【正文】 ................................ 22 系統(tǒng)硬件部分的調試 ........................................................................................... 22 短路與虛焊檢測 ....................................................................................... 23 上電測試 ................................................................................................... 23 串口調試 ................................................................................................... 23 濟南大學畢業(yè)設計 系統(tǒng)軟件調試方法 ............................................................................................. 24 系統(tǒng)軟硬件調試及結果 ..................................................................................... 25 結 論 ................................................................................................................................. 26 參考文獻 ............................................................................................................................. 27 致 謝 ................................................................................................................................. 28 附錄 1：系統(tǒng) PCB .............................................................................................................. 29 附錄 2 系統(tǒng)運行樣式 ........................................................................................................ 30 附錄 3：系統(tǒng)程序部分代碼 .............................................................................................. 31 濟南大學畢業(yè)設計 第 1 章 緒論 課題背景 選題背景 LED 點陣顯示屏是八十年代后期迅速風靡全球的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬……幾十萬個半導體發(fā)光二極管 點陣像素均勻排列組成。利用不同的制作材料可以制造不同發(fā)光顏色的 LED 像素點。目前應用最廣泛的是紅色、綠色、黃色。而藍色和綠色 LED 顯示屏的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。 LED 顯示屏可以顯示變化的字母、數(shù)字、文字、圖形圖像，不僅可以用于室內裝飾還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏都無法比擬的優(yōu)點。 在短短的十幾來年中， LED 顯示屏就以其功耗小、亮度高、能夠承受各種惡劣氣候而得到了廣泛的應用 。 LED 顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、更高耐氣候性、可靠性、全色 化的方向發(fā)展。 LED 顯示屏的應用涉及到社會經(jīng)濟的方方面面，主要應用的場合有：（ 1）車站的買票公告欄（ 2）廣場的 LED 電視直播（ 3）銀行的交易信息及利率等信息的顯示（ 4）商店超市的廣告牌等等 。 我國現(xiàn)狀 自 LED 顯示屏誕生至今，我國在 LED 顯示屏領域的研究，在國際上還是名列前茅的。目前各種形式的 LED 屏幕在我國都有生產(chǎn)，其中最流行的彩色 LED 顯示屏做的很突出，這種顯示屏主要用在廣場跟街頭的城市電視中?，F(xiàn)在一些電腦的顯示器也開始采用了 LED 顯示技術，應該來說在這方面，我也沒有落后于別的國家， 聯(lián)想研制的新型筆記本，很多采用了 LED 顯示技術，突破了原來的 LCD 顯示，這種筆記本電腦的顯示屏亮度更高，功耗更低，可謂是理想的選擇。