【正文】 ................................... 20 附二 RS232 接口通訊協(xié)議解析 ........................................................................................ 21 致 謝 ......................................................................................................................................... 25 1 第 1 章 引 言 選題背景及意義 選題的背景 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)信息技術(shù)得到快速的發(fā)展， LED 點(diǎn)陣屏技術(shù)也取得突破性進(jìn)展及愈發(fā)成熟的市場(chǎng)銷售模式，同時(shí)當(dāng)今社會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的需求量日趨擴(kuò)大，以后將迎來(lái) LED新時(shí)代 ，隨著社會(huì)科技的進(jìn)步和 戶外廣告 的發(fā)展，人們對(duì) 戶外媒體 的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的 路牌 、 燈箱 、單立柱、 霓虹燈 等表現(xiàn)形式單一的戶外媒體已經(jīng)無(wú)法滿足受眾的需 求。戶外廣告市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)將是 品牌價(jià)值 、 客戶管理 和專業(yè)品質(zhì)的較量，于是， LED 開(kāi)始浮出水面。 LED 大型 顯示屏 是科技與媒體的完美結(jié)合，能把該理念充分發(fā)揮，當(dāng)仁不讓地成為未來(lái)戶外媒體發(fā)展趨勢(shì)。 LED 顯示屏是 20 世紀(jì) 90年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于其亮度高、畫(huà)面清晰、色彩鮮艷 ，使它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨(dú)秀，因此市場(chǎng)空間巨大。 LED 顯示屏是一種迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 ,已被廣泛應(yīng)用于車站、賓館、銀行、醫(yī)院等公共場(chǎng)合。顯示屏電源是其重要組成部分，主要用來(lái)給顯示屏發(fā)光二極管提供必要的工作電流，保證屏體正常顯示。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常采用由一小功率電源帶 3到 4 個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)板的供電方案。這樣 ,一個(gè)較大面積的顯示屏需要配接許多電源模塊，例如一個(gè) 2m 的屏體，就需要提供 24 個(gè) 5V/20A 的模塊電源。該設(shè)計(jì)存在以下的缺點(diǎn)。 1）接線復(fù)雜每一個(gè)電源均需單獨(dú)地 配置交流輸入線、直流輸出線。 2）電源冗余度差在大多數(shù)情況下，屏體顯示內(nèi)容為文字、動(dòng)畫(huà)、圖片，每個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)板消耗的電流不一樣，可能某些電源模塊過(guò)載，而另一些模塊空載。此外，若某一電源失效，會(huì)造成屏體的一部分黑屏。 3）電源過(guò)載能力差，利用率低屏體在工作時(shí)消耗的電流隨畫(huà)面的內(nèi)容、顏色、亮度而變化，大部分時(shí)間電流較小，而大面積高亮度的畫(huà)面雖消耗電流大，但持續(xù)時(shí)間短?？紤]到 LED 是恒流驅(qū)動(dòng)的，只要驅(qū)動(dòng)板可正常工作，供電電壓可以降低一些。電源最好有下拖形狀的限流特性，而不是通常的較陡峭形狀的限流特性，以保證 有較好的過(guò)載能力、較高的利用率。 LED 點(diǎn)陣顯示屏是通過(guò) PC 機(jī)將要顯示的漢字字模提取出來(lái)，并發(fā)送給單片機(jī)，然后顯示在點(diǎn)陣屏上，主要適用于室內(nèi)外漢字顯示。 LED 點(diǎn)陣顯示屏按照顯示的內(nèi)容可以分為圖文顯示屏、圖像顯示屏和視頻顯示屏。與圖像顯示屏相比，圖文顯示屏的特點(diǎn)就在于無(wú)論是單色還是彩色顯示屏都沒(méi)有顏色上的灰度差 2 別，因此圖文顯示屏也就體現(xiàn)不出色彩的豐富性，而視頻顯示屏不僅能夠顯示運(yùn)動(dòng)、清晰和全彩色的圖像，還能夠播放電視和計(jì)算機(jī)信號(hào)。雖然這三者有一些區(qū)別，但它們最基礎(chǔ)的顯示控制原理都是相似的。 LED 顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：第一階段為 1990 年到 1995 年，主要是單色和 16 級(jí)雙色圖文屏。用于顯示文字和簡(jiǎn)單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場(chǎng)所，作為公共信息顯示工具。圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將 LED 顯示屏提升到了一個(gè)新的臺(tái)階。 LED 顯示屏控制 第二階段是 1995 年到1999 年，出現(xiàn)了 64 級(jí)、 256 級(jí)灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術(shù)、專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時(shí)由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)出來(lái)并得以應(yīng)用。 第三階段從 1999 年開(kāi)始，紅、純綠、純藍(lán) LED 管大量涌入中國(guó)，同時(shí)國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了 深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色 LED 生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)入體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、廣場(chǎng)等公共場(chǎng)所，從而將國(guó)內(nèi)的大屏幕帶入全彩時(shí)代。 LED 顯示屏分為數(shù)碼顯示屏、圖文顯示屏和視頻顯示屏，均有 LED 矩陣塊組成。 LED 數(shù)碼顯示屏的顯示器件為 7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。