【正文】 ED 電子顯示屏應(yīng)用示例 研究內(nèi)容 主要研究單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 LED 顯示屏驅(qū)動電路、單片機(jī)控制程序、 VB 上位機(jī)程序、串口通信部分程序、 LED 點(diǎn)陣屏的動態(tài)掃描技術(shù)。采用動態(tài)顯示技術(shù)后，能將引腳數(shù)減少到 16 根。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 4 2 總體設(shè)計(jì)與分析 設(shè)計(jì)的總體框圖 圖 系統(tǒng)組成框圖 上位機(jī) VB 軟件將要顯示的漢字進(jìn)行轉(zhuǎn)化、提取，通過串口通信傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過驅(qū)動電路將漢字顯示出來。下位機(jī)為單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的機(jī)內(nèi)碼通過驅(qū)動點(diǎn)亮點(diǎn)陣屏。 上 位 機(jī) 下 位 機(jī) 行驅(qū)動 列驅(qū)動 LED 點(diǎn)陣顯示屏 MAX 232 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 硬件電路的設(shè)計(jì) 單 片機(jī)的選型 51單片機(jī)的 CPU 實(shí)現(xiàn)了馮與通用微機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個地址空間，可以隨意安排 ROM 和 RAM，訪問數(shù)據(jù)段和代碼段時采用同樣的指令，這種傳統(tǒng)的是存儲器結(jié)構(gòu)稱之為普林頓斯結(jié)構(gòu)。 51系列單片機(jī)擁有 4個并行 I\O端口，分別為 P0、 P P2 和 P3，每個端口都是雙向功能，即能夠從端口輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。它有兩個在物理結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的發(fā)送接受寄存器，同時具備發(fā)送接收功能，但是在本設(shè)計(jì)中不是主要說明對象，所以不作詳細(xì)介紹。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 6 ? 加密性強(qiáng)，難解密 ? 超強(qiáng)抗干擾 ? 超低功耗 掉電模式： A ? 空閑模式： 2mA ? 正常工作模式： 4mA～ 7mA ? 提供 STCISP 在線編輯系統(tǒng)，無需編輯器，無需仿真器，可省去購買編輯器、仿真器的昂貴資金，適合大眾使用 ? 內(nèi)置看門狗 STC89S52RC 的 基本結(jié)構(gòu)與 8051 相同，但是比傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)擁有更多的內(nèi)部Flash，最高可達(dá) 64KB。 STC89S52 單片機(jī)管腳功能 圖 89S52 芯片管腳 ? VCC：接電源正極，一般輸入電壓為 5V。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 ? P3口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 ? XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 具有 USB 接口的設(shè)備一般工作電壓都為 5V。而我們的 51 單片機(jī)常用到 的時鐘頻率有 12MHz，這些時鐘頻率都是依靠外部晶振產(chǎn)生的。 晶振的負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C （ ） 式中 Cd,Cg 為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容 ,Cic（集成電路內(nèi)部電容） +△ C（ PCB 上電容）經(jīng)驗(yàn)值為 3至 5pf。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 10 本設(shè)計(jì)采用的是上電加按鍵手動復(fù)位，如圖所示。本設(shè)計(jì)采用 4個 8 8點(diǎn)陣的 LED模塊拼接成 16 16 點(diǎn)陣的 LED 陣列。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 16X16 點(diǎn)陣設(shè)計(jì)圖 LED 點(diǎn)陣屏行驅(qū)動設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的要求屏幕需要有 32 16 的分辨率，若使用 8*8 的點(diǎn)陣模塊，則需要使用 4塊。因此，需要借助一些驅(qū)動芯 片完成設(shè)計(jì)。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。 