【正文】 南通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué)生姓名 曹萍 學(xué) 號 101012021038 專業(yè) 電氣工程及其 自 動 化(本一 ) 課題名稱 基于單片機(jī)的 LED顯示屏設(shè)計(jì) 閱讀文獻(xiàn) 情 況 國 內(nèi)文 獻(xiàn) 17 篇 開題日期 國外文獻(xiàn) 3 篇 開題地點(diǎn) 1 號樓 105 一 文獻(xiàn)綜述與調(diào)研報(bào)告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，本課題研究的意義和價(jià)值、參考文獻(xiàn)） 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 LED 點(diǎn)陣顯示是一組像素幾萬至幾十萬的半導(dǎo)體發(fā)光二極管按矩陣均勻排列構(gòu)成的。不同的顏色取決于不同的半導(dǎo) 體材料。目前使用最廣泛的顏色紅色、綠色、黃色。通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管燈 ,LED 顯示屏顯示不同的信息 [1]。 LED 因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn) 而成為目前 最有前景 最廣闊 的綠色照明光源 。 LED 的發(fā)展前景很廣闊，目前也正向多方向發(fā)展，有待實(shí)現(xiàn)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 。 LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括證券交易、金融信息顯示、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示、廣告媒體新產(chǎn)品等 [2]。 隨著 LED 技術(shù)日趨成熟， LED 的相 關(guān)產(chǎn)品也越來越多，例如 LED 數(shù)碼管、 LED 交通燈、 LED 電光源、 LED 線條裝飾燈、 LED 四線彩虹管、 LED 顯示屏等。在汽車、廣告、日常生活、城市照明等諸多領(lǐng)域都可以看見它的身影?，F(xiàn)在高亮度 LED 成為其主要發(fā)展趨勢，其原因在于它 擁有三大市場：汽車車燈市場、交通信號標(biāo)志市場及 LED 顯示屏。 現(xiàn)在各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產(chǎn)品，而是用上了豐富多彩的 LED 電子產(chǎn)品，為城市的增添了一道靚麗的風(fēng)景。而且它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、發(fā)光效率高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、可靠耐用、組態(tài)靈活、安全、響應(yīng)時(shí)間短、綠色環(huán)保、控制靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來 LED 顯示屏市場得到了迅猛的發(fā)展 ,由于 LED 電子顯示屏具有所顯內(nèi)容信息量大，外形美觀大方，操作使用方便靈活，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到銀行、郵電、稅務(wù)、機(jī)場、車站、證券市場及其它交易市場、醫(yī)院、電力、海關(guān)、體育場等需要進(jìn)行多種公告、宣傳的場合。未來 LED 顯示屏?xí)蛑鴺?biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展 [2]。該設(shè)計(jì)廣泛涉及了計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)中的電源技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)，顯示技術(shù)，存儲技術(shù)，系統(tǒng)軟件技術(shù)， 接口及驅(qū)動等技術(shù)。 目前用單片機(jī)控制 LED 顯示屏有三種方法：單片機(jī)直接驅(qū)動 LED 顯示屏、利用單片機(jī)外部讀寫信號驅(qū)動 LED 顯示屏、利用單片機(jī) SPI 接口驅(qū)動 LED 顯示屏 [3]。 首先用單片機(jī)直接驅(qū)動 LED 顯示屏的一個(gè)重要條件是， LED 屏的長度和高度都不能很大。對于 8 位單片機(jī)來說，長度是為了滿足在 384 點(diǎn)以內(nèi)，而高度則與使用的單元板是單色（ 2 條掃描線）還是雙色（ 4 條掃描線）有關(guān)。 8 位單片機(jī)的數(shù)據(jù)寬度為 8位，因?yàn)閷τ趩紊珕卧鍋碚f。高度為 138 點(diǎn)，雙色單元板高度為 64 點(diǎn)。按顯示數(shù)據(jù)的存儲位置可將單片機(jī)直接驅(qū)動 LED 顯示屏為兩種：一是將顯示數(shù)據(jù)存儲在程序存儲器里；二是將顯示數(shù)據(jù)存儲在擴(kuò)展外部并行或串行數(shù)據(jù)存儲器中。 利用單片機(jī)外部讀寫信號驅(qū)動 LED 顯示屏的工作原理。對于外部數(shù)據(jù)存儲器的基本讀寫與一般單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)完全相同，唯一的區(qū)別是讀外部數(shù)據(jù)存儲器的讀信號作為 LED 顯示屏單元板的移位信號 SCK，這一點(diǎn)是控制電路的關(guān)鍵所在 [1]。