圖文顯示屏的顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適用于播放文字，圖像信息。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形 。視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，文圖，圖像并茂，以實(shí)時(shí) 、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維，三維動(dòng)畫(huà)、錄像、電視、 VCD 節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。 LED 顯示屏根據(jù)使用場(chǎng)所又可分為室內(nèi)顯示屏與室外顯示屏。 LED 顯示屏顯示畫(huà)面色彩艷麗，立體感強(qiáng)烈，靜若油畫(huà)，動(dòng)若電影，被廣泛應(yīng)用于金融、郵電、廠礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、教育系統(tǒng)、醫(yī)院商場(chǎng)建筑市場(chǎng)、拍賣行等。 實(shí)際上，從 2021 年起， LED 草坪燈、交通信號(hào)燈、手電筒、地板燈、景觀燈等開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，規(guī)模上有較大增長(zhǎng)。從應(yīng)用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，首先是要把新應(yīng)用研制出來(lái)。 2021 年 4月在德國(guó)法蘭克福 照明展上，展出了 80 家公司采用 Luxeon 功能器件開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用產(chǎn)品。然而考慮開(kāi)發(fā)什么產(chǎn)品時(shí)，一定要從發(fā)揮 LED 本身優(yōu)點(diǎn)方面出發(fā)，如從它的長(zhǎng)壽命、防潮、耐振動(dòng)特性出發(fā)，可開(kāi)發(fā)建筑照明、景觀燈具、水底投射燈具、廣告投光燈具、車輛燈具和交通信號(hào)燈；從省電、重量輕、體積小的特性出發(fā)，可開(kāi)發(fā)室內(nèi)照明燈、博物館投射燈、安全出口標(biāo)志燈、手電筒；從聚光性好等特性出發(fā)，可開(kāi)發(fā)薄形燈具、小臺(tái)燈、廣告燈箱、舞臺(tái)燈和煤礦燈；從低電壓、快速驅(qū)動(dòng)特性出發(fā)，可開(kāi)發(fā)手電筒、維修燈、埋地?zé)?、草坪燈和水中燈；從單一波長(zhǎng)高亮度特性出發(fā)，可開(kāi)發(fā)交 通 3 信號(hào)燈、道路警示燈、障礙燈和剎車燈等。 現(xiàn)在隨著電子技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的技術(shù)含量越來(lái)越高，使得芯片的復(fù)雜程度越來(lái)越高，人們對(duì)數(shù)萬(wàn)門乃至數(shù)百萬(wàn)門設(shè)計(jì)的需求也越來(lái)越多， 信息時(shí)代， LED 市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景 。 如今時(shí)代在進(jìn)步，科技在發(fā)展，人們的生活質(zhì)量在步步提高，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到它和環(huán)境的協(xié)調(diào)性、美觀性以及更好的心理體驗(yàn)，在這方面，走在同行業(yè)前列的是比利時(shí) Barco。Barco 一直引 著 LED 顯示領(lǐng)域的革命，為人們提供創(chuàng)意型的顯示解決方案，使 LED 與各種環(huán)境相融合，為人們帶來(lái)獨(dú)特視覺(jué)感受的同時(shí)也帶來(lái) 無(wú)與倫比 的心理體驗(yàn)，也提供了 更多的廣告和互動(dòng)機(jī)會(huì)。 Barco 在戶外廣告領(lǐng)域有很多 成功案例 ，在國(guó)內(nèi)就有重慶的 解放碑和北京的 中關(guān)村 ，這些成功案例均為 Barco LED 的用戶帶來(lái)巨大的 商業(yè)價(jià)值 。這些有 Barco LED 的地方更已成為當(dāng)?shù)胤降臉?biāo)志性建筑之一。 選題的意義 LED 點(diǎn)陣屏本身具備很大的優(yōu)勢(shì)，它主要應(yīng)用于顯示屏，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。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，自 20 世紀(jì) 80 年代后期開(kāi)始，隨著 LED 制造技術(shù)的不斷完善，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。它 為一種低成本，高亮度，大角度，節(jié)能環(huán)保、易于數(shù)字化控制以及寬的環(huán)境適應(yīng)能力的一種公用信息發(fā)布系統(tǒng)。且 我國(guó) LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn) 狀 較為良好，具有很大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)撡|(zhì)， 據(jù) 有關(guān)部門 統(tǒng)計(jì)，近幾年，半導(dǎo)體顯示器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，全球產(chǎn)值年增長(zhǎng)率保持在 20%以上，被公認(rèn)為是 21 世紀(jì)最具有發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域。我國(guó)初步形成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，在半導(dǎo)體顯示屏節(jié)能產(chǎn)業(yè)上取得了積極進(jìn)展，且我國(guó) 技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先 ,LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。 所以，選擇此設(shè)計(jì)課題不僅能讓我們對(duì) LED 點(diǎn)陣屏這一行業(yè)有一個(gè)更加全面和深入的了解，掌握51 單片機(jī)的軟硬件開(kāi)發(fā)工具的使用方法，也能為以后的工作積累世紀(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，更能從中掌握其基本顯示 原理和設(shè)計(jì)方法。