點陣電子顯示屏制作

1、 點陣電子顯示屏制作目錄 TOC o h z HYPERLINK l _Toc145760256 摘 要 PAGEREF _Toc145760256 h 1 HYPERLINK l _Toc145760257 1：方案論證與比較 PAGEREF _Toc145760257 h 2 HYPERLINK l _Toc145760258 11控制器部分 PAGEREF _Toc145760258 h 2 HYPERLINK l _Toc145760259 12 數(shù)據(jù)存儲器 PAGEREF _Toc145760259 h 2 HYPERLINK l _Toc145760260 13 亮度連續(xù)可調(diào) PA

2、GEREF _Toc145760260 h 2 HYPERLINK l _Toc145760261 14 顯示屏驅(qū)動電路的選擇 PAGEREF _Toc145760261 h 3 HYPERLINK l _Toc145760262 15 鍵盤的選擇 PAGEREF _Toc145760262 h 3 HYPERLINK l _Toc145760263 16 串行口的選擇 PAGEREF _Toc145760263 h 3 HYPERLINK l _Toc145760264 2系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc145760264 h 3 HYPERLINK l _Toc1457602

3、65 21系統(tǒng)總框圖 PAGEREF _Toc145760265 h 3 HYPERLINK l _Toc145760266 22 硬件部分 PAGEREF _Toc145760266 h 4 HYPERLINK l _Toc145760267 221 采用16個LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點陣顯示 PAGEREF _Toc145760267 h 4 HYPERLINK l _Toc145760268 222 LED顯示屏驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc145760268 h 4 HYPERLINK l _Toc145760269 223亮度連續(xù)可調(diào) PAGEREF _Toc145

4、760269 h 5 HYPERLINK l _Toc145760270 224 刷新頻率的計算 PAGEREF _Toc145760270 h 5 HYPERLINK l _Toc145760271 225 鍵盤 PAGEREF _Toc145760271 h 5 HYPERLINK l _Toc145760272 23 軟件方面 PAGEREF _Toc145760272 h 5 HYPERLINK l _Toc145760273 231 主程序的流程圖 PAGEREF _Toc145760273 h 5 HYPERLINK l _Toc145760274 232 按鍵程序 PAGEREF

5、 _Toc145760274 h 6 HYPERLINK l _Toc145760275 233 行列的掃描 PAGEREF _Toc145760275 h 6 HYPERLINK l _Toc145760276 234 人機交互 PAGEREF _Toc145760276 h 7 HYPERLINK l _Toc145760277 3測試、結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc145760277 h 7 HYPERLINK l _Toc145760278 31基本功能 PAGEREF _Toc145760278 h 7 HYPERLINK l _Toc145760279 32 發(fā)揮功能部分 P

6、AGEREF _Toc145760279 h 7 HYPERLINK l _Toc145760280 33 其他發(fā)揮部分 PAGEREF _Toc145760280 h 7 HYPERLINK l _Toc145760281 34刷新頻率的測試 PAGEREF _Toc145760281 h 8 HYPERLINK l _Toc145760282 35 按鍵的結(jié)果測試 PAGEREF _Toc145760282 h 8 HYPERLINK l _Toc145760283 4總結(jié) PAGEREF _Toc145760283 h 8 HYPERLINK l _Toc145760284 參考資料：

7、PAGEREF _Toc145760284 h 8摘 要本設計使用ARM2138開發(fā)板作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動16*64的點陣LED顯示屏。利用ARM本身強大的功能和大容量的內(nèi)部存儲，可以很方便的實現(xiàn)ARM與PC機和SD卡等外圍存儲設備的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的進行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點陣顯示屏廣泛的應用于醫(yī)院、機場、銀行等公共場所，所以本設計具有很強的現(xiàn)實應用性。AbstractARM2138 used as a main controller design and use of simple external circuit to drive 16*64 the

8、 lattice LED display. ARM itself using powerful functions and capacity of internal storage, it is easy to realize the ARM and PC and SD card for external storage, data transmission equipment and the ability to use the software for the convenience of a variety of content changes, the other dot matrix

