【正文】 要求，設計流程如圖5. 1示。Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。第5章 單片機軟件設計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STC12C5412AD。功率越大，其優(yōu)勢越明顯。高效率：體現在極高的轉換效率和極低的調整損耗上，開關電源的換能器是工作在開關狀態(tài)下，因此轉換的效率極高，長時間滿負荷工作也不會引起電源過熱。這保證了長時間使用穩(wěn)定性。因此，要求供電電源在負載電流變化較大的情況下能保持相對穩(wěn)定的電壓輸出。4．5 對于系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇4．5．1 對于LED顯示屏的電源要求本系統(tǒng)沒有設置獨立的5V穩(wěn)壓器件，因此要求外部能對其提供相對穩(wěn)定的電壓。多腳并聯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個電容，便可以構成標準的RS232C通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛運用。目前較為廣泛地使用專用電平轉換芯片，如MAX23MC148MC1489等。因此不適合做遠距離通信，但是對于條屏，通信15米的通信距離已經足夠?，F在，計算機上的串行通信端口（RS232C）是標準配置端口，已經得到廣泛應用，計算機上一般都有1～2個標準RS232C串口，即通道COM1和COM2。4．4 與上位機的通信電路設計4．4．1 通信協(xié)議的選擇要使上位機能對條屏進行參數設置，顯示內容更新等操作，就離不開和上位機的通信。為了使I/，在單片機與字庫連接的I/O輸出端，加上一個22KΩ的下拉電阻R1。這樣就可能造成字庫芯片過壓損壞。 電阻分壓式電平轉換原理，虛線框內為單片機I/O在準雙向口配置時的等效電路。4．3．5 。例：讀取一個1516點陣漢字需要32Byte，則連續(xù)32個字節(jié)讀取后結束一個漢字的點陣數據讀取操作?？焖僮x取點陣數據（Read Data Bytes at Higher Speed）Read Data Bytes at Higher Speed需要用指令碼來執(zhí)行操作。串行時鐘輸入（SCLK）：數據在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。寫沖突保護。SPI主要特點有:可以同時發(fā)出和接收串行數據。Motorola公司生產的絕大多數MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。（摘錄自GT21L32S4W1官方數據手冊）。4．3．2 字庫芯片的使用方法每個漢字在本芯片中是以漢字點陣字模的形式存儲的，每個點用一個二進制位表示，寸1的點，當顯示的時候可以在屏幕上顯示亮點，存0的點，則在屏幕上不顯示。而且獨石電容的耐壓較高，在高電壓脈沖下不易擊穿。圖中1uF的電解電容和10KΩ的電阻構成微分電路，在系統(tǒng)上電的瞬間，為單片機RESET腳提供約2mS的高電平脈沖，使單片機上電后立即可靠復位。4．2．3 單片機系統(tǒng)電路設計根據本條屏的實際運用要求，參考STC單片機官方數據手冊上的應用指南。●內部看門狗，使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下。20mA，但整個芯片最大不得超過55mA STC12C系列單片機主要特性4．2．2 STC單片機在條屏運用中的優(yōu)越性對于單色動態(tài)條幅屏的應用需要，STC12C5412AD單片機有以下突出的優(yōu)點：●較高的處理速度和時鐘頻率，能輕松的實現條屏的各種移動算法。STC單片機是深圳宏晶科技的IC產品。根據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，當一行全點亮的時候總電流: ；管 耗: Pc=ICVCEsat(管飽和壓降)==；STC12C系列單片機的每個I/O口能獨立承受20mA的灌電流，也即是能夠給共射驅動電路基極提供20mA的偏置電流。每行共96點陣，每個點陣包含紅色，綠色兩個LED。同時，大部分單片機的I/O是弱上拉輸出，也即是單片機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，單片機工作異常。 兩種三極管擴流方式（共集，共射）共集驅動方式， 又稱射極跟隨器，當電源電壓足夠時，在負載上獲得的電壓始終等于基極對地電壓Ub減去發(fā)射結壓降Ube。 74HC595管腳圖 74HC595邏輯圖 ：管腳號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，用于級聯。輕則對周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時鐘紊亂，邏輯錯誤。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的并聯嵌位作用。74HC595在5V供電的時候能夠達到30MHz的時鐘速度，每個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不能簡單并聯使用。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。這些字模數據就存儲在32字節(jié)的字模數據緩存區(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。（詳細對應關系見章節(jié)5．3．1——顯示緩存技術與映射關系）經過這樣的映射處理，使字符在顯示中的移動算法變得簡單靈活，不論進行何種顯示效果處理，只需要對Display_Buffer進行操作。如果開機的時候不按下“DownLoad”鍵，則單片機程序被引導進入顯示模式。因為第二到第五扇區(qū)是連續(xù)編址的，所以第二扇區(qū)存滿后會自動存放在第三扇區(qū)，以次類推。進入下載流程后，擦除連續(xù)從0x2600地址開始的5個E2PROM扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)。這時單片機把UART異步串行口初始化為“方式一”工作，波特率為115200bps。MCU通過內部集成的SPI接口和字庫芯片進行雙向通信。而每個顯示單元的列數據則由16位移位鎖存器并行輸出口提供。因此上位機軟件的任務就是：將待顯示的字符轉換成對應的標準機內碼，并把操作者對下位機顯示方式、速度等進行設置的常數，通過RS232總線按一定的通信協(xié)議一起發(fā)送到下位機?？紤]到本設計的上、下位機進行一次通信時的數據量不大（2KB以內），而且對通信的速度及可靠性要求并不嚴格。而本設計創(chuàng)新使用了專用的點陣字庫芯片，成本僅為8元，內含各種點陣規(guī)格的GB231ASCII等標準字庫。因此這種方案，需要在單片機外部擴展大容量的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中的字模數據進行處理。這幾種單片機的處理速度均能達到1MIPS/MHz（在時鐘頻率為1MHz時處理能力為每秒100萬條指令），但AVR系列單片機的極限時鐘頻率只能到16MHz，而C8051F系列SOC類似于ARM7,時鐘速度可到100MHz,但會浪費其內部豐富的資源，而且價格昂貴，用在單色條屏的控制中頗感浪費。3．4 微控制器的考慮因本設計采用軟件來實現滾屏，且傳輸方式為串行方式。