【正文】 目錄 i 目錄 第一章 緒 論 .................................................. 1 課題背景 ..................................................... 1 選題背景 ............................................... 1 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ..................................... 1 課題意義 ................................................ 2 論文主要內(nèi)容 ................................................. 3 第二章 方案的選定 .............................................. 1 系統(tǒng)硬件方案 .................................................. 1 顯示屏主控制器 ......................................... 1 通信系統(tǒng) ............................................... 3 LED 點(diǎn)陣顯示屏 ......................................... 3 硬件設(shè)計(jì)方案 ........................................... 5 系統(tǒng)軟件方案 ................................................ 5 單片機(jī)編 程語言 ......................................... 5 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 ..................................... 6 上位機(jī)控制傳輸軟件 ..................................... 6 第三章 點(diǎn)陣屏 ................................................. 7 點(diǎn)陣屏原理 ................................................... 7 點(diǎn)陣的顯示原理 .......................................... 7 點(diǎn)陣屏的組合 ............................................ 8 點(diǎn)陣的驅(qū)動原理 .......................................... 8 字模的提取 ................................................... 9 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................... 11 ............................... 11 控制單元設(shè)計(jì) ................................................. 12 STC89C52 簡介 ......................................... 12 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................... 14 譯碼電路 .................................................... 14 目錄 ii 驅(qū)動電路 .....................................................17 行驅(qū)動電路 .............................................17 列驅(qū)動電路 .............................................17 電源電路 .....................................................19 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................... 21 程序設(shè)計(jì) ....................................................21 靜態(tài)顯示程序 ...........................................22 動態(tài)掃描程序 ...........................................23 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................... 25 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試方法 ........................................25 短路與虛焊檢測 ........................................25 上電測試 ..............................................25 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法 ............................................25 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果 ..........................................26 調(diào)試結(jié)果分析 ................................................26 第七章 結(jié) 論 ................................................ 27 致謝 ........................................................ 29 參考文獻(xiàn) ..................................................... 31 附錄 A 電路圖 ................................................. 33 附錄 B 程序 ................................................... 35 附錄 C 實(shí)物圖 ................................................. 39 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 課題背景 選題背景 LED 顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示 媒體，顯示屏由幾萬甚至幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。摘要 摘 要 本文介紹了一款以單片機(jī) STC89C52 為控制器的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至 1998 年底，年度銷售總額在 1000 萬元以上的企業(yè)有20 多家，其銷售總額達(dá) 6 億元左右，占行業(yè)市場總額的 85%以上。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色 LED 產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。并且通過該設(shè)計(jì)課題掌握了 51 單片機(jī)的的軟硬件開發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。程序按功能分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩個(gè)模塊組成，在調(diào)試過程分塊單獨(dú)調(diào)試。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ,因此又叫微控制器 (MCU)?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，DSP 具有修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。 三種設(shè)計(jì)方式相比較各有優(yōu)點(diǎn)且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但 單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。單由軟件實(shí)現(xiàn)會增加 CPU 負(fù)擔(dān)，降低其利用率，故目前常采用硬件實(shí)現(xiàn)。目前市場上普遍采用的點(diǎn)陣模塊有 81616 幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時(shí)只需更換一個(gè)二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個(gè) LED 出現(xiàn)問題時(shí)同在一個(gè)模塊的所有 LED 都必須被更換。 51 系列單片機(jī)端口低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)２ ０ｍＡ，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十 μＡ甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動 LED 顯示屏顯示。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī) 中執(zhí)行。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 51 的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲器點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。 因此軟件設(shè)計(jì)最終方案為采用 C 語 言為程序語言， KELC 為編譯工具按照控制、顯示等幾個(gè)功能模塊來編寫程序。所以上位機(jī)選擇存儲顯示的方法，控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容 [9]。當(dāng)這樣的循環(huán)的速度足夠快（每秒 24次以上），由于人眼的視覺停留，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。因此，也很難直接用高電平驅(qū)動 LED。 、高電平顯示信號驅(qū)動：任一時(shí)刻只有一個(gè)高電平信號，其他則為低電平。 一個(gè) 16*16LED 點(diǎn)陣在單片機(jī)的控制下，當(dāng)像素點(diǎn)為 1時(shí)，相應(yīng)的 LED 燈亮，當(dāng)像素點(diǎn)為 0時(shí)，相應(yīng)的 LED 滅，那么，點(diǎn)亮的 LED 燈在點(diǎn)陣上就可以顯示出一點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 個(gè)字出來。具體工作流程為：上位 PC 機(jī)通過通信系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機(jī)接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過 I/O 口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動電路進(jìn)行電壓和電流的處理以達(dá)到 LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進(jìn)而使顯示屏顯示內(nèi)容 [10]。并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。即定時(shí)器 T0、 T T2； 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 11. 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 12. 工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級） /0～ 75℃ （商業(yè)級）； 點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 13. PDIP 封裝。在本課題中用到了譯碼器 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 74HC138。其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（ G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（ /(G2A)和 /(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（ A、 B、 C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。具體電路如圖 所示。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會被鎖存。所以在本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓集成電路來提供多電源電壓。初始化完成后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個(gè)外部中斷源，外部中斷源 由按鍵的電平變化觸發(fā)，外部中斷主要功能是選擇 LED 點(diǎn)陣顯示屏的顯示狀態(tài)是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示。 N Y 圖 動態(tài)流程圖 開 始 讀入顯示字模數(shù)組 進(jìn)行行掃描顯示 顯示數(shù)組元素在數(shù)組中的位置前移一位 移位次數(shù)是否 為 16 點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 25 第六章 系統(tǒng)調(diào) 試 實(shí)物完成后必須對其進(jìn)行調(diào)試，檢查設(shè)計(jì)功能是否實(shí)現(xiàn)了。按照電路圖檢測需要連接的兩點(diǎn)是否短路來檢測是否已經(jīng)連接上，以此來檢測虛焊的情況。 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法 由于已經(jīng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，所以軟件調(diào)試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗(yàn)證其功能的可實(shí)現(xiàn)性。 。 經(jīng)過調(diào)試和修改，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了題目所要求的靜態(tài)和動態(tài)顯示。認(rèn)為 LED 技術(shù)也會進(jìn)一步發(fā)展， LED 應(yīng)用將會更加廣泛。這里特別感謝千博老師，在這次畢設(shè)的過程中