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正文內(nèi)容

led點(diǎn)陣電子顯示屏的應(yīng)用設(shè)計(jì)_論文(編輯修改稿)

2024-10-02 17:49 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部份的字節(jié)數(shù)據(jù)移入顯示緩沖 ia=0。 //做為點(diǎn)陣數(shù)組的元素 for(i=0。i16。i++){ //移動(dòng)是 16 行同時(shí)移,因此要處理 16 個(gè)字節(jié) for(j=0。j3。j++){ //一行 32 個(gè)點(diǎn)四字節(jié),有三字節(jié)在顯示緩沖中移動(dòng) lhj[ia]=1。 //移當(dāng)前顯示緩沖的半行字節(jié) if(lhj[ia+1]amp。0x80) //判斷后半行字節(jié)的高位是否為 1,是移入前半行字 節(jié)低位,否則不處理 lhj[ia]++。 ia++。 } lhj[ia]=1。 //一行 32 個(gè)點(diǎn)四字節(jié),將最后一字節(jié)用下一個(gè)字補(bǔ)上 if(tmp2[i]amp。0x80) //判斷下一個(gè)要顯示漢字的前半行字節(jié)的高位是否為 1,是移入,否則不處理 lhj[ia]++。 ia++。 tmp2[i]=1。 //下一個(gè)要顯示漢字的半行字節(jié)向高位移一位,準(zhǔn)備下一次取位 } tmp。 timerc=timer。 //處理完 16 行,調(diào)用顯示函數(shù)更 新點(diǎn)陣 while(timerc) //循環(huán)做為處理的速度,即移動(dòng)的速度 display1()。 } // c。 //移完一半,進(jìn)入下一半或下一個(gè)漢字,直到結(jié)束 } } 第 4 章 硬件電路設(shè)計(jì) 4. 1 顯示單元電路設(shè)計(jì) 為了提高點(diǎn)陣 LED 的視覺(jué)亮度,本設(shè)計(jì)用行線做掃描線,列線做數(shù)據(jù)線。每行的顯示占空比為直流情況下的 1/16。為了再進(jìn)一步的提高視覺(jué)亮度,選用了紅色 LED 點(diǎn)陣模塊 DM880311K。 本設(shè)計(jì)顯示單元以及行列驅(qū)動(dòng)電路如圖 圖 1616LED 點(diǎn)陣 顯示單元以及行列驅(qū)動(dòng)電路 4. 1. 1 LED 點(diǎn)陣模塊的選擇 本設(shè)計(jì)采用 8 個(gè) 88 點(diǎn)陣的 LED 模塊拼接成一個(gè) 1632 的單色模塊使用。這樣能獲得較大的顯示單元尺寸和發(fā)光亮度。 4. 1. 2 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 如圖 下面虛線框內(nèi),本設(shè)計(jì)中,每個(gè) 1616 點(diǎn)陣的列驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)串聯(lián)的 8 位移位鎖存器 74HC595 構(gòu)成。 74HC595,是為 Motorola 的 SPI 總線開(kāi)發(fā)的一款串并轉(zhuǎn)換芯片。由于 74HC595 的輸入輸出電平兼容 LSTTL,NMOS,CMOS 電平,且具有較強(qiáng)的輸出負(fù)載能力,而 被廣泛地運(yùn)用于 MCU(微控制器)、 MPU(微處理器)的 I/O 口擴(kuò)展。 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。這個(gè)特點(diǎn)保證了不用增加額外的擴(kuò)流電路即可輕松的驅(qū)動(dòng) LED。它輸入端允許 500nS 的上升(下降)時(shí)間,對(duì)嚴(yán)重畸形的時(shí)鐘脈沖仍能檢測(cè)。這樣就可以容納較大的傳輸線對(duì)地電容,使本設(shè)計(jì)的抗干擾能力增強(qiáng)。 74HC595 并行輸出端與 LED 模塊列線之間通過(guò) 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。使紅綠兩組 LED 均能正常 發(fā)光。 由于 LED 顯示屏的工作電流時(shí)刻在變化,造成了系統(tǒng)電壓的波動(dòng)。這種電壓波動(dòng)有高頻成分,也有低頻成分。輕則對(duì)周圍無(wú)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。為避免此,在每個(gè) 74HC595 的電源 VCC 和 GND旁邊都并聯(lián)了兩個(gè)電容,用于濾波和退耦。穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,旁路掉電源中的高頻脈動(dòng)成份。消除自激,減小對(duì)外雜散電磁輻射,提高 EMI 電磁兼容性。 