【正文】 .......................................... 35 電子廣告牌設(shè)計 VIII 參考文獻(xiàn) ................................................................. 36 致謝 ..................................................................... 37 附錄 ..................................................................... 38 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 緒論 LED 點陣顯示屏概述 LED 電子顯示屏（ Light Emitting Diode Panel）是由幾百 幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實用階段。 LED 顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動 畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 LED 顯示屏因為其像素單元是主動發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、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。 LED 顯示屏按顏色分為： 單基色顯示屏 :單一顏色（紅色或綠色）。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級灰度 、可以顯示 65536 種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色， 256 級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百 多萬種顏色。 LED 顯示屏按顯示器件分為： LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 LED 點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 LED 顯示屏按使用場合分為： 室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ 3mmΦ 8mm，顯示面積一般零點幾至十幾平方米。 室外顯示屏：面積一般幾十平 方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。 電子廣告牌設(shè)計 2 LED 顯示屏按發(fā)光點直徑分類 室內(nèi)屏：Φ 3mm、Φ 、Φ 5mm、 室外屏：Φ 10mm、Φ 12mm、Φ 16mm、Φ 19mm、Φ 21mm、Φ 26mm 室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度。 我國的 LED 顯示屏市場從上世紀(jì) 90 年代后期開始一直保持著增長的勢頭， 1998 年20xx 年間，年增長率基本在 30%以上。 20xx 年 20xx 年，每年的增長幅度在 15%左右，20xx 年是近年增長最快的一年，增幅在 40%以上。 20xx 年，全國 LED 顯示屏的市場規(guī)模達(dá)到了 72 億元。近幾年來都一直保持著一個迅猛的發(fā)展勢頭。隨著 LED 器件材料性能的不斷提高， LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用深度都必將猛擴(kuò)大和加深，其中全彩色顯示屏、半導(dǎo)體照明交通信號、汽車等特種領(lǐng)域有巨大的市場，蘊含巨大的商機(jī)。 圖 LED 電子顯示屏應(yīng)用示例 研究內(nèi)容 主要研究單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計、 LED 顯示屏驅(qū)動電路、單片機(jī)控制程序、 VB 上位機(jī)程序、串口通信部分程序、 LED 點陣屏的動態(tài)掃描技術(shù)。 LED 顯示屏與 PC 的數(shù)據(jù)傳輸方式有串行和并行兩種，而使用串行傳輸可有效減少硬件設(shè)計的復(fù)雜程度，同時傳輸率也能得到保證。數(shù)碼管動態(tài)掃描技術(shù)早已得到廣泛應(yīng)用，以外的數(shù)碼管顯示還是停留在靜態(tài)顯示，即每一位數(shù)字顯示都需要對應(yīng) 9 個引腳控制，這無疑對硬件設(shè)計造成壓力。如一個 8*8 的點陣屏也是用靜態(tài)顯示技術(shù)，那么最少需要太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 65根控制引腳。采用動態(tài)顯示技術(shù)后，能將引腳數(shù)減少到 16 根。遠(yuǎn)程控制即可以通過數(shù)據(jù)傳輸，控制端使用通信技術(shù)或者遙控技術(shù)，對目標(biāo)器件進(jìn)行控制。 實現(xiàn)的功能：當(dāng)在 VB 界面輸入想要顯示的漢字是， VB程序通過處理 后講信息發(fā)送給單片機(jī)，最后單片機(jī)將漢字顯示在點陣屏幕上。并且當(dāng)顯示漢字多于兩個時，進(jìn)行左移的動態(tài)顯示。 電子廣告牌設(shè)計 4 2 總體設(shè)計與分析 設(shè)計的總體框圖 圖 系統(tǒng)組成框圖 上位機(jī) VB 軟件將要顯示的漢字進(jìn)行轉(zhuǎn)化、提取，通過串口通信傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過驅(qū)動電路將漢字顯示出來。 漢字點陣數(shù)據(jù)采用現(xiàn)成的字庫芯片，需要通過漢字的機(jī)內(nèi)碼作地址來取出相應(yīng)漢字的點陣字模數(shù)據(jù)。因此上位機(jī)軟件的任務(wù)就是：將待顯示的字符轉(zhuǎn)換成對應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)內(nèi)碼，并把操作者對下位機(jī)顯示方式、速度等進(jìn)行設(shè)置的常數(shù)，通過 RS232 總線按一定的通信協(xié)議一起發(fā)送到下位機(jī)。 MAX232 的作用就是實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，使得單片機(jī)和上位機(jī)之間能夠正常通信。下位機(jī)為單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的機(jī)內(nèi)碼通過驅(qū)動點亮點陣屏。由于采用的是 8 8 的點陣屏，所以要采用驅(qū)動的方式使得點陣屏能夠正常的工作，顯示漢字。兩個漢字的點陣屏為 16 32 的分辨率，行驅(qū)動是將 16 行轉(zhuǎn)化成 4 行與單片機(jī)連接。