【正文】 要求，設(shè)計(jì)流程如圖5. 1示。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)。第5章 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)5．1 開發(fā)工具及語言本系統(tǒng)的處理器是兼容8051指令集的高速單片機(jī)STC12C5412AD。功率越大，其優(yōu)勢(shì)越明顯。高效率：體現(xiàn)在極高的轉(zhuǎn)換效率和極低的調(diào)整損耗上，開關(guān)電源的換能器是工作在開關(guān)狀態(tài)下，因此轉(zhuǎn)換的效率極高，長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作也不會(huì)引起電源過熱。這保證了長(zhǎng)時(shí)間使用穩(wěn)定性。因此，要求供電電源在負(fù)載電流變化較大的情況下能保持相對(duì)穩(wěn)定的電壓輸出。4．5 對(duì)于系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇4．5．1 對(duì)于LED顯示屏的電源要求本系統(tǒng)沒有設(shè)置獨(dú)立的5V穩(wěn)壓器件，因此要求外部能對(duì)其提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓。多腳并聯(lián)的方式可以減小插接件的接觸電阻。采用單一 +5V電源供電，外接只需4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS232C通信接口，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛運(yùn)用。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX23MC148MC1489等。因此不適合做遠(yuǎn)距離通信，但是對(duì)于條屏，通信15米的通信距離已經(jīng)足夠?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的串行通信端口（RS232C）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)上一般都有1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232C串口，即通道COM1和COM2。4．4 與上位機(jī)的通信電路設(shè)計(jì)4．4．1 通信協(xié)議的選擇要使上位機(jī)能對(duì)條屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，顯示內(nèi)容更新等操作，就離不開和上位機(jī)的通信。為了使I/，在單片機(jī)與字庫(kù)連接的I/O輸出端，加上一個(gè)22KΩ的下拉電阻R1。這樣就可能造成字庫(kù)芯片過壓損壞。 電阻分壓式電平轉(zhuǎn)換原理，虛線框內(nèi)為單片機(jī)I/O在準(zhǔn)雙向口配置時(shí)的等效電路。4．3．5 。例：讀取一個(gè)1516點(diǎn)陣漢字需要32Byte，則連續(xù)32個(gè)字節(jié)讀取后結(jié)束一個(gè)漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)讀取操作?？焖僮x取點(diǎn)陣數(shù)據(jù)（Read Data Bytes at Higher Speed）Read Data Bytes at Higher Speed需要用指令碼來執(zhí)行操作。串行時(shí)鐘輸入（SCLK）：數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出。寫沖突保護(hù)。SPI主要特點(diǎn)有:可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。（摘錄自GT21L32S4W1官方數(shù)據(jù)手冊(cè)）。4．3．2 字庫(kù)芯片的使用方法每個(gè)漢字在本芯片中是以漢字點(diǎn)陣字模的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位表示，寸1的點(diǎn)，當(dāng)顯示的時(shí)候可以在屏幕上顯示亮點(diǎn)，存0的點(diǎn)，則在屏幕上不顯示。而且獨(dú)石電容的耐壓較高，在高電壓脈沖下不易擊穿。圖中1uF的電解電容和10KΩ的電阻構(gòu)成微分電路，在系統(tǒng)上電的瞬間，為單片機(jī)RESET腳提供約2mS的高電平脈沖，使單片機(jī)上電后立即可靠復(fù)位。4．2．3 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)根據(jù)本條屏的實(shí)際運(yùn)用要求，參考STC單片機(jī)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)上的應(yīng)用指南?！駜?nèi)部看門狗，使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下。20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過55mA STC12C系列單片機(jī)主要特性4．2．