單片機課程設計報告-雙漢字16×16LED點陣廣告屏

1、-目 錄第1節(jié) 引 言21.1 LED點陣顯示屏概述21.2 LED顯示屏控制技術狀況3串行傳輸與并行傳輸技術3動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術3自動檢測及遠程控制技術3 1.3設計任務 3第2節(jié) 總體方案論證與設計42.1 LED驅動模塊42.2數(shù)據(jù)存儲模塊42.3總體硬件組成框圖5第3節(jié) 系統(tǒng)硬件設計53.1 LED驅動模塊的硬件設計53.1.1 74 LS154芯片介紹5 驅動電路的設計63.2數(shù)據(jù)存儲電路的設計73.3 PC機通信模塊的設計8第4節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計 84.1下位機軟件流程84.2上位機軟件9第5節(jié) 系統(tǒng)調試與測試結果分析115.1使用的儀器儀表115.2系統(tǒng)調試11硬件調試 11

2、軟件調試11硬件軟件聯(lián)調125.3測試結果12總結參考文獻雙漢字16×16 LED點陣廣告屏第1節(jié) 引 言LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點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、色彩豐富以及對室外環(huán)境適應能力強等優(yōu)點。并廣泛的應用于公交汽車，碼頭，商店，學校和銀行等公共場合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的開展過程，自20世紀八十年代開場，LED顯示屏的應用領域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。1.1 LED點陣顯示屏概述LED點陣顯示屏的構成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把

3、所需展示的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片，能進展固定容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機設置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進展容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國的LED點陣顯示屏大局部是單顯示型，其顯示的容相對較少，顯示把戲較單一。一般在產品出廠時，顯示容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片，當需要更換顯示容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用圍受到了限制。國的另一種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，顯示容和顯示把戲都有所增加，但也存在著更換顯示容不便的缺點。隨著社會經(jīng)濟的迅速開展，如今的廣告牌都存在著顯示容豐富、信息量大、信息更

4、換速度快等特點。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)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技術控制LED顯示屏，則具有顯示容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點。1.2 LED顯示屏控制技術狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術很多，其關鍵技術包括串行傳輸與并行傳輸技術、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術、自動檢測及遠程控制技術等。串行傳輸與并行傳輸技術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，顯示屏每個單元部的不同驅動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅動IC種類較多，不同顯示單元之間

5、的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實現(xiàn)也較為容易。動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術LED顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息的刷新技術有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室顯示屏多采用動態(tài)掃描技術，即一行發(fā)光二極管共用一行驅動存放器，根據(jù)共用一行驅動存放器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為1/4,1/16掃描等。室外顯示屏根本上采用靜態(tài)鎖存技術，即每一個發(fā)光一極管都對應有一個驅動存放器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的I/O口，因此應用較廣。1.2.3 自動檢測及遠程控制技術LED顯示屏的構成復雜，特別是室外

6、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行。在LED顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進展自動檢測控制，也可根據(jù)需要，遠程實現(xiàn)對顯示屏的亮度、色度調節(jié)、圖像水平和垂直位置的調節(jié)以及工作方式的轉換等。1.3 本設計任務現(xiàn)在市場上各類基于LED的顯示屏較多，但大局部產品為單一模式的LED顯示屏，其在顯示容的更換及顯示屏的重組等方面都存在不便之處。但隨著信息化社會的迅速開展，LED顯示屏正在向顯示容豐富、信息更改方便等方面開展。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單片機為核心， 采用串行傳輸、動態(tài)掃描技術，制作一款擁有PC

7、機通信功能的，模塊化LED多功能顯示屏。第2 節(jié) 總體方案論證與設計本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為LED顯示屏的控制核心，系統(tǒng)主要包括LED驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等。下面對各模塊的設計逐一進展論證比擬。2.1 LED驅動模塊方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個LED發(fā)光管的一端接至單片機的一個I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅動LED，原理簡單，驅動能力強，LED的亮度也可以通過限流電阻調節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅動并聯(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

8、接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。比擬以上兩種方案，系統(tǒng)設計中采用方案二。2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊方案一：采用靜態(tài)RAM存儲顯示屏的顯示容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器具有存儲容量大，傳輸速度快等優(yōu)點。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。方案二：采用ROM芯片存儲LED顯示屏要顯示的信息，采用ROM芯片可以長時間的存儲信息，而且掉電數(shù)據(jù)不喪失，此種方式適合于存儲不變的數(shù)據(jù)。方案三：采用串行EEPROM如24C256等存儲LED顯示屏要顯示的信息。串行EEPROM技術是一種非易失性存儲技術，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點：不揮發(fā)

9、性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。它克制了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會喪失數(shù)據(jù)等缺乏，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。比擬以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點，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驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊。第3節(jié) 系統(tǒng)硬件設計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設計。硬件電路包括LED驅動模塊、數(shù)

10、據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。3.1 LED驅動模塊的硬件設計LED驅動模塊是LED顯示屏設計的關鍵局部，驅動電路設計的好壞直接關系到LED顯示屏的亮度、穩(wěn)定度等重要指標。本次設計中LED的驅動是采用三極管和74LS154實現(xiàn)的。3.1.1 74 LS154芯片介紹74LS154是一個416譯碼器，其真值表如圖3-1-1所示。輸 出輸 入G1 G2D C B A0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15L LL L L LL H H H H H H H H H H H H H H HL LL L L HH L H H H H H H H H H H H