9、 display widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.1、方案論證與比較11控制器部分方案一 采用常用的89C51控制。技術(shù)比較熟練，應用廣泛，現(xiàn)在的51系列技術(shù)硬件發(fā)展的也非常得快，也出現(xiàn)了許多功能非常強大的單片機，因此使用單片機可以實現(xiàn)要求的基本功能。但是為了實現(xiàn)多組預存信息,必須外加具有掉電存儲功能的EEPROM,這增加了系統(tǒng)的復雜程度。而且在執(zhí)行動態(tài)刷新的時候讀取EEPROM的

10、速度慢，刷新頻率受到限制。下面是簡單的用單片機處理的框圖（圖1）。圖1方案二 應用ARM，ARM是一種功耗很低的高性能處理器，技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。方便、安全、高效。作為嵌入式領(lǐng)域中最為廣泛使用的32位處理器結(jié)構(gòu)體系，ARM已經(jīng)成為多個應用領(lǐng)域的標準CPU。ARM處理器技術(shù)正在成為多數(shù)嵌入式高端應用開發(fā)的首選。ARM2138芯片具有高達32KB的內(nèi)存作為數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)非?？斓淖x取速度。并具有豐富的I/O資源，而且其外圍電路簡單,在片內(nèi)即可實現(xiàn)所有控制。簡化了整個系統(tǒng)的復雜程度.通過比較，我們選擇方案二。12 數(shù)據(jù)存儲器方案一 非易失性記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失?？墒撬?/p>

11、的非易失性記憶體均源自ROM技術(shù)。只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫入，而且寫入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫入數(shù)據(jù)時需要的時間長，擦寫次數(shù)低,寫數(shù)據(jù)功耗大等缺點。方案二 選用SD卡，其利用記憶性半導體進行存儲,具有大容量、高速度、非易失性、可在線擦寫特性的存儲器。而且具有成熟的SPI協(xié)議來實現(xiàn)與ARM的連接.很容易實現(xiàn)與ARM的數(shù)據(jù)交互傳遞,而且使用SD卡可以實現(xiàn)脫機使用與存儲.在更新顯示信息的時候,只需要用SD卡傳遞.而不需要連機,更新信息方便快捷,更加有利于實際應用?；谝陨细鞣N對比,我們選

12、用方案二。13 亮度連續(xù)可調(diào)方案一 通過在軟件中調(diào)節(jié)刷新頻率。刷新頻率高的時候,連續(xù)點亮的時間短,顯示屏亮度低,當刷新頻率調(diào)低時,連續(xù)點亮的時間延長,顯示屏變亮。因此通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)顯示屏亮度的調(diào)整。但是由于軟件調(diào)節(jié)亮度變化不連續(xù).不能實現(xiàn)連續(xù)的亮度調(diào)節(jié)。并且會出現(xiàn)閃爍。調(diào)節(jié)的效果不明顯，故不采用此方案。方案二 通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓,實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)線形電壓調(diào)整,從而控制三極管使顯示屏壓降發(fā)生改變。從而達到連續(xù)調(diào)節(jié)亮度的目的。電位器的調(diào)節(jié)范圍較大，因此用此方法來調(diào)節(jié)。 14 顯示屏驅(qū)動電路的選擇方案一 在禁止使用專用的LED控制芯片的情況下采用通用芯片74LS595，其具

13、有8位鎖存、串并移位寄存器和三態(tài)輸出，可以用它的鎖存功能實現(xiàn)硬件電路對數(shù)據(jù)的刷新。但是需要更多的控制信號，而且芯片的級聯(lián)不方便。方案二 由于ARM提供了足夠的內(nèi)存來做為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)對顯示數(shù)據(jù)進行存儲，我們可以用移位寄存器74HC164和譯碼器74HC138來實現(xiàn)LED點陣顯示的行列控制.其特點是控制信號簡單，級聯(lián)方便，芯片數(shù)量少。綜合考慮，我們采用方案二。15 鍵盤的選擇方案一 采用專門的鍵盤芯片7289,其可用很少的接口來擴展更多的鍵盤，能夠外接8個LED，64個按鍵。但是在本系統(tǒng)中只是使用較少的按鍵，而且ARM有豐富的I/O口資源，因此使用7289會浪費按鍵資源，增加成本。方案二 利用I/O

