【正文】 摘 要本設(shè)計旨在開發(fā)一個簡單的LED 12816點陣顯示板，該顯示板的開發(fā)包括硬件開發(fā)與軟件開發(fā)兩部分：硬件部分開發(fā)，在OrCAD環(huán)境中繪制顯示板的原理圖，在PowerPCB環(huán)境中繪制顯示板的PCB電路圖；軟件部分，在MPLAB IDE環(huán)境中完成對PIC單片機的程序開發(fā)。此次畢業(yè)設(shè)計的最終成果為完成工裝的LED點陣顯示屏，PC機通過miniUSB線與顯示屏連接，用戶可通過PC機向顯示屏發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，進而控制顯示屏的顯示。此畢業(yè)設(shè)計所開發(fā)出的產(chǎn)品具有一定的實用價值，若加以改進（如增加無線模塊，光敏元件等），可實現(xiàn)更多功能。關(guān)鍵詞：LED；點陣顯示屏ABSTRACT This project includes hardware designing and software designing. OrCAD is used for the schematic designing, PowerPCB is used for the PCB designing, and MPLAB IDE is used for the programme. This project generates a LED dot matrix display board, which is industrial packed. PC may connect with it via a miniUSB line, and users may use the PC to send mands or data to the LED dot matrix display board. This product is useful, and it may have more functions if it is modified, such as add a wireless module, a photoactive module and so on.Key words：LED。 Dot Matrix Display Board目 錄第一章 緒論 1 LED顯示屏的發(fā)展 1 1第二章 基礎(chǔ)理論背景 3 PIC單片機概述 3 LED驅(qū)動芯片HT1632C概述 3 5 OrCAD簡介 5 PowerPCB簡介 5 MPLAB IDE簡介 5第三章 硬件部分 12 12 12 138 LED點陣模塊 13 局部原理圖 13 15 15 16 18第四章 軟件部分 19 Smartie 19 19 19 19 22 23 23 23 24 27第五章 系統(tǒng)測試 33 33 33 34結(jié)束語 36致 謝 37參考文獻 38附錄一：驅(qū)動板原理圖 39附錄二：顯示板原理圖 41附錄三：程序代碼 42第一章 緒論 LED顯示屏的發(fā)展[1]LED顯示屏是20世紀90年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于具有亮度高、畫面清晰、色彩鮮艷等優(yōu)點，它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨秀，且市場空間巨大，LED顯示屏市場也隨技術(shù)發(fā)展而不斷攀升。LED顯示屏的發(fā)展可大致可以分為以下幾個階段：第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要應(yīng)用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所，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、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制、圖像處理、光纖通信等技術(shù)的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。LED顯示屏控制所專用的大規(guī)模集成電路芯片也在此時由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)出來并得以廣泛應(yīng)用。第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍LED管大量涌入中國，同時國內(nèi)企業(yè)進行了深入的技術(shù)研發(fā)工作，使用紅、綠、藍三原色LED的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，并大量進入體育場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國內(nèi)的大屏幕帶入全彩時代。隨著LED原材料市場的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件于2001年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點間距，被不同價位需求者所接受，在短短兩年多時間內(nèi)，產(chǎn)品銷售額已超過3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場進入新世紀。