圖 點(diǎn)陣屏行驅(qū)動 LED 點(diǎn)陣屏列驅(qū)動設(shè)計(jì) 驅(qū)動芯片作用是擴(kuò)展單片機(jī)的 IO 口，同時為點(diǎn)陣屏提供工作電流。寄存器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入 (SCLR 和 SCK) ，都是上升沿有效。 74HC595 最多需要 5 根控制線 , 即 SER、 RCK、 SCK、 SCLR 和 G。 圖 單片機(jī)列驅(qū)動 上圖為單片機(jī)列驅(qū)動部分的原理圖。 串口通信電路芯片介紹 MAX232 芯片是一款由美信（ MAXIM）公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì) 的接口電路，使用 +5v 單電源供電。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 8腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 本設(shè)計(jì)就是利用 MAXIM 公司的單電源芯片 MAX232 來完成單片機(jī) TTL到 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 的引腳排列及功能描述見表 （摘錄自 MAX232 官方數(shù)據(jù)手冊） 表 MAX232 引腳功能 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 1 C1+ 泵電容 1 正極 9 R2OUT 第二組 TTL/CMOS 電平輸出 2 V+ 正電源濾波 10 T2IN 第二組 TTL/CMOS 電平輸入 3 C1 泵電容 1 負(fù)極 11 T1IN 第一組 TTL/CMOS 電平輸入 4 C2+ 泵電容 2 正極 12 R1OUT 第一組 TTL/CMOS 電平輸出 5 C2 泵電容 2 負(fù)極 13 R1IN 第一組 RS232 電平輸入 6 V 負(fù)電源濾波 14 T1OUT 第一組 RS232 電平輸出 7 T2OUT 第二組 RS232電平輸出 15 GND 地 8 R2IN 第二組 RS232電平輸入 16 VCC 電源 +5V 電子廣告牌設(shè)計(jì) 16 圖 MAX232 封裝 串口硬件電路設(shè)計(jì) MAX232 的基本電路需要的 4個電容為升壓作用，將單片機(jī)輸入的點(diǎn)評信號轉(zhuǎn)換為177。經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的信號， MAX232 上的第 7 引腳連接到串行通信接口的第 2針 ，第 8 引腳連接到串行通信接口的第 3針。 Keil μ Vision 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列電子廣告牌設(shè)計(jì) 18 兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。在 SCK 經(jīng)過第 9 個上升沿， 數(shù)據(jù)開始從 QH 移出。程序流程圖（圖）如下： SCK 置為低電平 開始 輸出數(shù)據(jù)到 8位？ N Y 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 圖 74HC595 控制程序流程圖 程序設(shè)計(jì)使用 for 循環(huán) 8次，將 1 字節(jié)數(shù)據(jù)按照從低位到高位輸出。 移動算法分析： 顯示的定義為 uchar display[][32]，這里表示了要顯示一個完整的字符，需要 32個字符型數(shù)據(jù)。 下面是四塊點(diǎn)陣的示意圖： 第一個 char 第三個 char 。 。 。 。 。 。 。 。 11110000 11110000 。 。 。 。 。 。 1110000x 圖 點(diǎn)陣屏移動分析示意圖 奇數(shù)次移動顯示程序 ： for(j=0。 SendByte((display[i][j+1]mov) | (display[i+1][j] smov))。j+=2) //行顯示，一共 16 行 SendByte((display[i+2][j]mov)| (display[i+2][j+1]smov))。 無論奇數(shù)次或者是偶數(shù) 次移動，每次都向 74HC595 寫入 4 字節(jié)數(shù)據(jù)，之后再開個該行的顯示。因此圖像顯示畫面閃爍小，顯示效果好。 串口通信程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)使用串口通信，讓上位機(jī)軟件傳送顯示字模數(shù)據(jù)，并存儲在單片機(jī)片內(nèi) SRAM作為屏幕顯示算法的調(diào)用。這里的信息幀與異步通信中的字符幀有所不同，通常含有若干個數(shù)據(jù)字符。同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴(yán)格的同步。發(fā)送端和接收端可以由各自的時鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個時鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。