74HC595 的引腳及邏輯功能如圖 圖 74HC595 管腳圖 74HC595 邏輯圖 74HC595 的管腳功能描述見(jiàn)表 : 管腳號(hào) 管腳名稱 管腳功能描述 1 QB 鎖存器輸出,三態(tài) 2 QC 鎖存器輸出,三態(tài) 3 QD 鎖存器輸出,三態(tài) 4 QE 鎖存器輸出,三態(tài) 5 QF 鎖存器輸出,三態(tài) 6 QG 鎖存器輸出,三態(tài) 7 QH 鎖存器輸出,三態(tài) 8 GND 電源地 9 SQH 串行輸出,用于級(jí)聯(lián)。無(wú)三態(tài)輸出功能 10 Reset 低電平有效,當(dāng)此管腳上出現(xiàn)低電平時(shí),將復(fù)位內(nèi)部的移位寄存器,但不影響 8 位鎖存器的值 11 Shift Clk 移位寄存器時(shí)鐘輸入,上升沿將把 A 腳上的數(shù)據(jù)移入內(nèi)部寄存器 12 Latch Clk 鎖存時(shí)鐘輸入,上升沿將把內(nèi)部移位寄存器的值鎖存起來(lái) 13 Output Enable 低電平有效,將鎖存器的輸出映射到輸出并行口( QAQH)上。當(dāng)輸入高電平時(shí),高阻態(tài),同時(shí)本芯片的串行輸出無(wú)效 14 A 串行數(shù)據(jù)輸入,數(shù)據(jù)從這個(gè)管腳移進(jìn)內(nèi)部的 8 位串行移位寄存器 15 QA 鎖存器輸出,三態(tài) 16 VCC 電源正, 26V DC 表 74HC595 的管腳功能描述 4. 1. 3 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì) 要求的行驅(qū)動(dòng)電流較大,目前尚無(wú)合適的集成電路來(lái)勝任。因此本設(shè)計(jì)的行驅(qū)動(dòng)電路采用三極管擴(kuò)流方式,如圖 。 圖 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。硅管的 Ube 一般為 左右,因此在 5V供電系統(tǒng)中,在負(fù)載上最多能獲得 ,若 Ic=1 A 則在三極管上的管耗為 1A=,管耗較大,需選用中功率的管子。還有一個(gè)重要的特點(diǎn),共集電路的基極是用高電平驅(qū)動(dòng),而單片機(jī)在 復(fù)位期間,所有 I/O口都呈現(xiàn)高電平。這樣的話,在開(kāi)機(jī)上電復(fù)位的瞬間,在所有的行線上都會(huì)獲得電壓。而造成開(kāi)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。 而使用共射驅(qū)動(dòng)方式的話,同樣的電源電壓下,負(fù)載端能獲得 ,Ic=1A 時(shí)的管耗只有 。因此可選用小功率器件。共射電路的基極驅(qū)動(dòng)是用低電平,這就不會(huì)造成上述共集電路的浪涌電流影響。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。 因此,綜合權(quán)衡利弊,本設(shè)計(jì)采用 PNP 管共射 電路作為行掃描線驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)對(duì)行驅(qū)動(dòng)電路各元件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 4. 1. 4 行驅(qū)動(dòng)電路元件參數(shù)計(jì)算 假設(shè)條屏使用在極端情況下,每一行的所有 LED 全部點(diǎn)亮。每行共 4 點(diǎn)陣,每個(gè)點(diǎn)陣包含紅色,綠色兩個(gè) LED。因此每行共 32 個(gè) LED。普通 LED 的安全工作電流在 5~20mA 之間,為獲得較高亮度,又要兼顧其工作壽命。本設(shè)計(jì)中,每只 LED 工作電流取 15mA。 如此可知,當(dāng)一行全點(diǎn)亮的時(shí)候 總電流 : I== 管 耗 : Pc=ICV CEsat(管飽和壓降 )==; STC89C52RC 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。根據(jù)上述集電極電流和基極電流的比值,可計(jì)算出行掃描驅(qū)動(dòng)三極管的直流電流放大系數(shù) β. 直流電流放大系數(shù) : 144 ??? AAII bC?。 對(duì)于基極偏流電阻,則起到對(duì)基極 20mA 偏置電流限流作用 : 基極限流電阻: ?????? 86 A VVI VVR B BEcc; 根據(jù)上述計(jì)算,綜合其成本、封裝、散熱等因素考慮。本設(shè)計(jì)最終采用三只 C8550D 小功率 PNP管并聯(lián)成一只 PNP中功率管使用。其主要參數(shù)見(jiàn)圖 。C8550D 官方數(shù)據(jù)手冊(cè)摘錄 . 圖 C8550D 官方數(shù)據(jù)手冊(cè)摘錄 從 C8550D 的官方數(shù)據(jù)手冊(cè)上可知: 最大集電極電流: Ic=; 最大集電極耗散功率: Pc=1W; 直流電流放大系數(shù): β=160~300; 三管并聯(lián),其 Ic 可以擴(kuò)展到 , β不變, Pc 擴(kuò)展到 3W。 本人所購(gòu)買的 50 只同一批號(hào)的 C8550D,經(jīng)實(shí)測(cè), β 均在 150 左右。