2 STC單片機(jī)在條屏運(yùn)用中的優(yōu)越性對(duì)于單色動(dòng)態(tài)條幅屏的應(yīng)用需要，STC12C5412AD單片機(jī)有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：●較高的處理速度和時(shí)鐘頻率，能輕松的實(shí)現(xiàn)條屏的各種移動(dòng)算法。STC單片機(jī)是深圳宏晶科技的IC產(chǎn)品。根據(jù)β確定基極電流Ib和基極限流電阻R分別為：基極電流： 則基極限流電阻：。 。如此可知，當(dāng)一行全點(diǎn)亮的時(shí)候總電流: ；管 耗: Pc=ICVCEsat(管飽和壓降)==；STC12C系列單片機(jī)的每個(gè)I/O口能獨(dú)立承受20mA的灌電流，也即是能夠給共射驅(qū)動(dòng)電路基極提供20mA的偏置電流。每行共96點(diǎn)陣，每個(gè)點(diǎn)陣包含紅色，綠色兩個(gè)LED。同時(shí)，大部分單片機(jī)的I/O是弱上拉輸出，也即是單片機(jī)能承受較大的灌電流，而只能提供微弱的拉電流。而造成開機(jī)瞬間全屏顯示或造成巨大的浪涌電流沖擊，使電源電壓跌落，單片機(jī)工作異常。 兩種三極管擴(kuò)流方式（共集，共射）共集驅(qū)動(dòng)方式， 又稱射極跟隨器，當(dāng)電源電壓足夠時(shí)，在負(fù)載上獲得的電壓始終等于基極對(duì)地電壓Ub減去發(fā)射結(jié)壓降Ube。 74HC595管腳圖 74HC595邏輯圖 ：管腳號(hào)管腳名稱管腳功能描述1QB鎖存器輸出，三態(tài)2QC鎖存器輸出，三態(tài)3QD鎖存器輸出，三態(tài)4QE鎖存器輸出，三態(tài)5QF鎖存器輸出，三態(tài)6QG鎖存器輸出，三態(tài)7QH鎖存器輸出，三態(tài)8GND電源地9SQH串行輸出，用于級(jí)聯(lián)。輕則對(duì)周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時(shí)鐘紊亂，邏輯錯(cuò)誤。74HC595并行輸出端與LED模塊列線之間通過20Ω的電阻連接，這里電阻起到分壓，去除紅色LED的并聯(lián)嵌位作用。74HC595在5V供電的時(shí)候能夠達(dá)到30MHz的時(shí)鐘速度，每個(gè)并行輸出端口均能承受20mA的灌電流和拉電流。這樣能獲得較大的顯示單元尺寸和發(fā)光亮度。由于紅光和綠光的光子能量不同，紅色LED的發(fā)光門限電壓要比綠光稍低，因此紅綠LED不能簡(jiǎn)單并聯(lián)使用。每行的顯示占空比為直流情況下的1/16。jMove_L_Speed。 //從EEPROM中讀取內(nèi)碼低字節(jié) k=Load_Next_Charctor(strings)。n CNT。void Dis_Mode_1(void)//左移顯示效果{ unsigned char i,j,k。這些字模數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在32字節(jié)的字模數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。該緩存區(qū)與Display_Buffer編址連續(xù)。其它大部分顯示效果如左移六字暫停，全屏定格顯示等都是以逐位左移為基礎(chǔ)。（詳細(xì)對(duì)應(yīng)關(guān)系見章節(jié)5．3．1——顯示緩存技術(shù)與映射關(guān)系）經(jīng)過這樣的映射處理，使字符在顯示中的移動(dòng)算法變得簡(jiǎn)單靈活，不論進(jìn)行何種顯示效果處理，只需要對(duì)Display_Buffer進(jìn)行操作。如果開機(jī)的時(shí)候不按下“DownLoad”鍵，則單片機(jī)程序被引導(dǎo)進(jìn)入顯示模式。因?yàn)榈诙降谖迳葏^(qū)是連續(xù)編址的，所以第二扇區(qū)存滿后會(huì)自動(dòng)存放在第三扇區(qū)，以次類推。進(jìn)入下載流程后，擦除連續(xù)從0x2600地址開始的5個(gè)E2PROM扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512字節(jié)。這時(shí)單片機(jī)把UART異步串行口初始化為“方式一”工作，波特率為115200bps。MCU通過內(nèi)部集成的SPI接口和字庫(kù)芯片進(jìn)行雙向通信。而每個(gè)顯示單元的列數(shù)據(jù)則由16位移位鎖存器并行輸出口提供。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(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)內(nèi)碼，并把操作者對(duì)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)?？紤]到本設(shè)計(jì)的上、下位機(jī)進(jìn)行一次通信時(shí)的數(shù)據(jù)量不大（2KB以內(nèi)），而且對(duì)通信的速度及可靠性要求并不嚴(yán)格。而本設(shè)計(jì)創(chuàng)新使用了專用的點(diǎn)陣字庫(kù)芯片，成本僅為8元，內(nèi)含各種點(diǎn)陣規(guī)格的GB231ASCII等標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)。