【文章內(nèi)容簡介】 式的舞臺(tái)背景。每塊 LED 風(fēng)帆屏寬達(dá) 30 米，安裝高度達(dá) 86 米，顯示面積達(dá) 8000 于平米，是當(dāng)今世界顯示面積最大的 LED 顯示屏。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 當(dāng)今 LED 顯示屏有 PH PH1 PH1 PH PH2 ，可以播放多種視頻，還可顯示圖文信息，影像畫面清晰，可顯示各種計(jì)算機(jī)信息、圖畫、圖形以及二、三維動(dòng)畫等，并具有同步顯示功能?？蓱?yīng)用于大型廣場、稅務(wù)、金融、工商、體育、郵電、廠礦企業(yè)、戶外廣告、大型體育場館、教育系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、機(jī)場、碼頭、車站、醫(yī)院、商場百貨大樓、賓館大廈、銀行、演唱會(huì)現(xiàn)場、建筑市場、證券市場、拍賣行、酒店會(huì)議室、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 第四節(jié) LED 電子廣告牌的發(fā)展趨勢(shì) 隨著社會(huì)的發(fā)展，廣告牌跟著經(jīng)歷了雕刻、印刷、電子等形式的發(fā)展。廣告牌在如今的生活中已是隨處可見，可以說廣告牌具有很廣闊的市場前景。其中 LED 顯示屏是一個(gè)新起的顯示技術(shù)，由于 LED 的本身特征決定了它可以作為最理想的光源去替代傳統(tǒng)的光源，同時(shí)它有著廣泛的用途。 LED 燈是被封裝在環(huán)氧樹脂里面的一塊很小的芯片 [2]。所以它非常小非常輕； LED 耗電量非常低，一般來說 LED 的工作電流是 ，工作電壓是 ，這就表明它沒小時(shí)消耗的電量不超過 ；使用壽命長，在額定的工作電流和電壓下， LED燈的 使用壽命可長達(dá) 10萬小時(shí)；高亮度、低熱量、環(huán)保， LED 燈是由無毒材料做成，不像熒光燈那樣含水銀會(huì)造成環(huán)境污染，而且 LED 燈還可以回收再利用；堅(jiān)固耐用， LED 燈是被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面的，它比熒光燈管和燈泡都要堅(jiān)固，燈體內(nèi)也不會(huì)有松動(dòng)部分，這使得 LED 燈不易損壞 [3]。 這些特點(diǎn)使得LED 顯示屏受到市場的青睞。但是目前由于 LED 顯示屏造價(jià)比較昂貴，主要用于比較高檔的場所，主要集中在城市的繁華場所，作為多媒體廣告的一部分。單雙色 LED 顯示屏主要應(yīng)用于交通 ,高速公路 ,銀行、證券交易等金融場所。以后隨著人們生活水平的提高，戶外 LED顯示屏將逐漸應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。 第五節(jié) 本設(shè)計(jì)的意義 目前 LED 屏已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，但由于它的造價(jià)比較高昂，主要還是用于比較高昂的場所。本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用單片機(jī)集成度高，價(jià)格低廉的特點(diǎn)，采用以 SCT89C52 單片機(jī)為核心的電子廣告牌設(shè)計(jì)，降低其造價(jià)。同時(shí)，現(xiàn)在很多 LED 顯示屏的能容為一開始就固化在單片機(jī)里面的，使得在需要改變其顯示內(nèi)容的時(shí)候變得很麻煩。而有一部分的 LED 顯示屏通過與電腦連接，可重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 以比較方便的改變其顯示內(nèi)容，可是連接線路制 約了設(shè)備的使用環(huán)境和擺放形式。為了方便更換顯示內(nèi)容和設(shè)備擺放，本設(shè)計(jì)采用 UTC1212 無線數(shù)傳模塊作為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，建立 PC 機(jī)與單片機(jī)通信，簡化了電子廣告牌的操作難度和設(shè)備安裝難度，提高了其市場競爭力。 第六節(jié) 本章小結(jié) 本章主要對(duì) LED電子廣告牌的歷史背景和發(fā)展趨勢(shì)做出了簡要的介紹，講解了 LED 點(diǎn)陣的優(yōu)缺點(diǎn)，以及通過對(duì) LED 點(diǎn)陣優(yōu)點(diǎn)的講訴表明了 LED將成為主流電子廣告牌顯示器的必然趨勢(shì)。本章還簡單提及了本次設(shè)計(jì)的意義。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路 第一節(jié) 系統(tǒng)方案 基于單片機(jī)控制的無線電子廣告牌設(shè)計(jì)，首先要考慮到電子廣告牌的基本功能，及通過 LED 點(diǎn)陣顯示屏顯示使用者所希望顯示的廣告內(nèi)容。