11、H H HL LL L H LH H L H H H H H H H H H H H H HL LL L H HH H H L H H H H H H H H H H H HL LL H L LH H H H L H H H H H H H H H H HL LL H L HH H H H H L H H H H H H H H H HL LL H H LH H H H H H L H H H H H H H H HL LL H H HH H H H H H H L H H H H H H H HL LH L L LH H H H H H H H L H H H H H H HL LH L L

12、 HH H H H H H H H H L H H H H H HL LH L H LH H H H H H H H H H L H H H H HL LH L H HH H H H H H H H H H H L H H H HL LH H L LH H H H H H H H H H H H L H H HL LH H L HH H H H H H H H H H H H H L H HL LH H H LH H H H H H H H H H H H H H L HL L* * * *H H H H H H H H H H H H H H H LL H* * * *H H H H H H

13、 H H H H H H H H H HH L* * * *H H H H H H H H H H H H H H H HH H* * * *H H H H H H H H H H H H H H H H圖3-1-1 74LS154的真值表 驅動電路的設計 此系統(tǒng)中驅動電路是由74LS154和三極管組成的，原理圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2 LED驅動電路原理圖如圖3-1-2 LED的行掃描端接到單片機89C51的P0口，列掃描端接置三極管的發(fā)射極。列掃描端B1B8用于LED的數(shù)據(jù)掃描，通過74LS154的譯碼和三極管的驅動，使LED發(fā)光。A1A8通過P0口為LED的顯示給出相應的數(shù)據(jù)。3

14、.2數(shù)據(jù)存儲電路設計數(shù)據(jù)存儲電路由串行EEPROM 24C256組成。24C256是美國CATALYST 公司出品的一個1-256K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，可編程自定時寫周期包括自動擦除時間不超過10ms 典型時間為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。允許在一個寫周期同時對1個字節(jié)到一頁的假設干字節(jié)的編程寫入。24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖3-2-1和表3-2-1圖3-2-1 24C256的引腳排列圖表3-2-1引腳功能描述管腳名稱功能A0z、A1、A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/數(shù)

15、址SCL串行時鐘WP寫保護Vcc1.8V6.0VVss地數(shù)據(jù)存儲器的設計原理圖如圖3-2-2所示：圖3-2-2 數(shù)據(jù)存儲電路設計原理圖該存儲電路僅由芯片24C256組成，SCL為串行時鐘引腳，用于產生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址，這是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。當LED顯示屏控制系統(tǒng)工作時，單片機89C51通過讀SDA和SCL腳讀取24C256中的容，并將其顯示于LED顯示屏上。也可以通過上位機PC機將編輯好的數(shù)據(jù)容下載到24C256芯片。3.3 PC機通信模塊的設計該局部電路由芯片MA*232組成。其電路原理圖如圖3-3-1所示：圖3-3-1

16、通信原理圖如圖3-3-1所示，單片機的串口通過MA*232將TTL電平轉換成EAI適合的電平，實現(xiàn)了單片機和PC機之間的通信。第4節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成局部，在系統(tǒng)的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統(tǒng)的各局部功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 下位機軟件流程本系統(tǒng)中下位機單片機89C51的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-2-1所示。開機 機系統(tǒng)初始化否是判斷是否處于通信狀態(tài).移位顯示讀取顯示內容 圖4-2-1 主程序流程圖讀取24C256的標志位等待判斷是否有中斷標志

17、.是否4.2上位機軟件 本系統(tǒng)的上位機軟件主要是編輯LED顯示屏顯示的容，在設計中采用Visual Basic語言編寫了LED顯示屏控制系統(tǒng)的容下載軟件。軟件界面如圖4-2-1所示。該VB軟件的主要難點在于將上位機的數(shù)據(jù)寫入下位機，其子函數(shù)如下：Private Sub Write_Click()If READ = False ThenIf TE*TSEND.Te*t <> " Then Call TE*TSEND_Change Write.Enabled = False Time = 0 Timer2.Enabled = True READ = False wWrite

18、= True Big = 0 MSm1.OutBufferCount = 0 MSm1.InBufferCount = 0 MSm1.RThreshold = 1 HE*t*t = TE*TSEND.Te*t MSm1.Settings = "9600,o,8,1" cc(0) = 144 + ChipInde* '芯片選擇，在單片機中已確定該位，當發(fā)送該位與單片機中確實定為一樣時 MSm1.Output = cc '在發(fā)完發(fā)送標志位170后，單片機將向PC機6發(fā)送應答位AA cc(0) = 170 '發(fā)送標志位170 MSm1.Output = c

19、c WirteN = 1 LenT*t = Len(HE*t*t) / 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 IfEnd IfEnd Sub第5節(jié) 系統(tǒng)調試與測試結果分析5.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表DT9203單片機仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-55.2 系統(tǒng)調試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大局部：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進展逐級測試：LED驅動模塊的調試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調試，PC機通信模塊的調試等，最后將各模塊組合后進展整體測試。硬件調試對各個模塊的功能進展調試，