因此這種方案，需要在單片機(jī)外部擴(kuò)展大容量的E2PROM，增加硬件成本。在條屏顯示的過程中按規(guī)定的方式取出E2PROM中的字模數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這幾種單片機(jī)的處理速度均能達(dá)到1MIPS/MHz（在時(shí)鐘頻率為1MHz時(shí)處理能力為每秒100萬條指令），但AVR系列單片機(jī)的極限時(shí)鐘頻率只能到16MHz，而C8051F系列SOC類似于ARM7,時(shí)鐘速度可到100MHz,但會(huì)浪費(fèi)其內(nèi)部豐富的資源，而且價(jià)格昂貴，用在單色條屏的控制中頗感浪費(fèi)。3．4 微控制器的考慮因本設(shè)計(jì)采用軟件來實(shí)現(xiàn)滾屏，且傳輸方式為串行方式。在傳統(tǒng)的并行傳輸方式中，因受到列數(shù)據(jù)鎖存器地址線數(shù)目的制約，不能隨意的增添顯示單元，且每個(gè)顯示單元的電路結(jié)構(gòu)不同,PCB結(jié)構(gòu)也不同，完全不符合模塊化設(shè)計(jì)的要求?？梢杂糜布?shí)現(xiàn)，但無疑增加了額外的硬件成本及設(shè)計(jì)難度。為了在較遠(yuǎn)距離處獲得清晰的視覺效果，本設(shè)計(jì)采用4個(gè)88點(diǎn)陣，像素直徑5mm的LED模塊拼接成1616點(diǎn)陣的LED陣列。在條屏的運(yùn)用中，能用ARM來實(shí)現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動(dòng)。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。FPGA以高速、并行著稱。因PIC單片機(jī)是RISC架構(gòu)的工業(yè)專用單片機(jī)，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號(hào)種類繁多。除此之外，傳統(tǒng)8051單片機(jī)的內(nèi)部資源貧乏，僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，幾K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，無E2PROM，SPI。不同功能檔次的廣告屏對(duì)應(yīng)著不同的處理器。成本有所下降，但可擴(kuò)展性仍舊較差。但是這種方案最大的缺點(diǎn)是不便于隨意擴(kuò)展顯示單元的數(shù)目。在幀切換的時(shí)候還要加入余輝消除處理。如果用行線來做掃描線，則每16次循環(huán)，每行LED就能亮一次，其發(fā)光視覺平均亮度為直流情況下的1/16。這就是動(dòng)態(tài)掃描的原理。下面用偽代碼描述動(dòng)態(tài)顯示的過程。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個(gè)LED全點(diǎn)亮。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個(gè)LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。8單色LED點(diǎn)陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號(hào)點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗(yàn)獲得。LED點(diǎn)陣規(guī)模常見的有445581616等等。1．3 LED顯示屏的應(yīng)用示例 左：圖文屏 右：條幅屏 LED電子顯示屏應(yīng)用示例其中的LED點(diǎn)陣單色圖文動(dòng)態(tài)條幅屏（下文中簡(jiǎn)稱條屏），因?yàn)槌杀镜土⒖煽啃愿?、顯示效果優(yōu)良，所以成為點(diǎn)陣式LED漢字廣告屏中的主流產(chǎn)品。 LED點(diǎn)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(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 1．2 LED電子顯示屏的分類按顏色分類單基色顯示屏:單一顏色（紅色或綠色）。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的字符信息顯示。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。 LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。 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。 按顯示器件分類LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 按發(fā)光點(diǎn)直徑分類室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ5mm、 室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm 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(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度。