，撰寫畢業(yè)設計開題報告。2014.1.17-2014.2.28設計上位機應用程序。2014.3.1-2014.4.6設計下位機LED顯示控制電路。2014.4.7-2014.4.25編寫軟件并對系統(tǒng)進行綜合調(diào)試。2014.4.26