【正文】 ................................................................................. 31 附錄二 LED 點陣顯示屏 PCB 圖 ............................................................................................. 32 附錄三 主程序清單 ................................................................................................................ 33 桂林電子 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 1 頁 共 36 頁 引言 LED 顯示屏（ LED panel）： LED 英文名稱為 light emitting diode ， 是 發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 LED。 LED 之所以受到廣泛重視而得到發(fā)展，與它本身所具有的優(yōu)點是分不開的。這些 LED 的自身優(yōu)點對環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源都具有 極為重要的意義。按顏色分類可分為： 單基色顯示屏 、 雙基色顯示屏 、 全彩色顯示屏。 隨著微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， 半導(dǎo)體的制作和加工工藝逐步成熟和完善，制造不同的半導(dǎo)體材料越來越容易，使得 LED 芯片的亮度、壽命得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從而 使其擁有更為寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。 從未來發(fā)展趨勢看，目前具有視頻效果的幾種媒體，其性能優(yōu)勢各有千秋。 這給 印制電路板的設(shè)計帶來了方便，同時也減少了 印制 電路板的布線密度，從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來了有利的一面 ，當(dāng)然，單元模塊的可靠性也相應(yīng)的提高了。 由于行的組成是幾個模塊并聯(lián)而成的，因此驅(qū)動的功率要求比較大。 方案二：并行 控制驅(qū)動 方式顯示。在并行控制驅(qū)動方式下，可以選用 74HC373 這樣一類鎖存芯片，采用級聯(lián)的方式將列數(shù)據(jù)輸入。由此增加了單元的成本和 印制電 路板的設(shè)計難度。 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及大型電子顯示屏應(yīng)用日益廣泛，一種高度集成的 LED 顯示屏控制驅(qū)動專用芯片出現(xiàn)了， 如 ZQL9701芯片。采用ZQL9701 芯片將使系統(tǒng)的顯示灰度達(dá)到 256 級。 顯示屏 控制 方案論證 方案一：單機(jī)工作模式。采用主從單片機(jī)工作方式來控制整個系統(tǒng)。 綜上所述， 考慮到本設(shè)計只須要一個單片機(jī)即可完成設(shè)計，故選擇方案一。 最小系統(tǒng)如圖 22 所示： 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng) 該單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由鍵盤電路、串口通信電路、電源電路、復(fù) 位電路、擴(kuò)展電路等五部分組成。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可以稱得上一個片上系統(tǒng)。 （ 4） 豐富的 I/O 接 口， 不用外接 I/O 口拓展芯片也可以增加更多輔助功能，同時也降低 了設(shè)計 成本。 這樣 即可 構(gòu) 成一個 16x16 點陣顯示器 ，可將這 256個 LED 稱為 一個最小顯示單元，當(dāng)要顯示 某 個 字或 字符時，只需要對這個單元中對應(yīng)的 LED 進(jìn)行亮滅控制即可。 74HC154 的兩個輸入使能門電路可用于 譯碼器 選通 ， 以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。 本設(shè)計行掃描采用的工作方式是： 單片機(jī)的 P2 口不斷向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，74HC154 不斷的接收數(shù)據(jù)并且存儲起來，待到 74HC154 寄存器轉(zhuǎn)滿 16 位數(shù)據(jù)的時候，再通過并行輸出把數(shù)據(jù)傳給點陣顯示屏，發(fā)送 給點陣 屏 的 16 位信號與 74HC595 芯片發(fā)送的 16 位列信號‘結(jié)合’從而產(chǎn)生一個漢字或其他別的圖形通過點陣顯示出來。 本 設(shè)計 選用的是 大電流三極管 SS8550。 當(dāng)一行的 LED 全部點亮?xí)r，有： 總電流 ： I= IC=64A=； 三極 管的功耗： Pc=ICV CE ==； 從 STC 單片機(jī) 官方 提供的數(shù)據(jù)可知 STC12C 系列單片機(jī)的每個 I/O 口能獨立承受20mA 的灌電流， 即能夠給基極提供 20mA 的偏置電流。 