它的設(shè)計(jì)理念是從外部數(shù)據(jù)存儲器中讀出的顯示數(shù)據(jù)不經(jīng)過 CPU 直接輸出。單片機(jī)的讀信號 RD 為低電平有效，單元板的移位信號上升沿有效，根據(jù)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀時(shí)序可以知道：關(guān)斷外部數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)輸出 是需要時(shí)間的，當(dāng) RD 上升沿同時(shí)到達(dá)外部數(shù)據(jù)存儲器RD 端和移位寄存器組時(shí)鐘端時(shí)，移位寄存器組會將外部數(shù)據(jù)存儲器輸出的數(shù)據(jù)移入移位寄存器組。因而達(dá)到不經(jīng)過 CPU 而直接輸出外部數(shù)據(jù)存儲器中顯示數(shù)據(jù)的目的。 可以利用 SPI 接口驅(qū)動 LED 顯示屏的原因。 SPI 接口的核心部分是 8 位串行移位寄存器，而 LED 單元板的最基本元件 74HC595 也是 8 位串行移位寄存器，因此適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)單片機(jī) SPI 和 LED 單元板的連接可以高速地顯示數(shù)據(jù)傳送到 LED 顯示屏。顯然將一個(gè) SPI器件對應(yīng)于單元板的一條掃描線可以最大限度的發(fā)揮 SPI器件的速度優(yōu) 勢 [1]。 除了單片機(jī)之外，在微電腦系列中，目前廣泛使用的還有 PC。在實(shí)際應(yīng)用中，往往有必要讓單片機(jī)和 PC 協(xié)同作戰(zhàn)，把單片機(jī)的數(shù)據(jù)上傳給 PC，讓 PC 來存儲和處理這些數(shù)據(jù)，這樣能使單片機(jī)系統(tǒng)的功能變得更加強(qiáng)大。通常把單片機(jī)系統(tǒng)中的 PC 成為上位機(jī)。上位機(jī)在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵就是二者之間的數(shù)據(jù)通信 [2]。而目前能實(shí)現(xiàn)二者通信的接口也是多樣的，例如 RS232C 串行接口、 RS485 接口、上位機(jī) USB 接口等。 計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本 低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸中，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊是，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便的連接起來進(jìn)行通訊 [7]。單片機(jī)和上位機(jī)通信必須有連接兩者的硬件設(shè)備，這就是串行端口。與單片機(jī)串口對應(yīng)的，在上位機(jī)一端就是 RS232C 串行通信接口。由于 RS232C 接口的邏輯電平是特殊的負(fù)邏輯電平，而一般單片機(jī)接口是標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平，二者不相匹配，如果直接連接不但會造成邏輯混亂，甚至?xí)p壞芯片，必須要在他們中間加入邏輯電平匹配電路，才能使系統(tǒng)正常工作。 MAX232 就是這樣的芯 片，它有 5V 供電，內(nèi)部有電源變換電路，可以自動向 RS232C 接口一端提供它需要的邏輯電壓，單片機(jī)一端仍然是標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平 [9]。 RS485接口在 51單片機(jī)系統(tǒng)中的使用。由于 RS485接口仍然是串行數(shù)據(jù)傳輸方式，因此他在單片機(jī)系統(tǒng)的使用與 RS232 類似。只是要加入一個(gè)專用的 RS484 接口芯片，比如美國美信的 MAX485 芯片，用它代替 RS232 接口中的 MAX232 芯片。綜上得，一個(gè)使用 RS485 接口的單片機(jī)和上位機(jī)通信系統(tǒng)，他的硬件設(shè)備在通信鏈路的最兩端和使用 RS232C 接口的系統(tǒng)是相同的。所以對于一個(gè) 簡單的系統(tǒng)，這兩者的編程幾乎一樣，只是在單片機(jī)端增加了一根收發(fā)控制 I/O 線。 USB 接口是 PC 目前十分流行的一種新型串行接口總線，除了一般串行總線的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有硬件簡單易用、傳輸速率快、自帶 5V 電源等特點(diǎn)，因此在各類電腦外設(shè)和數(shù)碼產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。常用的 USB 轉(zhuǎn)換芯片有 CH341 芯片 [10]。 意義與價(jià)值 目前我國的信息行業(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)人員也會越來越緊缺。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識到我國的 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自己的就業(yè)還是對我國 LED 顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實(shí)與積極的意義。 