在LED顯示的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，交通信息的顯示是其中的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，各類信息顯示設(shè)備成為機場、火車站、碼頭、公交車站、高速公路、城市道路、停車場等面向公眾發(fā)布信息的主導(dǎo)手段，其中，LED顯示以其高亮度、高可靠性等特點受到青睞。[3]首先，將此次畢業(yè)設(shè)計的最終作品命名為“20*2 LED Smartie”顯示屏?！?0*2 LED Smartie”顯示屏是一個簡易的可顯示202個字符的LED點陣顯示屏，所顯示的字符為57點陣常用ASCII碼字符。PC機通過miniUSB線與顯示屏連接并實現(xiàn)通信，通過向“20*2 LED Smartie”顯示屏發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對顯示板顯示內(nèi)容及顯示亮度的控制。本次畢業(yè)設(shè)計使用Sure Electronics公司的DEDD210驅(qū)動板作為“20*2 LED Smartie”顯示屏的驅(qū)動板，使用開源軟件“LCD Smartie”作為上位機軟件。而本人則主要負責(zé)LED點陣顯示板的設(shè)計開發(fā)，PIC單片機程序編寫以及“20*2 LED Smartie”顯示屏整機工裝的設(shè)計和組裝。最終產(chǎn)品通過miniUSB線與PC機實現(xiàn)通信后，其命令、數(shù)據(jù)的控制流向如圖11所示。圖11 “20*2 LED Smartie”顯示屏命令、數(shù)據(jù)流向示意圖 上位機軟件“LCD Smartie”通過串口將命令、數(shù)據(jù)發(fā)送給“20*2 LED Smartie”顯示屏驅(qū)動板的PIC單片機，PIC單片機根據(jù)所接收到的來自上位機的命令、數(shù)據(jù)，向顯示屏的各個LED驅(qū)動芯片HT1632C發(fā)送控制命令與數(shù)據(jù)。用戶只需操作上位機軟件即可簡便地實現(xiàn)對“20*2 LED Smartie”顯示屏的控制。鑒于LED顯示屏的迅猛發(fā)展勢頭，我認為利用所學(xué)知識去設(shè)計制造一塊簡易的LED顯示屏作為我的畢業(yè)設(shè)計有著不小的意義。首先，“20*2 LED Smartie”可顯示常用ASCII碼字符，能用于顯示英文信息，具有一定的實用價值。此外，此顯示屏亦可作為學(xué)習(xí)工具使用，為今后感興趣的同學(xué)開發(fā)功能更為復(fù)雜的LED點陣顯示屏提供一定幫助?！?0*2 LED Smartie”顯示屏雖然僅僅實現(xiàn)了更改顯示內(nèi)容與顯示亮度這兩項基本功能，但通過此次畢業(yè)設(shè)計，我們已得到開發(fā)此類顯示屏的基本框架。將來可以此此框架為基礎(chǔ)，不斷完善或革新，開發(fā)功能更為復(fù)雜、用途更為廣泛的LED顯示屏。第二章 基礎(chǔ)理論背景 PIC單片機概述PIC系列單片機是Microchip所開發(fā)單片機的主打型號，其CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，具有運行速度快，工作電壓低，功耗小，輸入輸出直接驅(qū)動能力較大等優(yōu)點。在辦公自動化設(shè)備、消費電子產(chǎn)品、電訊通信、智能儀器儀表、汽車電子、金融電子、工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，PIC系列單片機在世界單片機市場份額排名中逐年提高，發(fā)展非常迅速。[2]此次畢業(yè)設(shè)計所使用的PIC單片機型號為PIC16F723，其管腳圖如圖21所示。[3]圖21 PIC16F723管腳圖PIC16F723單片機集成了許多模塊，此次畢業(yè)設(shè)計主要使用UART模塊和Timer0模塊。UART模塊用于實現(xiàn)串行通信[4]；Timer0模塊作為看門狗定時器，可在串行通信發(fā)生故障時保證顯示屏工作的穩(wěn)定[5]。 LED驅(qū)動芯片HT1632C概述HT1632C芯片是由Holtek公司生產(chǎn)的LED驅(qū)動芯片。該驅(qū)動芯片是一款內(nèi)存映射LED顯示驅(qū)動芯片，它可以選擇328或2416驅(qū)動模式。通過使用軟件指令PWM控制，該芯片支持16級的LED亮度控制。[6]HT1632C芯片的管腳圖如圖22所示。[6]圖22 HT1632C芯片管腳圖HT1632C芯片的管腳定義如表21所述。[6]表21 HT1632C芯片管腳定義管腳名稱輸入/輸出 （I/0）描述ROW0～ROW23O行驅(qū)動管腳，這些管腳驅(qū)動LEDROW24/COM15～ROW31/COM18O驅(qū)動LED輸出或者COM端輸出。各個COM管腳均是雙向端口COM0～COM7I/OCOM輸出端，各個COM端均是雙向端口SYNCI/O如果設(shè)置為片上RC主模式或片外時鐘主模式，SYN管腳將輸出同步信號；如果設(shè)置為從模式，SYN管腳將接收同步信號輸入。OSCI/O如果設(shè)置為片上RC主模式，系統(tǒng)時鐘源來自片上RC晶振，并且系統(tǒng)時鐘信號由OSC管腳輸出；如果設(shè)置為從模式或者片外時鐘主模式，系統(tǒng)時鐘源是經(jīng)由OSC管腳得到的外部時鐘信號。