基于單片機的LED顯示系統(tǒng)設計獲獎科研報告

基于單片機的LED顯示系統(tǒng)設計獲獎科研報告【摘要】隨著單片機的飛速發(fā)展，單片機已經(jīng)進入了從家用到航空航天的所有領域，這表明了單片機的廣泛應用，市場上有多種顯示控制系統(tǒng)核心。通常，全色LED顯示器主要是基于FPGA的控制系統(tǒng)，而其他雙色或單色LED顯示器則大多使用基于ARM的設備。

【關鍵詞】LED顯示屏;單片機;控制系統(tǒng)

1、顯示屏控制整體設計

1.1整體結構

該系統(tǒng)由上位計算機（即PC）和下位計算機（即單片機）一起工作完成。用戶通過上位串行計算機可以編輯其中的顯示數(shù)據(jù)要求，上位串行計算機將串行數(shù)據(jù)端口傳輸發(fā)送到下位串行計算機，但是上位串行計算機和下位串行計算機之間無法直接進行通信，因為不同串行數(shù)據(jù)端口轉(zhuǎn)換需要不同的顯示級別，因此通常需要用戶建立多個級別進行轉(zhuǎn)換。本操作系統(tǒng)主要使用rs232到4和rs485來直接實現(xiàn)相互數(shù)據(jù)通信，下位機操作采用數(shù)控單片機遠程控制管理系統(tǒng)。

1.2主控芯片一單片機

單片機（microcontrollers）是它是一種通用集成電路設計芯片。它僅僅使用了ovlsi/o技術即可集成中央處理器rocpu，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器roram，只讀讀取存儲器rorom，各種類型i/o控制端口和數(shù)據(jù)中斷控制系統(tǒng)以及其它具有各種數(shù)據(jù)處理控制功能的自動計時器和其他控制功能，在電子工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的實際應用和可控制。

目前，在我國還沒有一臺單片機，但是這種新型計算機的市場上，它被廣泛地應用于我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€領域，從家庭電器發(fā)展到航空飛行和其他監(jiān)測控制領域，這也就說明了單片機在工業(yè)上得到了廣泛的應用。

1.3LED顯示屏行列驅(qū)動

該系統(tǒng)所選用的基本模塊為16*32點矩陣，系統(tǒng)顯示屏主要有兩基礎模塊。其尺寸是16*64。LED點矩陣顯示屏幕是由許多類型的發(fā)光二極管所構成。由LED形成的圖像將其中的像素以矩陣形式緊密地連接在一起。如果將一個行a連接到一個電源的極點，將列b連接到一個電源的另一極，則（a，b）像素點將會被燈點亮。

1.3.1行掃描電路

因為它在單片式主機i/o中的接口應用范圍非常受限，因此我們需要74hc154來重新拓寬這個接口。74hc154是4-16解碼器，該核心芯片設計能夠?qū)?6個核心線圈元件進行實時掃描和高速驅(qū)動，以便有效節(jié)約內(nèi)存空間。74hc154解碼器首先輸出可以分別接收4位模擬二進制編碼地址的有效復位輸入，然后將其中16個有效位址的輸出進行互斥。74hc154的門控信號誤差輸入在廈門門控系統(tǒng)用戶可以直接使用門控信號解碼器用來消除信號誤差輸入信號。當然，該編碼芯片也同樣功能可以被直接擴展出來成為數(shù)字編碼器，其中這種編碼方式可以使得一個能源閥門電路同樣可以具有兩個基于andd的邏輯信號輸入。任意地點在選擇一個數(shù)據(jù)輸入輸出端子后就可以把它作為一個單片機的一個數(shù)據(jù)處理輸入輸出端子，可以把74hc154用作4-16的數(shù)據(jù)分配器，以此更便于用戶實現(xiàn)對一個單片上主機i/o輸入端口的數(shù)據(jù)擴展。