因此三管并聯(lián)無(wú)須增加射極均流電阻。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: mAAIb 191 5 ?? 則基極限流電阻: ????? ? 22619 mA VVI VVR b becc。 4. 2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 4. 2. 1 單片機(jī)的選型 根據(jù)方案論證的結(jié)果,本設(shè)計(jì)采用 STC89C 系列的 STC89C52RC 作為主控芯片。 STC 單片機(jī)是深圳宏晶科技的 IC 產(chǎn)品。 STC 單片機(jī)完全兼容傳統(tǒng) 51 內(nèi)核,因此使用的編譯器和指令代碼都和傳統(tǒng) 51 單片機(jī)相同。對(duì)于 STC89C52RC,主要特性見(jiàn)表 :(摘錄自 STC 單片機(jī)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)) STC 單片機(jī)與8051 單片機(jī)的性能比較 高速: 一個(gè)時(shí)鐘 /機(jī)器周期,增強(qiáng)型 51 內(nèi)核,平均速度可達(dá)到1MIPS/MHz 寬電壓: ~ 寬溫限: 40℃ ~85℃ 高抗靜電: ESD 保護(hù),輕松過(guò) 4KV快速脈沖干擾( EFT 測(cè)試) 低功耗:有空閑模式(工作電流小于 ),掉電模式(可由外部中斷喚醒,工作電流小于 ),正常模式(工作電流 ~7mA) 工作頻率:可從 0 到 48MHz,相當(dāng)于傳統(tǒng) 8051 主頻 0~576MHz 時(shí)鐘:可選擇外部晶體或內(nèi)部 RC 振蕩器 STC 12C5412AD 單兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 字節(jié)片 內(nèi) Flash程序存儲(chǔ)器,擦寫(xiě)次數(shù) 2 萬(wàn)次以上 256x8bit 內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 可編程 UART 串行通道 片機(jī)的內(nèi)部資源 32 個(gè)雙向 I/O 口 , 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 2 個(gè)串行中斷 , 2 個(gè)外部中斷源 , 共 6 個(gè)中斷源 ,2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 低功耗空閑和掉電模式 時(shí)鐘頻率 024MHz 3 級(jí)加密位 , 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 表 STC89C52 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, STC89C52RC 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。 ●有 UART 串行口,能實(shí)現(xiàn)與字庫(kù)芯片或 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。 ●有內(nèi)部 ROM,可用于掉電存放條屏的各種設(shè)置參數(shù)、漢字內(nèi)碼等數(shù)據(jù)。 ●內(nèi)部看門(mén)狗,使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下。 ●寬電壓范圍,條屏的負(fù)載端電壓的波動(dòng)不會(huì)影響其正常運(yùn)行。 ●豐富的 I/O 口,可以代替 LED 行掃描用的行選通譯碼器器,降低產(chǎn)品成本。 ●小型封裝,便于 PCB 的緊湊化設(shè)計(jì)。 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,設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)電 路如圖 所示。 圖 單片機(jī)系統(tǒng)電路 在圖 中,有源晶振為單片機(jī)提供 , 05V幅度的高精度時(shí)鐘。根據(jù) STC 單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)約定,外部有源時(shí)鐘應(yīng)從 XTAL XTAL2 腳輸入,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。圖中的100uF 電解電容和兩個(gè) 瓷片 電容,為單片機(jī)的供電電源進(jìn)行濾波和高頻旁路,濾除 MCU 及有源晶振對(duì)電源系統(tǒng)造成的高頻脈動(dòng)成分,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低 對(duì)外電磁輻射。旁路電容采用 瓷片 電容,其優(yōu)點(diǎn) 體積小,耐壓高
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