增加對(duì)本技術(shù)的熟悉程度以及利于對(duì)我國(guó)這一技術(shù)與世界水平進(jìn)行正確對(duì)比，以看清自身的不足取長(zhǎng)補(bǔ)短，因此本課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國(guó)的 LED 點(diǎn)陣屏技術(shù)的發(fā)展都有非常積極與現(xiàn)實(shí)的意義。 論文的整體構(gòu)架 第一章引言部分對(duì)選題背景和應(yīng)用及前景作了詳細(xì)的闡述，明確了本課程設(shè)計(jì)的目的與意義。 第 2 章主要介紹了開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)所涉及的開(kāi)發(fā)工具及其基本信息。 4 第 3 章通過(guò)對(duì)比論證的方式論證了本方案的可行性。 第 4 章硬件設(shè)計(jì)。統(tǒng)籌安排了系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊。 第 5 章調(diào)試結(jié)果及分析。對(duì)系統(tǒng)的結(jié)果作出調(diào)試和分析。 最后結(jié)論部分 介紹了設(shè)計(jì)體會(huì)和編程體會(huì)，并指出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足和改進(jìn)的方向。 5 第 2 章 開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介 模擬屏顯示控制系統(tǒng)利用 Keil C51 作為系統(tǒng)腳本語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)置，是因?yàn)?C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 模擬屏顯示控制系統(tǒng)之所以利用 Protel 軟件進(jìn)行原理圖繪制以及 PCB 板繪制，是因?yàn)?Protel 軟件 是基于 Win95/Win NT/Win98/Win2021 的純 32 位電路設(shè)計(jì)制版系統(tǒng)。 其 提供了一個(gè)集成的設(shè) 計(jì)環(huán)境，包括了原理圖設(shè)計(jì)和 PCB 布線工具，集成的設(shè)計(jì)文檔管理，支持通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作組協(xié)同設(shè)計(jì)功能。 KEIL C51軟 件簡(jiǎn)介 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其 提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì) Keil C51 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代 碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 Protel 軟件簡(jiǎn)介 Protel 99SE 是 ProklTechnology 公司開(kāi)發(fā)的基于 Windows 環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì) 軟件 。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是 各大機(jī)電院校 電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。 Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（ Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè)計(jì)（ Advanced PCB）。其中 Advanced Schematic 由兩部分組成：電路圖 編輯器（ Schematic）和元件庫(kù)編輯器（ Schematic Library） Protel 99SE 軟件 采用全新的管理方式，即數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。 Protel 99 軟件 是在 6 桌面環(huán)境下第一個(gè)以獨(dú)特的設(shè)計(jì)管理和團(tuán)隊(duì)合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。所有 Protel 軟件 設(shè)計(jì)文件都被存儲(chǔ)在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。 其含有豐富的元件庫(kù)，可以方便調(diào)用，利于制圖。 7 第 3 章 設(shè)計(jì)方案 本章通過(guò)對(duì)比論證的方式詳細(xì)介紹了系統(tǒng)所采用的設(shè)計(jì)方案， 同時(shí)也就采用本方案設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和意義做了說(shuō)明。 總體設(shè)計(jì)思路 1 設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)將按模塊式實(shí)現(xiàn)，根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，設(shè)計(jì)總共分四大部分完成：（ 1）根據(jù)應(yīng)用需求構(gòu)建框架圖；（ 2）元器件選型及原理圖繪制；（ 3）各模塊設(shè)計(jì)與編程；（ 4）仿真制版。 2 設(shè)計(jì)思想 圖 31 總體設(shè)計(jì)框架圖 利用傳感器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理后通過(guò) RS232 傳輸給計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)傳給 51單片機(jī)， 51 單片機(jī)將數(shù)據(jù)輸出給 74HC573 進(jìn)行鎖存，同時(shí)在單片機(jī)上擴(kuò)展一個(gè) RAM，鎖存器與 RAM 相連，而顯示控制部分也與 RAM 相連，控制 RAM 的讀寫操作，傳感器 計(jì)算機(jī) RS232 計(jì)算機(jī) 51單片機(jī) 74HC573 RAM 74HC165 74HC595 燈陣 控制顯示系統(tǒng) 8 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬顯示屏的顯示控制， RAM 與 74HC165 相連，利用 74HC165 完成并串轉(zhuǎn)換，再經(jīng)由 74HC595 完成串并轉(zhuǎn)換，而 74HC595 與燈陣相連。其設(shè)計(jì)框圖如圖 31 所示。 方案論證 方案一 無(wú) MCU 設(shè)計(jì)方案 其設(shè)計(jì)框架圖如圖 33所示。 圖 32 無(wú) ＭＣＵ 設(shè)計(jì)方案框架圖 此方案由于沒(méi)有使