14、口直接連接的獨立式鍵盤,每鍵都有相應的I/O口對應,編程容易控制.實現(xiàn)方便.又因為ARM有足夠的I/O口資源.可使用獨立式鍵盤。因此方案二為最佳方案。16 串行口的選擇方案一 采用RS485來進行長距離（1200M）的傳輸，RS-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當?shù)忍攸c而被廣泛應用.但RS485總線存在自適應、自保護功能脆弱等缺點，如不注意一些細節(jié)的處理，常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障而且總線本身存在許多的局限性，效率低，實時性差，通信的可靠性低，應用不靈活。方案二 采用RS232來進行串行的傳輸, 用串行通訊的好處是簡單，抗干擾性強.由于本系統(tǒng)設有SD

15、卡存儲器,因此不需要遠距離傳輸,因此RS232已經(jīng)足夠滿足要求。并且可直接和PC機接口，不用外加協(xié)議轉(zhuǎn)換電路。綜上所述，方案二比較合理。2、系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)21系統(tǒng)總框圖點陣顯示屏點陣顯示屏控制電路控制電路ARM （LPC2138）ARM （LPC2138）PC機PC機SD卡 SPISD卡串串口鍵盤模塊/指示燈鍵盤模塊/指示燈圖2整個系統(tǒng)以ARM(LPC2138)為控制中心如上圖2所示,系統(tǒng)主要通過SPI協(xié)議來外接入SD卡存儲器,實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲量的擴展。通過ARM控制器發(fā)出的信號使LED矩陣驅(qū)動電路驅(qū)動LED點陣顯示屏。通過鍵盤電路控制ARM輸出數(shù)據(jù)的變化。通過RS232的串行口來實現(xiàn)ARM

16、與PC上位機的通訊。整個電路由+5V的電源模塊供電。22硬件部分221 采用16個LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點陣顯示點陣顯示屏由16個88點陣LED顯示模塊。16片88點陣LED顯示模塊利用總線形組成一個1664的LED點陣，用于同時顯示4個1616點陣漢字或8個168點陣的字母字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。222 LED顯示屏驅(qū)動電路采用74HC138三-八譯碼器和74HC16

17、4移位寄存器。將從ARM里出來的列信號通過8個164級聯(lián)而成的64位的信號輸出端連接到16*64的點陣LED的輸入端，作為點陣的行驅(qū)動信號。通過164移位這64位的信號，來控制顯示內(nèi)容的變化。再從ARM輸出三個信號分別輸入到2個級聯(lián)的74HC138譯碼器，然后輸出16位行信號，經(jīng)過16個1K的電阻，再輸入到16個PNP（8550）三極管的B極來進行對行信號的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個470歐姆的電阻，得到的信號作為點陣LED 的行輸入信號。通過對138的三個輸入信號進行控制，改變行信號。由138和164的信號，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字

18、。行驅(qū)動電路：每個LED管亮需要7mA的電流，那么64個同時亮就需要448mA的電流，所以我們要對列進行驅(qū)動，我們采用晶體管8550對列信號進行放大，使LED點陣能夠正常顯示。其驅(qū)動電路如下圖3： 圖3列驅(qū)動電路：此電路是由集成電路74HC164構(gòu)成的，它具有一個8位串入并出的移位寄存器，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。電路圖如圖4。圖4223亮度連續(xù)可調(diào)用一個10K的電位器和KSB834的三極管組成，可以對LED的壓降進行調(diào)節(jié)，以到達連續(xù)改變亮度。此是作為對亮度的調(diào)節(jié)的方法。224 刷新頻率的計算根據(jù)人眼的視覺的暫留特性，50HZ是適宜的刷新頻率，所以CPU的刷新頻率一

19、般不低于60HZ，但是刷新頻率太高的話，會使顯示屏的亮度降低，所以刷新頻率有最高值要求，本設計最高刷新頻率為600HZ。225 鍵盤鍵盤是使用比較簡單的獨立式鍵盤，而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊電路圖如圖5： 圖5鍵盤各項功能如下：顯示模式鍵：鍵可以模式選擇五種模式，預存漢字、預存符號、SD卡信息、時鐘和PC數(shù)據(jù)顯示。滾動模式鍵：可以控制二種滾動模式，在正常顯示模式下實現(xiàn)左、右滾動。循環(huán)模式鍵：可以控制定時循環(huán)模式。時間調(diào)整鍵：即時間設定鍵，在時鐘顯示模式下，可配合加減鍵循環(huán)設置時、分、秒。定時鍵：按下時，顯示當前的循環(huán)間隔的時間，可利用加減鍵進行間隔控制調(diào)整。刷新頻率鍵：按下后，顯示刷新頻率

