【正文】 21 高了。譯碼器級連如圖 310 所示 將第 1 個 74LS164 的 Q7 端接第 2 個 74LS164 的 A 端，將第 2 個 74LS164 的Q7 端接第 3 個 74LS164 的 A 端，如此炮制當 N 塊 74LS164 相級連時就變?yōu)橐粋€串行輸入 7N 口輸出的串并轉換器。在該顯示系統(tǒng)中， MAX232 為通信系統(tǒng)中最重要的硬件組成部分 [15]。 ULN2803 作為列驅動執(zhí)行的是列選的工作，當選通的列輸入高電平時其對應的輸輸出低電平。發(fā)射極產(chǎn)生和電子擴散方向相反的電流，由于基極電子大量擴散到發(fā)射極集電極電子擴散到基極 中形成了電流 cI 。當 LE 為低電平時， O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 鎖存器 74L373 由于 74LS164 芯片不具有鎖存功能，所以在 74LS164 進行八位數(shù)據(jù)的串并轉換時，串行數(shù)據(jù)的第一位會從 QA 依次移位到 QH,第二位數(shù)據(jù)會從 QA 依次移位到QG，依次類推在八位數(shù)據(jù)轉換完成之前 74LS164 芯片的輸出會出現(xiàn)一段時間的亂序輸出，這一結果會通過驅動電路表現(xiàn)在顯示屏上。大大減少了 I/O 口的占用數(shù)目，為單片機擴展其他功能預留下來了空間。 圖 32 控制部分電路圖 由于 P3 口是特殊功能口，在該系統(tǒng)中 基本是采用其第二功能。 在該系統(tǒng)中， P1 各口主要用作 LED 顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。掉電標識和快速編程特性 1288 字節(jié)內部 RAM 本科生畢業(yè)論文 13 它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強大，低價位 AT89S51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 （ 6）由串口完成單片機與上位機的通信，通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸_到顯示要求。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖 31 所示。實時顯示及上位機屏幕上的內容同時顯示在 LED 顯示屏上，上位機上內容變化 LED 顯示屏也跟著變化。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 C 語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。其具有執(zhí)行 速度快，占內存空間少等優(yōu)點，但在編寫復雜程序時具有明顯的局限性，匯編語本科生畢業(yè)論文 9 言依賴于具體的機型，不能通用，也不能在不同機型之間移植 [8]。設計目標和硬件總體結構確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個主要部分組成。 圖 22 LED 點陣圖 一個 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機的端口驅動所以必須要對單片機的端口個數(shù)進行擴展。由于單片機的 I/O 口有限要不能直接用 I/O 口來驅動 LED 顯示屏，所以需要對單片機 IO 口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。因此，當計算機向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須將并行數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。所以在控制部分方案的選擇中選定 51 系列單片機作為控制部分的核心器件。設計者只需用 HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助 EDA 工具就可得到設計結果 ,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現(xiàn)。供電電壓由 5V 降到 3V， 2V 甚至到 1V，工作電流由 mA 降至 μA ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地 [4]。 通 信 部 分 控 制 部 分 顯 示 部 分上 位 機 圖 21 系統(tǒng)硬件組成框圖 顯示屏主控制器 控制部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機通信接收上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內容。在軟件調試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調等問題。 （ 2）方案實現(xiàn) 以設計方案為指導思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。 （ 3）選題意義 該設計課題使我們能 夠掌握 LED 顯示屏的基本顯示原理和設計方法，對 LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國內形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。（ 8）廣告媒體新產(chǎn)品等。 LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、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 。 38 附錄 3 系統(tǒng) PCB 圖 31 系統(tǒng)聯(lián)合調試及結果 30 串口調試 17 行驅動電路設計 15 鎖存器 74L373 13 譯碼電路設計 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 7 系統(tǒng)軟件方案 6 硬件設計方案 除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機少量的 I /O 口和內存，為系統(tǒng)留下了功能擴展的空間。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。 1 課 題背景 15 串并轉換器 74LS164 17 列驅動電路設計 18 電源設計 19 級連大屏幕 LED 顯示屏 23 點陣數(shù)據(jù)表達方式 24 顯示程序的設計 29 系統(tǒng)硬件部分調試方法 30 系統(tǒng)軟件調試方法 35 參考文獻 利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。（ 3）港口、車站旅客引導信息顯示。全國從事 LED 顯示屏的各類企業(yè)有 100 余家，從業(yè)人員近 6000 人，行業(yè)年度銷售總額近 8 億元人民幣， 1996 年、 1997 年的增長速度均保持 40%左右， 1998 年略有回落?