【正文】 ............................................. 17 單片機(jī) ISP 下載編程器 ...................................................................................................... 19 4 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................................................... 21 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試方法 ..................................................................................................... 21 短路與虛焊檢測(cè) ....................................................................................................... 21 上電測(cè)試 ................................................................................................................... 21 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果 ......................................................................................................... 22 調(diào)試結(jié)果分析 ..................................................................................................................... 22 5 結(jié)論 .............................................................................................................................................. 23 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 24 致謝 ................................................................................................................................................... 25 附錄 ................................................................................................................................................... 26 附錄 A 硬件原理圖 .................................................................................................................. 26 附錄 B 仿真程序 ....................................................................................................................... 27 附錄 C 設(shè)計(jì)源程序 ................................................................................................................... 29 附錄 D 實(shí)物圖 .......................................................................................................................... 36 1 1 引 言 LED 點(diǎn)陣顯示屏以 亮度高、工作電壓低、功 耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn) 迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、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、全色化方向發(fā)展 [1]。 研究背景 在大型商場(chǎng)、碼頭、車站、地鐵站以及各種辦事窗口等越來(lái)越多的場(chǎng)所使用 LED 點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。 LED 行業(yè)已成為一個(gè)發(fā)展快速新興的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)空間巨大，前景廣闊。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， LED 作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進(jìn)行服務(wù)的內(nèi)容和服 務(wù)宗旨宣傳的公共場(chǎng)所。 研究 目的 和意義 現(xiàn)代 LED 的發(fā)展很快，很多研究領(lǐng)域非常已經(jīng)深刻，很多相關(guān)的知識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我 們?cè)谛W(xué)生的能力范圍， 我 們 選擇 LED 作為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是 該設(shè)計(jì)課題能夠使我 們 掌握 LED顯示屏的基本顯示原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì) LED 顯示屏這個(gè)行業(yè)有了較為 深刻的了解和認(rèn)識(shí)。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使 我們 對(duì)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。并且通過(guò)該設(shè)計(jì)課題掌握了 52 單片機(jī)的的軟硬件開(kāi)發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn) [2]。 目前我國(guó)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(guān)的從業(yè)人員也會(huì)越來(lái)越緊缺。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國(guó)的 LED 技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還有一定的差距。因此此課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國(guó) LED 顯示技術(shù)的發(fā)展都有非?，F(xiàn)實(shí)與積極的意義。 國(guó)外研究情況 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)外得到廣泛的應(yīng)用。在 國(guó) 外點(diǎn)陣屏顯示技術(shù)研究已經(jīng)相當(dāng)成熟 ， 完善 。 并且已經(jīng)開(kāi)始研究新的大屏幕顯示技術(shù) ，但就目前來(lái)看 ， LED 點(diǎn)陣顯示屏仍然市場(chǎng)前景依然廣闊 。他們?cè)谥饕韵滤姆?面有很好的優(yōu)勢(shì)：一是 緊抓重點(diǎn)，大力建設(shè)專利標(biāo)準(zhǔn)體系 。二是 控制成本，加速提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 。三 2 規(guī)范市場(chǎng)，建立健全產(chǎn)品監(jiān)督機(jī)制 。四是 合理引導(dǎo)，謹(jǐn)防投資過(guò)熱與產(chǎn)能過(guò)剩 。 國(guó)內(nèi)研究情況 與國(guó)外相比， 國(guó)內(nèi) LED 點(diǎn)陣顯示屏技術(shù)相比于國(guó)外仍舊落后 。在我國(guó)改革開(kāi)放之后，特別是進(jìn)入 90 年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，都公共場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈， LED 顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)這一市場(chǎng)行勢(shì)，因而在 LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平都得到迅速的提高。 