相信在未來的中國將會有更多的電子產(chǎn)品采用 LED 顯示技術。 LED 顯示屏的市場前景 由于 LED 顯示技術也是最新興起的技術，目前 LED 顯示技術的發(fā)展還是比較迅速，其中大多數(shù)用于商家的廣告牌，晚上在城市的街道，到處可以看見 LED 顯示屏的影子。 LED 顯示技術是跟信息技術緊密相連的，信息技術的發(fā)展必定會帶動 LED顯示技術的進步，在不久的將來，也將會出現(xiàn)更多的電子產(chǎn)品采用 LED 顯示?？梢詫l(fā)光二極管做的更小，這樣生產(chǎn)出來的 LED 顯示屏的分辨率會更高。 濟南大學畢業(yè)設計 第 2 章 方案論證與選擇 系統(tǒng)硬件方案設計 大多數(shù)的 LED 顯示屏都在戶外，所以對屏幕的材質硬件的質量要求非常的高。為方便檢修和維護硬件電路設計，常常采用模塊化的設計方法。硬件的設計采用模塊化設計，既要滿足模塊本身功能要求又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。如圖 所示 ,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點，從而確定系統(tǒng)硬件由控制部分，顯示屏部分，通信系統(tǒng)及上位機四部分組成。上位機通過通信串口部分向主控芯片發(fā)送控制指令和顯示內容字模數(shù)據(jù)，主控芯 片執(zhí)行顯示指令，將需要顯示內容的字模數(shù)據(jù)轉換為二極管的亮滅，從而顯示出內容。 圖 系統(tǒng)硬件結構 通信系統(tǒng) 通信部分的設計要滿足要求就是穩(wěn)定、快速、簡單易實現(xiàn)。因為在通常情況下顯示屏和上位機之間的傳輸距離不會很遠，所以對通信距離的要求不是很高，采用RS232 標準就可以。計算機通信的方式主要有并行通信和串行通信兩種方式。 （ 1）并行通信 計算機并行通信時，數(shù)據(jù)是一起發(fā)送的。一起發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)就是并行通信的寬度，這個寬度可以是一個字節(jié)也可以是一個字。并行傳輸?shù)乃俣容^快，因為可以 一起傳送很多的位數(shù)，但是并行傳輸?shù)某杀竞芨?，故在遠距離傳輸時，我們選用串行通信。 （ 2）串行通信 串行通信每次只可以發(fā)送一位數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)信號都是在一條數(shù)據(jù)線上發(fā)送的，所以只需要很少幾根線就可以進行，串行通信的速度低，但傳送的距離長，因此串行通信適用于長距離而速度要求不是很嚴格的場合。在串行通信時，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進行的，而計算機內部的數(shù)據(jù)是并行進行處理的。因此，當計算機向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須將計算機內部的并行數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。反之，當計算機接收數(shù)據(jù)時，又必須將串行數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)進行處理。這 種轉換可以由硬件來實現(xiàn)也可以由軟件實現(xiàn)。如果僅用軟件實現(xiàn)又會增加 CPU 的負擔，降低其利用率，故目前常通常采用硬件實現(xiàn)。通用異步接收 /發(fā)送器，簡稱 UART（ Universal Asynchromous PC 機 LED 顯示屏 通信系統(tǒng) AVR 單片機 濟南大學畢業(yè)設計 Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。在 AVR 單片機芯片中， UART 已經(jīng)集成在單片機內，作為其組成部分，構成一個串口。 綜上所述，在本系統(tǒng)中將采用 UART 來實現(xiàn)單片機與上位機之間的通信，由于串口已經(jīng)集成在了單片機的內部，故只需設置相關寄存器就可以使用串口了。 LED 點陣顯示屏 顯示部分有可以顯示漢字的顯示屏和對顯示屏進行驅動的底層硬件電路。由于單片機的 I/O 口有限且計算機 IO 口的驅動能力不是很強，故不能直接用單片機的 I/O口來驅動 LED 顯示屏，所以需要對單片機 IO 口進行擴展來增加單片機并行輸出和驅動能力。 LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管組成的點陣構成的，要構成大尺寸的 LED顯示屏就需要很多的發(fā)光二極管。構成 LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來構成的，如圖 所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構成的LED 點陣單元模塊來構成較大的 LED 點陣 模塊。