則基極限流電阻： R=(VC﹣ Vbe)/ Ib=(5V﹣ )/19mA=226Ω。 其中 DS 為列移位寄存器的 數(shù)據(jù) 輸入， SHcp 是移位時鐘， STcp為鎖存時鐘 ， Q7’ 是串行輸入數(shù)據(jù)的輸出 口， OE 是對輸入數(shù)據(jù)的輸出使能控制， Q1～Q7 是串行輸入數(shù)據(jù)的并行輸出口 。 設(shè)計電路中， 每個 16x16 點陣 的列驅(qū)動電路由兩個串聯(lián)的8 位移位寄存器 74HC595 組成 ， 則 16x64 點陣需要八片 74HC595 芯片 。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一款“單總線”溫度傳感器，它采用獨特的 單總線接口方式，僅需要一個端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 DS18B20 可以采用寄生電源方式工作，從單總線吸取能力，在信號處于高電平期間把電量存儲在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工 作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。溫度高于 100℃ 時，不得使用寄生電源，應(yīng)采用外部電源供電。 ℃ 。接著發(fā) RAM 命令轉(zhuǎn)換 ,啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。 DS18B20 讀邏輯 1 和 0 的步驟如下： （ 1） 在讀取的時候單片機(jī)拉低電平大約 1us； （ 2） 單片機(jī)釋放總線，然后讀取總線電平； （ 3） 這時候 DS18B20 會拉低電平； （ 4） 讀取電平過后，延遲大約 40us～ 45us； 若指令成功地使 DS18B20 完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在 DS18B20 的存儲器 里 。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。 時間電路模塊設(shè)計 在 LED 顯示屏上，需要顯示時鐘信息，有時需要對顯示屏進(jìn)行按時間控制，比如定時開關(guān)屏，具有在某個時間點顯示某條信息等功能。 DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用 于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供 電。 RST是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。上電運行時，在 Vcc 之前， RST 必須保持低電平。 DS1302 與 CPU的連接需要三條線，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。如果在傳送過程當(dāng)中置 RST 為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。 紅外接收電路模塊設(shè)計 紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學(xué)家霍胥爾于 1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射 ,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為 ～ ；中紅外線，波長為 ～ ；遠(yuǎn)紅外線，波長為 ～ l000μm 之間。 其電路連接如圖 211 所示： 圖 211 一體化紅外接 收管 1838 硬件連接圖 其 中 1 腳是輸出口接單片機(jī)； 2 腳接地；三腳接電源。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號 即 發(fā)射部分包括 矩陣 鍵盤、編碼調(diào) 制、 LED 紅外發(fā)送器；接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu) )等幾部分組成。 為了降低設(shè) 桂林電子 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 14 頁 共 36 頁 計成本，簡化硬件電路以及簡化程序，本設(shè)計采用一體化紅外接收管。 當(dāng)紅外接收頭沒有接收到 遙控 器發(fā)送來的紅外線 時 ，其輸出端輸出高電平（約 +5V）。 其電路連接如圖 214 所示： 圖 214 報警電路硬件電路圖 PCB 電路板的 設(shè)計與調(diào)試 硬件設(shè)計部分一般是經(jīng)過原理圖繪制和 PCB 板的制作、電路板的焊接 這幾個步驟 。按照系統(tǒng)功能劃分， Protel 99se 主要包含 電路工程設(shè)計和電路仿真與 PLD 倆大部分。所以在繪制原理圖時必須要仔細(xì)確保電路無誤。 （ 2） 高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。 繪制好 PCB 圖后，接下來就是轉(zhuǎn)印 PCB 板，由于在設(shè)計 LED 點陣屏電路中線路很多，如果使用單面板則需要很多跳線，則本次使用雙面板進(jìn)行設(shè)計。焊接過 程中，元件不能焊太久，否則有可能損壞元件，這會給后期工作帶來很多麻煩。