主要 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。 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)、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 [3]。 論文主要內(nèi)容 針對(duì)設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，對(duì)論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排： （ 1） 系統(tǒng)總體方案 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以 PC 機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。 （ 2） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 以設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來(lái)選擇和論證。經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇選定 STC89C52RC 單片機(jī)為核心控制器件，由串并轉(zhuǎn)換器 74HC138， 74HC595 為驅(qū)動(dòng)電路器件。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 （ 3） 系統(tǒng)調(diào)試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來(lái)進(jìn)行。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不足、驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定等問(wèn)題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等 3 問(wèn)題。通過(guò)分析，查找找出了問(wèn)題原因并設(shè)法將其解決。 （ 4）結(jié)論 設(shè)計(jì)完成后對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總 結(jié)。 4 2 系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)總體方案 本設(shè)計(jì)以 STC89C52RC 單片機(jī)為核心 ，通過(guò) 74HC138 芯片為列驅(qū)動(dòng)， 74HC595 芯片為行驅(qū)動(dòng)。 以 PC 機(jī)作為上位機(jī)存儲(chǔ)和處理顯示內(nèi)容用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)上位機(jī)傳輸來(lái)的內(nèi)容和指令通過(guò)端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動(dòng) 4 塊1616LED 點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的 1664 的 LED 點(diǎn)陣顯示屏 顯示出來(lái) [4]。 系統(tǒng)硬件方案選擇 大多數(shù)的 LED 顯示屏都在戶外，所以對(duì)硬件的質(zhì)量要求非常的高。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。硬件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)兼容。如圖 21 所示 ,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)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(jī)四部分組成。上位機(jī)通過(guò)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 21 系統(tǒng)硬件組成框圖 上位機(jī)部分選擇 其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的 PC 機(jī)作為上位機(jī)，這樣對(duì)該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的 通用性。上位機(jī)的作用是存儲(chǔ)并處理顯示內(nèi)容，然后通過(guò)通信系統(tǒng)傳送到控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)顯示 [5]。 LED 顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)顯示兩種方法。實(shí)時(shí)顯示及上位機(jī)屏幕上的內(nèi)容同時(shí)顯示在 LED 顯示屏上，上位機(jī)上內(nèi)容變化 LED 顯示屏也跟著變化。存儲(chǔ)顯示是將顯示內(nèi)容處理過(guò)后存儲(chǔ)在上位機(jī)中通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示。兩種顯示方法相比較：實(shí)時(shí)顯示屏幕能及時(shí)反應(yīng)上位機(jī)內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實(shí)時(shí)性好多用于新聞播報(bào)、實(shí)況轉(zhuǎn)播用，但實(shí)時(shí)顯示硬件開(kāi)銷大，對(duì)通信系統(tǒng)要求高，工藝復(fù)雜，成本高；存儲(chǔ)顯示雖上位機(jī) 通信部分 控制部分 顯示部分 5 實(shí)時(shí)性不高但硬件開(kāi) 銷小，成本低廉。 該 設(shè)計(jì)題目對(duì)顯示的實(shí)時(shí)性要求較低且所設(shè)計(jì)的顯示屏尺寸不大同時(shí)顯示的內(nèi)容不多，所以實(shí)時(shí)顯示就沒(méi)有必要。所以上位機(jī)選擇存儲(chǔ)顯示的方法，控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容。 通信部分方案選擇 通信部分要滿足的設(shè)計(jì)要求就是穩(wěn)定、快速、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橥ǔＧ闆r下顯示屏和上位機(jī)的距離不會(huì)很遠(yuǎn)，所以通信距離的要求不是很高。 ISP（ InSystem Programming）在系統(tǒng)編程，通過(guò)下載電纜直接對(duì)安裝在用戶目標(biāo)板上的器件編程，給電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)許多革命性的變化 [6]。目前，比較 成熟的 ISP 下載器大多是基于串口或者并口通信的，但是也存在著以下問(wèn)題： （ 1）用戶 PC 機(jī)的主頻、硬件和操作系統(tǒng)不同，可能會(huì)造成控制信號(hào)錯(cuò)誤； （ 2）不同的廠商提供不同的 ISP 下載器，互不兼容，給嵌入式開(kāi)發(fā)帶來(lái)不便； （ 3）限于串、并口的通信協(xié)議， ISP 數(shù)據(jù)傳輸速率較低，影響嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。 基于以上原因，本設(shè)計(jì)選擇了一種將單片機(jī)和 USB 總線相結(jié)合，進(jìn)行 ISP 下載的方法。 控制部分方案選擇 控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機(jī)通信接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過(guò)后控制顯 示部分顯示內(nèi)容。 單片機(jī)是集成了 CPU， ROM， RAM 和 I/ O 口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ， 因此又叫微控制器 (MCU)。單片機(jī)品種齊全 ,型號(hào)多樣 CPU 從 8， 16，32 到 64 位，多采用 RISC 技術(shù)，片上 I/O 非常豐富，有的單片機(jī)集成有 A/ D， “ 看門(mén)狗 ”，PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤(pán)控制等。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開(kāi)發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展， NMOS 工藝單片機(jī)被 CMOS 代替，并開(kāi)始向 HMOS 過(guò)