參考文獻(xiàn) [1] 關(guān)積珍 ,陸家和 . 我國 LED顯示屏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展及展望 [J].現(xiàn)代顯示， 2020， (02)： 3437. 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[19] Khodambashi S, Zakerolhosseini A, Fazlali scalable architecture to control LED displays [J].Industrial and Information Systems,Sep2020:456459. 二 本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)解決的難題 基本內(nèi)容 本課題主要以單片機(jī) AT89S51 為控制器的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。并且可以通過級連的方式來擴(kuò)大顯示屏幕的尺寸以達(dá)到增加顯示內(nèi)容的目的。系統(tǒng)采用 PC 機(jī)作為上位機(jī)，上位機(jī)向單片 機(jī)發(fā)送控制命令和上位機(jī)所存儲的顯示代碼， AT89S51 單片機(jī)接收并處理 PC 機(jī)的控制命令以及顯示代碼，由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個(gè) 16 16 分辨率的 LED 點(diǎn)陣顯示屏的掃描顯示。 PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信采用 RS— 232C 通信標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。所選用的 AT89S51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉程序?qū)懭敕奖愕奶攸c(diǎn)使得整個(gè)系統(tǒng)方便維護(hù)和檢修。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機(jī)少量的 I /O 口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴(kuò)展的空間。 需解決的難題 對點(diǎn)陣式 LED 顯示屏進(jìn)行整體性設(shè)計(jì)，也就是利用單片機(jī)通過驅(qū)動模塊控制點(diǎn)陣式 LED 顯示模塊，其中， LED 驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)是本課題首要解決的問題。另外如何在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)漢字庫的字模轉(zhuǎn)換還有上位機(jī)與下位機(jī)的通信如何來實(shí)現(xiàn)也是需要去研究掌握的內(nèi)容 。 三 課題的研究方法、技術(shù)路線 研究方法： ：通過網(wǎng)絡(luò)、書籍和數(shù)字圖書館查找搜集與基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣顯示相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對研究課題的現(xiàn)狀有一定的了解。 理論分析法：通過對資料的分析與整理，根據(jù)單片機(jī)、 LED 點(diǎn)陣顯示、傳感器等的理論知識，分析本課題研究的可行性。 實(shí)踐驗(yàn)證法：系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)與軟件編程相結(jié)合，先做出整個(gè)系統(tǒng)的電路，然后做出實(shí)物， 對硬件和軟件進(jìn)行整體調(diào)試。 技術(shù)路線： 系統(tǒng)硬件 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 1 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 。 通 信 部 分 控 制 部 分 顯 示 部 分上 位 機(jī) 圖 1 系統(tǒng)硬件組成框圖 系統(tǒng)軟件 軟件的設(shè)計(jì)除了滿足設(shè)計(jì)功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計(jì)目 標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，下位機(jī)軟件可以分為主程序，顯示程序，中斷程序三個(gè)主要部分組成，上位機(jī)主要是字模轉(zhuǎn)換和串口通信編程。具體系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 漢 字 字 庫 的 生 成 與使 用漢 字 字 形 的 提 取 及圖 片 的 嵌 入P C 機(jī) 對 下 載 數(shù) 據(jù) 的預(yù) 處 理P C 機(jī) 軟件L E D 系 統(tǒng) 軟 件單 片 機(jī) 與 P C通 信 的 協(xié) 議制 定串 行 口 通 信模 塊 設(shè) 計(jì)控 制卡 軟件L E D 顯 示 程序字 符 控 制 及處 理 程 序 設(shè)計(jì) 圖 2 系統(tǒng) 軟件 模塊 結(jié)構(gòu)框圖 軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載