；A材料的產(chǎn)業(yè)化。目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的 LED 顯示屏的作用也越練越廣泛，相關的從業(yè)人員也會越來越緊缺。 （ 3）軟件編寫 根據(jù)硬件特點和設計要求，軟件選用 C 語言編寫。 本科生畢業(yè)論文 4 第 2章 方案論證與選擇 系統(tǒng)硬件方案 大多數(shù)的 LED 顯示屏都在戶外，所以對硬件的質量要求非常的高。它有很強的接口性能，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)廣泛應用于通信、便本科生畢業(yè)論文 5 攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設備等領域， DSP具有修正的哈佛結構，多總線技術以及流水線結構。 三種設計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠實現(xiàn)控制功能，但單片機的技術門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學者進行學習和鍛煉使用。計算機數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。單由軟件實現(xiàn)會增加 CPU 負擔，降低其利用率，故目前常采用硬件實現(xiàn)。目前市場上普遍采用的點陣模塊有 8 1616幾種；這兩種屏幕構成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構成顯示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，模塊構成省約了大量的 連線，不過當一個 LED 出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有 LED 都必須被更換。 51 系列單片機端口低電平時，吸入電流可達２０ｍＡ，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十 μＡ甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力，所以單片機不能直接驅動 LED 顯示屏顯示。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。 C 可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C51 來進行編譯。課題設計題目對顯示的實時性要求較低且所設計的顯示屏尺寸不 大同時顯示的內容不多，所以實時顯示就沒有必要。 （ 2）驅動電路要能提供 LED 顯示所需范圍內的電壓和電流要求。 在 51 系列單片機中選定一款合適的機型來作為控制單元的主控芯片。4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 6 個中斷源 空閑方式停止CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。具體接法為： ， ， ， 分別接四塊 74LS164的 A 端，向 74LS164 送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉換后并行輸出； 和 分別接列和行的 74LS164 的 CLOCK 端，產(chǎn)生移位脈沖是串行數(shù)據(jù)并行輸出； 和 接列和行的 CLEAR 端，在一組數(shù)據(jù)完成串并轉換后清除 164 芯片中的內容轉換新的數(shù)據(jù)；其中 還復用為 ISP 下載功能口。 譯碼電路設計 譯碼電路的功能是為了解決單片機 I/O 端口不足。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。所以選擇鎖存器 74LS373 來完成這一功能。 PN 結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。 P N P5 V譯 碼 器 輸 出 信 號輸 出 驅 動 L E D 屏eI0v 0v空 穴 空 穴電 子 圖 35 8550 內部結構圖 本科生畢業(yè)論文 18 列驅動電路設計 列驅動采用 ULN2803。 圖 37 列驅動原理圖 通信系統(tǒng)硬件設計 AT89S51單片機具有全雙工串行 UART通道，支持單片機進行數(shù)據(jù)的串行傳輸。此時需要對民用的 220V 進行降壓整流為 5V直流電壓為顯示系統(tǒng)供電。從端口輸出的顯示數(shù)據(jù)的顯示也要作出相應的改變。 詳細硬件原理圖見附錄 1。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。 本科生畢業(yè)論文 24 從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 列 對 應 的行 數(shù) 據(jù)選 通 第 2 列讀 取 所 需 要 顯示 的 數(shù) 據(jù) 至 顯示 寄 存 器選 通 第 1 列 選 通 第 1 6 列從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 2 列 對 應 的行 數(shù) 據(jù)從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 6 列 對 應 的行 數(shù) 據(jù)1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D選 通 L E D 第1 6 列選 通 L E D 第1 列選 通 L E D 第2 列按 數(shù) 據(jù) 導 通相 應 行按 數(shù) 據(jù) 導 通相 應 行按 數(shù) 據(jù) 導 通相 應 行 圖 42 掃描顯示程序原理圖 點陣數(shù)據(jù)表達方式 該顯示系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)采取縱向取模方向正向的數(shù)據(jù)存儲方式如圖 43， 圖 43 點陣數(shù)據(jù)原理圖 即數(shù)據(jù)是縱向的，一個像素對應一個位。將對應元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與 0X01 相與，所得結果通過單片機端口輸出到串并轉換器的 A 端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。所以將元素數(shù)據(jù)進行邏輯位移便能產(chǎn)生上下移動的效果 [18]。 CPU 屏蔽所有中斷。程序開始進入中斷等待，當 PC 機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生中斷接收允許位 RI 置 1，將SBUF（緩沖寄存器）中的值輸入到暫存器中進行數(shù)據(jù)處理。實物完成后必須對其進行調試，檢查設計功能是否實現(xiàn)了。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險和由于虛焊引起檢測結果不真實的麻