這種一體化封裝的點(diǎn)陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長(zhǎng)、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。單色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點(diǎn)亮?xí)r間，則可實(shí)現(xiàn)256或更高級(jí)灰度顯示，即可實(shí)現(xiàn)真彩色顯示。2．2 LED 動(dòng)態(tài)顯示原理 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。最典型的例子就是電影放映機(jī)。相鄰兩行線間絕緣。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點(diǎn)亮。在這個(gè)示例中，Y叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)刻只有一根線為“1”即有效行選通電平，X叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點(diǎn)陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。LED顯示屏上將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的“B”字符。如果用列線來做掃描線，則每列LED在每96次循環(huán)掃描中只可能亮一次，則其發(fā)光視覺平均亮度為直流亮度的1/96。在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，還要在每?jī)蓭g加上合適的延時(shí)，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，對(duì)微控制器（MCU）的通信速度要求較低。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGA,CPLD等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案。因此控制器的種類也在不斷發(fā)展以適應(yīng)要求，從最初的8051單片機(jī)，到PIC單片機(jī)，又到FPGA，直到現(xiàn)在的ARM處理器。對(duì)顯示效果和移動(dòng)算法的處理也比較吃力，在實(shí)際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。二．以PIC單片機(jī)為控制器的LED顯示屏。三．以FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。因此被運(yùn)用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。因此其運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，內(nèi)部資源也十分豐富，極大的簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)的難度，縮短了開發(fā)周期。第3章 總體方案設(shè)計(jì)與分析3．1 顯示單元的考慮顯示一個(gè)簡(jiǎn)體漢字，至少需要1616點(diǎn)陣來描述。3. 2 滾屏的實(shí)現(xiàn)字符的位置在屏幕上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，即術(shù)語“滾屏”。3. 3 關(guān)于可擴(kuò)展性除了基本要求外，本設(shè)計(jì)還要實(shí)現(xiàn)顯示單元數(shù)目的隨意擴(kuò)展。每個(gè)顯示單元的PCB都是完全一樣的，便于量產(chǎn)。因此選擇高速8位單片機(jī)作為控制器，常見的高速8位單片機(jī)有AVR系列單片機(jī)，C8051F系列單片機(jī)，STC12C系列單片機(jī)。3．5 關(guān)于點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式目前使用最廣泛的技術(shù)是，通過上位機(jī)軟件將待顯示的字符串轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)，通過燒寫的方式將這些字模數(shù)據(jù)按一定的順序編址后存儲(chǔ)在E2PROM中。通常的單片機(jī)內(nèi)部沒有集成這么大容量的E2PROM。諸多弊端使本設(shè)計(jì)放棄了傳統(tǒng)方案。3．6 關(guān)于顯示內(nèi)容的更新目前常用的下載方式有串口下載、USB下載、無線下載等。漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)采用現(xiàn)成的字庫(kù)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(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)。所有顯示單元的16根行線均連接到公共的行掃描驅(qū)動(dòng)電路。用通用I/O口模擬同步串行接口以實(shí)現(xiàn)和列數(shù)據(jù)鎖存器（移位鎖存器）之間的單向通信。3．7．2 工作原理（DownL