目前市場上普遍采用的點陣單元模塊有 8 16 16 幾種。這兩種屏幕構成方法各有自己的優(yōu)缺點，單個發(fā)光二極管構成顯示屏優(yōu)點是當某個發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管便可以正常工作，檢修的成本較低，缺點在于連接線路較為復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，采用點陣模塊構成顯示屏節(jié)約了大量的連線，但是一旦某個發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時，與其同在一個模塊的所有 LED 都必須被更換，這樣就加大了維修的成本。 兩種方法相比較，本系統(tǒng)中采用模塊點陣的方法，這樣可以避免較為復雜的連線。為了避免點陣模塊的缺點，在本系 統(tǒng)中選用 8x8LED 點陣的基礎單元模塊，這樣一段某個發(fā)光二極管出現(xiàn)問題，我們只需更換一個 8x8 的點陣模塊，若選用 16x16 的單元模塊，則更換的成本太高了。 LED 點陣屏的驅動方式 LED 點陣的驅動方式有兩種：恒流驅動方式和非恒流驅動方式。在非恒流驅動方式中，可以將 74HC595 輸出的數(shù)據(jù)直接接到點陣屏上，即用 74HC595 輸出的電流來驅動顯示屏，但有 74HC595 輸出電流有限，不能驅動很多的發(fā)光二極管同時點亮，所以當一排點亮很多二極管時，會出現(xiàn)跟其他排亮度不一的現(xiàn)象。恒流驅動是將74HC164 的輸出接到三極管基極，三極管的發(fā)射極接到電源上，集電極接到 LED 顯示屏幕上。 濟南大學畢業(yè)設計 圖 LED 點陣圖 一個 16 16 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，我們不能直接用單片機來驅動顯示屏，因為單片機的 IO 口驅動能力很弱，而且直接接到單片機上，會占用大量的 IO 口。在單片機驅動 LED 顯示屏時，常采用 IO 口擴展的方式，在這里我們采用74HC59 74HC164 來進行 IO 口擴展，這樣只需要占用少量的 IO 口便可以驅動顯示屏了。由于 74HC595 芯片輸出的電流只有 30mA，所以不能驅動很多的發(fā)光二極管同時發(fā) 光，這樣我們需要在每個芯片的輸出端口加上功放電路，這樣我們就可以同時點亮很多的發(fā)光二極管，這就是 LED 顯示屏的恒流驅動。但是，采用恒流驅動的方式，對于電源的要求也相應的提高了，要求電源必須能夠提供足夠的電流，來驅動大量的發(fā)光二極管同時發(fā)光。 硬件設計方案 最終方案如圖 所示，在這里，我們讓 PC 機作為上位機，在 PC 機上運行串口調試助手，通過此軟件來實現(xiàn)上位機與單片機之間的通信。在上位機中，存儲著字模數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)顯示的方式的控制指令。首先上位機將字模數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機內，單片機接受到字模數(shù)據(jù)， 通過譯碼電路，將字模數(shù)據(jù)還原出來，利用這些 01 字符串來控制發(fā)光二極管的亮滅，從而在點陣屏幕上顯示出內容。題目將以此涉及方案為指導展開具體的硬件電路設計。 濟南大學畢業(yè)設計 單片機譯碼電路1 6 1 6 L E D顯 示 屏顯示驅動電路串行通信P C 機 圖 硬件設計方案 系統(tǒng)軟件方案 軟件的設計除了滿足系統(tǒng)的功能外，還必須滿足容易讀寫，方便下載和編譯的特點。在系統(tǒng)設計目標和硬件總體結構確定的情況下，系統(tǒng)程序可以由主程序，顯示驅動程序和各種特效顯示程序，串口通信程序三個主要部分組成。具體結構如圖 所示。 通 信 程 序控 制 程 序主 程 序靜 態(tài) 顯 示 程 序特 效 顯 示 程 序 圖 軟件功能結構框圖 程序的編寫需要借助編輯編輯器和編譯軟件，本系統(tǒng)中采用 ICCAVR 這個集成開發(fā)環(huán)境來編寫編譯程序，編譯完成后還需要下載軟件將編譯生成的 HEX 文件下載到單片機中執(zhí)行。編寫程序之前首先選擇一種合適的程序設計語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還需要選擇與所選單片機相適應的下載器和下載軟件，來把程序執(zhí)行生成的 hex 文件下載到單片機中。 單片機編程語言 在單片機開發(fā)領域所用的主流編程語言為匯編語言和 C 語言。兩種語言相比較各有優(yōu)點。 匯編語言 (Assembly Language)是面向特定機器的程序設計語言，是一種功能很強的程序設計語言，匯編語言是直接控制計算機的硬件來執(zhí)行的，所以它對編程人員的要求好高，程序員要充分的了解所使用的單片機的硬件架構及組成特性。匯編語言具濟南大學畢業(yè)設計 有執(zhí)行速度快，占內存空間少等優(yōu)點，所以它一般用在對于時間空間要求比較嚴格的場合，在平時我們開發(fā)單片機程序時，一般都用不到。匯編語言對于機器的依賴性較強，在一種型號的單片機上編寫的匯編程序不能移植到另一型號的單片機上，這就限制了它的應用。