在傳統(tǒng)的并行傳輸方式中，因受到列數據鎖存器地址線數目的制約，不能隨意的增添顯示單元，且每個顯示單元的電路結構不同,PCB結構也不同，完全不符合模塊化設計的要求?？梢杂糜布崿F，但無疑增加了額外的硬件成本及設計難度。為了在較遠距離處獲得清晰的視覺效果，本設計采用4個88點陣，像素直徑5mm的LED模塊拼接成1616點陣的LED陣列。在條屏的運用中，能用ARM來實現花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅動。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。FPGA以高速、并行著稱。因PIC單片機是RISC架構的工業(yè)專用單片機，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。除此之外，傳統(tǒng)8051單片機的內部資源貧乏，僅128字節(jié)的數據存儲器，幾K字節(jié)的程序存儲器，無E2PROM，SPI。不同功能檔次的廣告屏對應著不同的處理器。成本有所下降，但可擴展性仍舊較差。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數目。在幀切換的時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。這就是動態(tài)掃描的原理。下面用偽代碼描述動態(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LED全點亮。同樣，藍色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內部每列8個LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在電子領域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數量，因此在LED顯示技術中被廣泛使用。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復雜，在實際應用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數據信號，反復循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。8單色LED點陣顯示器的內部電路結構和外型規(guī)格，其它型號點陣的結構與引腳可試驗獲得。LED點陣規(guī)模常見的有445581616等等。1．3 LED顯示屏的應用示例 左：圖文屏 右：條幅屏 LED電子顯示屏應用示例其中的LED點陣單色圖文動態(tài)條幅屏（下文中簡稱條屏），因為成本低廉、可靠性高、顯示效果優(yōu)良，所以成為點陣式LED漢字廣告屏中的主流產品。 LED點陣圖文顯示屏：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）。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、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。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。利用不同的半導體材料可以制造不同色彩的LED像素點。 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數碼顯示屏：顯示器件為7段碼數碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數字的電子顯示屏。 按發(fā)光點直徑分類室內屏：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、藍發(fā)光二極管封在一個塑料筒內共同發(fā)光增強亮度。這種一體化封裝的點陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內容的顏色由像素內不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式決定，如紅綠都亮時可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮時間，則可實現256或更高級灰度顯示，即可實現真彩色顯示。2．2 LED 動態(tài)顯示原理 LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。最典型的例子就是電影放映機。相鄰兩行線間絕緣。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點亮。在這個示例中，Y叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為“1”即有效行選通電平，X叫列數據線，其內容就是點陣化的字模數據的體現。LED顯示屏上將呈現出一個完整的“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。在實際運用的時候，還要在每兩幀之間加上合適的延時，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快，對微控制器（MCU）的通信速度要求較低。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經出現用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)展以適應要求，從最初的8051單片機，到PIC單片機，又到FPGA，直到現在的ARM處理器。對顯示效果和移動算法的處理也比較吃力，在實際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。二．以PIC單片機為控制器的LED顯示屏。三．以FPGA（復雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。因此被運用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。因此其運算能力非常強大，內部資源也十分豐富，極大的簡化了硬件設計的難度，縮短了開發(fā)周期。第3章 總體方案設計與分析3．1 顯示單元的考慮顯示一個簡體漢字，至少需要1616點陣來描述。3. 2 滾屏的實現字符的位置在屏幕上實現移動，即術語“滾屏”。3. 3 關于可擴展性除了基本要求外，本設計還要實現顯示單元數目的隨意擴展。每個顯示單元的PCB都是完全一樣的，便于量產。因此選擇高速8位單片機作為控制器，常見的高速8位單片機有AVR系列單片機，C8051F系列單片機，STC12C系列單片機。3．5 關于點陣數據的存儲方式目前使用最廣泛的技術是，通過上位機軟件將待顯示的字符串轉換為對應的點陣字模數據，通過燒寫的方式將這些字模數據按一定的順序編址后存儲在E2PROM中。通常的單片機內部沒有集成這么大容量的E2PROM。諸多弊端使本設計放棄了傳統(tǒng)方案。3．6 關于顯示內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。漢字點陣數據采用現成的字庫芯片，需要通過漢字的機內碼作地址來取出相應漢字的點陣字模數據。所有顯示單元的16根行線均連接到公共的行掃描驅動電路。用通用I/O口模擬同步串行接口以實現和列數據鎖存器（移位鎖存器）之間的單向通信。3．7．2 工作原理（DownL