20、，可利用加減鍵調(diào)整。滾動速度鍵：按下后可以顯示當前的速度，利用加減鍵調(diào)節(jié)滾動速度。加、減鍵：配合其他鍵，在各種模式下，實現(xiàn)調(diào)整。復位鍵：復位系統(tǒng)。23軟件方面本系統(tǒng)的顯示處理采用動態(tài)掃描法，而鍵盤處理采用查詢法并注意按鍵的消抖處理。整個程序可以分為鍵盤掃描、點陣行列的掃描、串口傳輸和SD卡的存儲與讀取。231 主程序的流程圖見下圖6。開始開始初始化寄存器、變量、I/O初始化寄存器、變量、I/O按鍵處理子程序模塊是否按鍵按下？是按鍵處理子程序模塊是否按鍵按下？否處理命令子程序模塊是否收到串口命令？處理命令子程序模塊是否收到串口命令？否圖6232按鍵程序本系統(tǒng)中的按鍵程序分為按鍵掃描子程序和按鍵功

21、能執(zhí)行子程序。而且在按鍵中使用了定時器Time0來實現(xiàn)按鍵消抖的功能。按鍵掃描子程序的流程圖如圖7：清中斷清中斷按鍵掃描、讀I/O口按鍵掃描、讀I/O口是否有鍵按下？是否有鍵按下？計數(shù)器清0否計數(shù)器清0是計數(shù)器加1計數(shù)器加1計數(shù)器是否大于10？否計數(shù)器是否大于10？置按鍵有效標志是置按鍵有效標志中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖7按鍵子程序模塊的流程圖如圖8：判斷鍵值判斷鍵值點亮相應的LED點亮相應的LED執(zhí)行相應的模塊執(zhí)行相應的模塊清零按鍵有效標志清零按鍵有效標志圖8233 行列的掃描本系統(tǒng)中利用ARM中的Time1來實現(xiàn)點陣顯示屏的行列的掃描，其軟件的流程圖如下圖9：清中斷清中斷送掃描行數(shù)據(jù)送掃描行數(shù)據(jù)掃

22、描當前行掃描當前行行數(shù)加1行數(shù)加1中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖9234 人機交互在本系統(tǒng)中通過串口與PC機實現(xiàn)人機交互，通過PC機就可以控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新。串口實現(xiàn)程序流程圖如下圖10：清中斷標志清中斷標志接收命令存儲接收命令存儲判斷命令包結(jié)束標志判斷命令包結(jié)束標志否是置有效命令標志置有效命令標志中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖103、測試、結(jié)果及分析觀察系統(tǒng)運行狀況，并輔助示波器、萬用表得到以下結(jié)果。31基本功能表1要實現(xiàn)的功能測試的結(jié)果LED顯示實現(xiàn)了16*64的點陣顯示顯示屏無閃爍，亮度適中達到要求按鍵控制切換數(shù)字和字母實現(xiàn)了此功能能顯示特定漢字和字符能實現(xiàn)32發(fā)揮功能部分表2功能是否實現(xiàn)？描述亮度連續(xù)可調(diào)實現(xiàn)滾屏顯示能實現(xiàn)左右滾屏實時時間顯示實現(xiàn)預存信息能擴展到10組（每組漢字8個或16個字符）掉電保護實現(xiàn)與PC機通信可用PC控制操作，參數(shù)設置33 其他發(fā)揮部分表3功能 是否實現(xiàn)？描述多字體顯示 實現(xiàn)，非預置信息可選兩種不同的字體滾屏顯示 實現(xiàn)了上下滾屏陰陽字 實現(xiàn)混合顯示 實現(xiàn)了字符漢字混合顯示SD卡擴展存儲器 實現(xiàn)了可脫機更新信息時鐘實現(xiàn)本地時間調(diào)整循環(huán)實現(xiàn)了多條信息首尾相連，連續(xù)水平左滾動顯示其他增加了一些參數(shù)的設置：速度、間隔、刷新頻率34刷新頻率的測試經(jīng)調(diào)整，刷新頻率范圍從60HZ到600HZ，達到使亮度適中的刷新頻率。35按鍵的結(jié)果測試經(jīng)測試，結(jié)果和預先設定好