DATAI/O串行數(shù)據(jù)輸入輸出，I寫數(shù)據(jù)時鐘信號端。在每個時鐘的上升沿，數(shù)據(jù)寫入HT1632C芯片I讀數(shù)據(jù)時鐘信號端。在每個時鐘的上升沿，數(shù)據(jù)從HT1632C芯片讀出。表21 HT1632C芯片管腳定義（續(xù)）I片選信號輸入端。當(dāng)輸入高電平時，HT1632C芯片不被是能；當(dāng)輸入低電平時，HT1632C芯片被是能。LED_VDD為電路提供驅(qū)動高電平輸入LED_VSS為電路提供接地端VSS為邏輯電路提供地信號低電平輸入VDD為邏輯電路提供高電平輸入 此次畢業(yè)設(shè)計使用OrCAD作為電路原理圖設(shè)計軟件，使用PowerPCB作為PCB開發(fā)軟件，使用MPLAB IDE 。 OrCAD簡介OrCAD 是一套在PC上極受歡迎的電子設(shè)計自動化軟件，專門用來讓電子工程師設(shè)計電路圖及相關(guān)圖表，設(shè)計印刷電路板所用的印刷圖，及電路的仿真之用。OrCAD是一個混合名詞，反映了軟件的發(fā)源地：俄勒岡(Oregon)+ 計算器輔助設(shè)計（CAD）。OrCAD Pspice 為美國OrCAD公司在1998年與Microsim公司合并之后，將其眾所皆知Pspice整合到原先OrCAD系統(tǒng)（包含「電路圖輸入」的OrCAD Capture、「印刷電路板布局」的OrCAD Layout及「可編程邏輯（Programmable Logic）電路合成」的OrCAD Exerpss）內(nèi)的一套計算機輔助電路分析軟件。[7]此次畢業(yè)設(shè)計使用OrCAD繪制顯示板的電路原理圖，并生成“.asc”格式的網(wǎng)絡(luò)文件，為PowerPCB提供可導(dǎo)入到網(wǎng)絡(luò)文件。 PowerPCB簡介PowerPCB是一款PCB開發(fā)軟件，可以方便地導(dǎo)入多種格式的網(wǎng)絡(luò)文件，并進行PCB電路板的設(shè)計開發(fā)。用戶使用PowePCB軟件，可以完成PCB元件布局、布線設(shè)計等一些列PCB電路板開發(fā)所需對工作，極大地提高了PCB電路板的開發(fā)效率[8]。此次畢業(yè)設(shè)計使用PowePCB軟件導(dǎo)入由OrCAD軟件所生成的“.asc”格式網(wǎng)絡(luò)文件，從而完成對各種元件的布局與布線工作。 MPLAB IDE簡介MPLAB IDE 是一種在 PC 機上運行的軟件，用來為Microchip 單片機開發(fā)應(yīng)用程序。由于它提供了一種單一的集成環(huán)境來為嵌入式單片機開發(fā)程序代碼，因此被稱為集成開發(fā)環(huán)境或 IDE。[9]運行MPLAB IDE ，軟件窗口如圖23所示。圖23 MPLAB IDE 單擊“Project”菜單，選取“Project Wizard”，新建一個項目，如圖24所示。圖24 新建一個項目在彈出窗口中點擊“下一步（N）”，如圖25所示。圖25 Project Wizard彈出窗口點擊“下一步（N）”后，選取PIC芯片型號為“PIC16F723”，并點擊“下一步（N）”如圖26所示。圖26 選取PIC芯片型號為PIC16F723在新窗口中選取編譯器為“HITECH Universal ToolSuite”，并點擊“下一步（N）”如圖27所示。圖27 選取編譯器在新窗口中設(shè)定項目的存儲路徑，并點擊“下一步（N）”，如圖28所示。這里須注意，所設(shè)定的存儲路徑應(yīng)當(dāng)僅由英文字符組成，否則開發(fā)軟件將無法識別。圖28 設(shè)定項目存儲路徑在新窗口中，不添加任何文件，點擊“下一步（N）”，如圖29所示。圖29 不要添加任何文件在新窗口中點擊“完成”，完成新項目的建立，如圖210所示。圖210 完成新項目的建立當(dāng)完成了新項目的建立后，即可在此項目中添加頭文件（Header Files）和源文件（Source Files）了?！?0*2 LED Smartie”程序的項目中包含的頭文件、源文件如圖211所示。圖211 “20*2 LED Smartie”所需的頭文件、源文件當(dāng)把PIC Kit2連接到PC機上后，即可配置編程器為PICKit2了。如圖212所示。圖212 配置編程器為PICKit2完成編程后，即可點擊“Program”按鈕向單片機燒寫程序。如圖213所示。圖213 向單片機燒寫程序第三章 硬件部分“20*2 LED Smartie”顯示屏須通過miniUSB線與PC機連接，接收來自上位機軟件所發(fā)送來的命令、數(shù)據(jù)進而顯示不同的效果?！?0*2 LED Smartie”顯示屏的整體設(shè)計框圖如圖31所示。圖31 整體設(shè)計框圖此次畢業(yè)設(shè)計所使用的核心控制芯片為Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F723芯片，而基于PIC16F723單片機的驅(qū)動板由Sure Electronics公司提供，產(chǎn)品號為DEDD210。DEDD210驅(qū)動板是由Sure Electronics公司開發(fā)的基于PIC16F723單片機的單片機驅(qū)動板。該驅(qū)動板已將PIC16F723單片機的大部