1.3.2列驅(qū)動電路

顯示文本數(shù)據(jù)時，可以選擇并行輸入或串行輸入。使用并行輸入時，每列數(shù)據(jù)都需要同時傳輸?？刂齐娐穼⒎浅４笄覐碗s。因此，該系統(tǒng)使用串行輸入來驅(qū)動并且僅使用少量數(shù)據(jù)接線，大幅度地簡化了工作流程。

2、單片機與PC機的通信方式

2.1串口通信

單片機的串行端口為ttl電平，pc的串行端口為rs-232接口標準。rs-232標準（協(xié)議）的英文全名應該是eia-rs-232c標準。在pc串口中：邏輯1為-3v-15v，邏輯0為+3v+15vo，eia-rs-232c使用正負兩個相等的電壓來表示邏輯狀態(tài)，這與ttl的邏輯狀態(tài)截然不同。因此，為了促進兩者之間能夠同時執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸和通訊的控制，必須先后實現(xiàn)rs-232c和tintinl電路的高頻電平變換。為了真正實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，我們既有可以選擇采用三極管電路，也有可以選擇采用集成芯片。其中，集成芯片的應用可以變得更穩(wěn)定，max232芯片主要用于進行電平轉(zhuǎn)換，以便于實現(xiàn)微控制器和pc之間的通訊。

每個引腳的簡要介紹：

第一個組成部分為電荷泵集成器電路。1、2、3、4、5、6引腳及4個相應的電容器。為了給用戶提供所需等級的rs-232串行端口，會產(chǎn)生++12v和12v的輸出電壓。會生成++12V和12V的電壓。

第二個部分就是進行數(shù)據(jù)交流轉(zhuǎn)化的通道。它們由7、8、9、10、11、12、13、14共同構成兩個不同的數(shù)據(jù)渠道。其中，13（r11n）、12（r10ut）、11（t11iv）、14（t1out）等作為第一個數(shù)據(jù)渠道。引腳8（r2in），引腳9（r20ut），引腳10（t2in），引腳7（t20ut）則作為第二條數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in，t2in的輸入信號轉(zhuǎn)換為rs-232的數(shù)據(jù)，從t10ut，t20ut到計算機db9插頭;db9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in，r2in輸入轉(zhuǎn)化為ttl/cmos數(shù)據(jù)，然后從r1out，r20ut輸出。

2.2WIFI通信

2.2.1IEEE802.11b協(xié)議

ieee802.11b無線局域網(wǎng)使用載波檢測和偵聽的方法進行網(wǎng)絡信息傳輸。這和我們現(xiàn)在已經(jīng)非常熟悉的ieee802.3（以太網(wǎng)原理）相近。它們之間的差異就在于以太網(wǎng)使用csma/cd技術。網(wǎng)絡上所有工作站始終在進行偵聽，以便于查看網(wǎng)絡上任何人員是否正在發(fā)送任何消息。802.11b無線局域網(wǎng)的先進特點是它們都引入了一種避免沖突的技術，從而極大地提高了網(wǎng)絡效率。

2.2.2WIFI傳輸?shù)膬?yōu)點

WIFI的全名是WirelessFidelity。802.11b會議協(xié)議通常有人認為它只是一個wi-fi，但事實上它的wi-fi只是一種無線通信局域網(wǎng)（wlana）的注冊商標，與其他無線技術本身完全無關。商標，與標準本身無關。但是，人們逐漸從一開始已經(jīng)習慣于把802.11b.0協(xié)議棧的命名更改為wiwifio。它的主要技術優(yōu)點之處也就在于它的數(shù)據(jù)傳輸率非常高，幾乎人人能夠同時達到11mbps，有效的傳輸距離也非常長。同時，它與各類802.11dsss上的設備完全交互相容。ieee（基于美國電子電氣技術工程師協(xié)會）802.11b新的無線網(wǎng)絡技術規(guī)范基于e是ieee802.11的一個重要改進版，其最大無線數(shù)據(jù)傳輸負載速率設定為11mbps。當干擾較大或信號較弱時，可以稍作調(diào)整，例如5.5Mbps或2Mbps或更低的1Mbps，從而確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。最大傳輸速度為11Mbps。當干擾