列驅(qū)動將 32 列通過所選的芯片級聯(lián)起來，與單片機(jī)連接起來。 上 位 機(jī) 下 位 機(jī) 行驅(qū)動 列驅(qū)動 LED 點陣顯示屏 MAX 232 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 硬件電路的設(shè)計 單 片機(jī)的選型 51單片機(jī)的 CPU 實現(xiàn)了馮諾依曼所設(shè)想的計算機(jī)中的運算器和控制器的功能，是單片機(jī)最核心的部件。 CPU 包含：算術(shù)邏輯單元 (ALU)、定時控制器、專用寄存器組。 單片機(jī)的存儲器特點之一就是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的尋址方式和尋址單元，這種結(jié)構(gòu)叫做哈佛結(jié)構(gòu)。與通用微機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個地址空間，可以隨意安排 ROM 和 RAM，訪問數(shù)據(jù)段和代碼段時采用同樣的指令，這種傳統(tǒng)的是存儲器結(jié)構(gòu)稱之為普林頓斯結(jié)構(gòu)。存儲器主要包括：程序存儲器 ROM,單片機(jī)之所有強(qiáng)大的處理功能，就是需要軟 件程序的支持，而程序員將設(shè)計好程序經(jīng)過編譯后寫入 ROM，當(dāng)單片機(jī)開始運行時， CPU 就對 ROM 里面的指令進(jìn)行調(diào)用，從而實現(xiàn)預(yù)期中的功能。片內(nèi) RAM，雖然 51 單片機(jī)內(nèi)設(shè)的 RAM 字節(jié)并不是很多，但卻起著十分重要的作用。RAM 又可以分為 3個區(qū)域：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和便箋區(qū)（用戶區(qū)）。 51系列單片機(jī)擁有 4個并行 I\O端口，分別為 P0、 P P2 和 P3，每個端口都是雙向功能，即能夠從端口輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。 51 單片機(jī)還有定時器 /計數(shù)器結(jié)構(gòu)，中斷系統(tǒng)。這兩個功能在本系統(tǒng)中極為重要，定時器 /計數(shù)器通過程序控制輔助數(shù)碼 管的倒計時顯示；中斷系統(tǒng)的外部中斷接收紅外對管的信號，響應(yīng)中斷處理程序。 51 單片機(jī)還具有一個全雙工的可編程串行口，可以實現(xiàn) 8位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。它有兩個在物理結(jié)構(gòu)上獨立的發(fā)送接受寄存器，同時具備發(fā)送接收功能，但是在本設(shè)計中不是主要說明對象，所以不作詳細(xì)介紹。 設(shè)計中使用 51 系列單片機(jī)為核心控制器， 51 型單片機(jī)是指由美國 Intel 公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了很多種類，如 803 805 875 895803 8052 和 8952 等，其中 8051 是最早，最典型的產(chǎn)品。目前所采用的 8051 并不限于 Inter 公司所生產(chǎn)的芯片，各大芯片生產(chǎn)廠商所推出的兼容芯片為主，如 Amtel 公司的 89C51， STC 公司的 89S51 等。 STC89S52 單片機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計使用的是 STC89S52RC 單片機(jī)，原因是此款單片機(jī)具有眾多優(yōu)點。 電子廣告牌設(shè)計 6 ? 加密性強(qiáng)，難解密 ? 超強(qiáng)抗干擾 ? 超低功耗 掉電模式： A ? 空閑模式： 2mA ? 正常工作模式： 4mA～ 7mA ? 提供 STCISP 在線編輯系統(tǒng)，無需編輯器，無需仿真器，可省去購買編輯器、仿真器的昂貴資金，適合大眾使用 ? 內(nèi)置看門狗 STC89S52RC 的 基本結(jié)構(gòu)與 8051 相同，但是比傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)擁有更多的內(nèi)部Flash，最高可達(dá) 64KB。片內(nèi) SRAM 容量同樣是非常吸引的數(shù)字，最高可擁有 1280Byte的 SRAM。而且還內(nèi)置 EEPROM 存儲器、 AD轉(zhuǎn)換等功能。另外它還可以用串口直接仿真程序，不需要另外加用仿真器或者下載線。 STC89S52 單片機(jī)管腳功能 圖 89S52 芯片管腳 ? VCC：接電源正極，一般輸入電壓為 5V。 ? GND：接電源地端。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 ? P0口： P0口為一個 8 位 漏級開路雙向 I/O口，每個腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 ? P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 ? P2口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 ? P3口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（計數(shù)器 0 外部輸入） T1（計數(shù)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ? RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ? ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在電子廣告牌設(shè)計 8 執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 ? /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 ? /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 ? XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 ? XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)電源電路 電源電路不單單是為單片機(jī)運行提 供工作電壓，還需要對單片機(jī)的外圍電路提供工作電源。這里使用 USB 接口供電，這也是大多數(shù)單片機(jī)的供電方式。 具有 USB 接口的設(shè)備一般工作電壓都為 5V。計算機(jī)上的 USB 接口（圖 32）可以輸出穩(wěn)定的 +5V 電壓，最大額定電流為 500mA，足以滿足本設(shè)計的要求。