對于單片機(jī)板上 電源 電路，應(yīng)先檢查電壓轉(zhuǎn)換 電路 輸出是否正常。由于 LED 點陣顯示屏使用的是雙面板，所以要檢測上層和下層之間電路的連接，各導(dǎo)線之間是否有短路、開路等一些常見的問題。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向顯示屏體傳送數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描工作。 軟件調(diào)試 相 對于硬件調(diào)試來說， 測試 步驟 更 復(fù)雜更 困難 。 本次設(shè)計使用的仿真軟件 是 Proteus 仿真軟件， Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換 到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。前者可在相當(dāng)程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達(dá)到的效果。 它可以使我 大大縮減設(shè)計時間、耗資也大為減少，也可以降低電路制造的風(fēng)險。 其主 程序流程圖如圖 31 所示： 圖 31 主程序流程圖 分程序模塊調(diào)試的優(yōu)點是：單個程序模塊易于編寫，調(diào)試和修改；便于分工，可由多個程序員編寫、調(diào)試，有利于加快工作速度；程序易讀性好；程序的修改可局部化進(jìn)行；頻繁使用的功能可以編制成模塊存在庫里供多個任務(wù)使用。 模塊說明中應(yīng)包含對模塊功能，所用基本算法，模塊的 入口 參數(shù)和出口參數(shù)，以及它們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和調(diào)用情況等，還應(yīng)該說明程序中哪些數(shù)據(jù)應(yīng)該放在公共數(shù)據(jù)區(qū)可以由所有模塊訪問，哪些數(shù)據(jù)則應(yīng)該在有直接從屬關(guān)系的模塊間傳送等。 桂林電子 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 19 頁 共 36 頁 （ 2） 模塊之間控制耦合應(yīng)盡量簡單，模塊之間的數(shù)據(jù)耦合應(yīng)最小，這就是模塊間的低耦合。 該 軟件有幾種輸出格式如 十 進(jìn)制、十六進(jìn)制 和 C 語言、匯編語言格式。 系統(tǒng)開發(fā)軟件 本系統(tǒng)編程與調(diào)試采用 Keil μVision3， Keil 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。另外重要的一點，只要看一下 編譯 后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil軟件 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。行掃描方式又分為 8 行掃描和 16 行掃描兩種 ，本設(shè)計采用 16 行掃描 。在行掃描驅(qū)動的 工作方式下，同一排 LED 點陣片的同名行控制引腳是并接在一條線上的，最后連接在一個行驅(qū)動電路上；行驅(qū)動電路中也一定有一片鎖存器，用來鎖存行掃描信號。按 LED 點陣片在屏幕上的排列順序，單片機(jī)先對第 1 排的第 1 片 LED 點陣片的列驅(qū)動鎖存器，寫入從 單片機(jī) 數(shù)據(jù)存儲器讀得的字模數(shù)據(jù)，接著對第 2 片、第 3 片 ， 直到這一排的最后一片都寫完字模數(shù)據(jù)后，單片機(jī)再對這一排的行驅(qū)動鎖存器寫行掃描信號，于是第 1 排第 1 行與字模數(shù)據(jù)相關(guān)的發(fā)光二極管點亮。 下面分別解析各種顯示效果的原理 ： 文字左移： 其移動原理是 將 顯示在第一列的數(shù)據(jù)就丟棄了，把第二列的數(shù)據(jù)送到第一列上顯示，依次移動顯示一屏，顯示一段時間再進(jìn)行一次移動， 這樣 人們看起來 就呈現(xiàn)出 移動的 效果 了 ； 文字 右移：和左移的原理一樣，只是將最右邊的第一列數(shù)據(jù)丟棄掉，將右邊第二列數(shù)據(jù)送到第一列上顯示 ； 文字上移： 所謂上移就是 將文字 向上移動顯示，其基本原理是 將第一行的數(shù)據(jù)丟棄掉，第二行的數(shù)據(jù) 送到第一行顯示；同理，下移的基本原理也是一樣； 上 疊加顯示： 桂林電子 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 21 頁 共 36 頁 即第一行顯示完后繼續(xù)保留顯示，接著顯示第二行，待顯示完第 16 行后，就可以顯示。這樣就算完成了單片機(jī)對 LED 顯示屏的行掃描控制。LED 顯示屏顯示的內(nèi)容一般按字模的形式存放在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器中，字模是 8 位二進(jìn)制數(shù)。 所以，只有當(dāng) 掃描頻率達(dá)到一定的界限時就不會引起閃爍感覺，通常稱這個頻率為臨界閃爍頻率。 漢字顯示效果 編程 與調(diào)試 要實現(xiàn)漢字的移動，就要先弄清其顯示的原理， LED 顯示屏的基本工作原理是動態(tài)掃描。運行 Keil 軟件需要 WIN20xx、 WINXP、 WIN7 等