串口通信的工作方式通過 SCON 寄存器的第 7 位設(shè)置： 位數(shù) 7 6 5 4 3 2 1 0 SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 表 SCON 格式 串口通信還需要借助定時器產(chǎn)生傳輸波特率，程序讓定時器 1 工作在方式 2，產(chǎn)生19200bps 的波特率。//設(shè)置定時器 T1 方式 2 PCON=0x00。//開全局中斷 設(shè)置定時器 1 工作方式 開始 設(shè)置定時器寄存器值 打開定時器 結(jié)束 設(shè)置串口工作方式 設(shè)置波特率加倍 開發(fā)全局中斷 打開串口中斷 清除串口接收中斷標(biāo)志位 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 ET1=0。//串行方式 1 ，允許接收 flage=0。設(shè)計(jì)使用 VB 編寫上位機(jī)軟件，主要實(shí)現(xiàn)功能有： 1) 將輸入漢字經(jīng)過本地字庫轉(zhuǎn)換為字模數(shù)據(jù)。事實(shí)上這個漢字屏不僅可以顯示漢字 ,也可以顯示在 256 像素范圍內(nèi)的任何圖形。 漢字點(diǎn)陣的提取方法 知道漢字點(diǎn)陣的編碼原理后 ,就可以通過計(jì)算機(jī)程序?qū)h字進(jìn)行編碼處理了 ,下面以 16 16 點(diǎn)陣字庫為例進(jìn)行介紹。而國標(biāo)碼由兩個字節(jié)組成 ,其中高字節(jié)表示區(qū) ,低字節(jié)表示位。國標(biāo)碼低字節(jié) = 位碼 + 20H。因此只要找到漢字代碼的起始位置 ,就可正確提取漢字點(diǎn)陣信息。 上位機(jī)界面的設(shè)計(jì) 軟件需要的一個漢字顯示輸入文本窗體，和一個字模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)顯示窗體。界面設(shè)計(jì)效果圖如下： .2 圖 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 VB 的 MSComm 通信控件具有豐富的與串口通信密切相關(guān)的屬性及事件，提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅(qū)動的、高效實(shí)用的通信程序。 4) 漢字的起始位置代碼，讀取 32 個字節(jié)。 串口傳輸程序 電子廣告牌設(shè)計(jì) 30 VB 程序中 ，通過 MSCOMM 控件，可對 PC 機(jī)串行口進(jìn)行方便、靈活的操作。n 為接收字節(jié)數(shù) j = 0 Buffer = For il = LBound(Buffer) To UBound(Buffer) R(j) = Buffer(il) j = j + 1 Next il j = 0 Dim R0 As Integer Dim R1 As Integer Dim R2 As Integer Dim R3 As Integer Dim Rn As Integer R0 = R(0) 。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多種編譯器。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的 效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。由于 PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難 以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中 PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。在 Proteus搭建硬件電路的另一個好處是不需根據(jù)實(shí)際工作電路完成設(shè)計(jì)也可以正常工作，如單片機(jī)的最小系統(tǒng)可以在 Proteus忽 略搭建。設(shè)計(jì)好的仿真電路如下： 電子廣告牌設(shè)計(jì) 34 圖 Protues 電路仿真圖 仿真結(jié)果 完成硬件電路的搭建，以及程序代碼的編寫后，可通過點(diǎn)擊單片機(jī)加載程序編譯后生成的二進(jìn)制文件 ，實(shí)現(xiàn)硬件與程序的結(jié)合仿真。但是由于所學(xué)知識不夠豐富和時間上的緊迫，也有不足 的地方還有待解決。在這近幾個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們有艱辛的付出，當(dāng)然更多的是豐收的喜悅。通過這次編程學(xué)習(xí)，使我得到在書本上學(xué)不到的一些東西： （ 1）遇到問題，我可以冷靜的獨(dú)立思考，并且形成邏輯性思維。 （ 5）則是人際交流能力得到鍛煉。從論文選題直到論文的最終完成，他都給予我盡心盡力的指導(dǎo)和幫助。 在本設(shè)計(jì)論文過程中，我也參照了大量的著作和文章，許多學(xué)者的科研成果及寫作思路給我很大啟發(fā)，在此向這些學(xué)者們表示由衷的感謝。//列控制 void send8bit(unsigned