基于單片機(jī)的電子廣告牌，顯示功能有多種。比如只顯示固定內(nèi)容，這樣的電子廣告牌設(shè)計(jì)簡單，只需要單片機(jī)與 LED點(diǎn)陣顯示模塊即可，將需要顯示的內(nèi)容固話在單片機(jī)之中，通過一定的程序和電路控制，便可以實(shí)現(xiàn)顯示功能。這樣的電子廣告牌在使用時(shí)如果需要改變顯示內(nèi)容便會(huì)變得十分麻煩；另外就是通過有線連接，將單片機(jī)連接到 PC機(jī)上，通過一定的軟甲設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)對(duì)單片機(jī)的控制。這樣便可以實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)控制改變 LED 屏的顯示內(nèi)容了。但是這樣的廣告牌由于有線連接線路制約了設(shè)備擺放的隨意性。 為了解決以上電子廣告牌的缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)控制的無線電子廣告牌，本系統(tǒng)采用了無線模式建立單片機(jī)和 PC 機(jī)之間的聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn) PC機(jī)對(duì)單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制，使用者可以隨時(shí)通過 PC 機(jī)發(fā)送顯示內(nèi)容給單片機(jī)，通過單片機(jī)的處理及時(shí)改變 LED 屏顯示內(nèi)容。達(dá)到了可實(shí)時(shí)更改 LED 屏顯示內(nèi)容的目的。同時(shí)它利用無線的模式實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，去掉了 PC機(jī)與單片機(jī)之間有線連接的制約性，極大的提高了其設(shè)施擺放的隨意性。其工作流程如圖 所示。 圖 系統(tǒng)流程圖 通過 USB 接口將無線模塊的發(fā)射機(jī)連接到 PC機(jī)上面，將接收機(jī)連接到單片重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 機(jī)的串口上面；在 PC 機(jī)里面利用上位機(jī)發(fā)送程序里面輸入需要發(fā)送的信息，通過上位機(jī)發(fā)送程序解碼將輸入的信息解碼為一個(gè)八位數(shù)據(jù)；發(fā)射機(jī)將 PC 機(jī)傳來的八位數(shù)據(jù)通過無線串口通信協(xié)議發(fā)送給接收機(jī)；接收機(jī)在接收到數(shù)據(jù)解調(diào)過后通過串口發(fā)送給單片機(jī)；單片機(jī)接收到信息過后通過內(nèi)部程序處理，單片機(jī)的相應(yīng) I/O 口輸出對(duì)應(yīng)的輸出信息；到達(dá)控制 LED 屏顯示 PC 機(jī)里輸入的信息，實(shí)現(xiàn)無線電子廣告牌基本功能。 第二節(jié) 方案選擇 了解本次設(shè)計(jì)的具體要求，進(jìn)行了對(duì)基于單片機(jī)的無線電子廣告牌的初步設(shè)計(jì)。一個(gè)完整無線電子廣告牌需要一臺(tái)上位機(jī) PC 機(jī)，一個(gè)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的無線模塊，一個(gè)用于處理信息和控制顯示屏的最小系統(tǒng)，一個(gè)用于顯示信息的顯示模塊。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以通過多種方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。但是為了設(shè)計(jì)出最合理的作品，不能隨意選材，每一個(gè)模塊的器件選擇上面都需要非常認(rèn)真的考慮。在對(duì)各種材料的個(gè)方面優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比之后才能作出正確的選擇。下面介紹一下對(duì)于每個(gè)模塊，每個(gè)器件的選擇原則。 一、最小系的統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)控制的無線電子廣告牌，需 要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的最小系統(tǒng)作為其控制核心，而最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要選擇一片合理的單片機(jī)和設(shè)計(jì)一個(gè)合理的電源電路。 最小系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)需要給單片機(jī)供電，需要設(shè)計(jì)一個(gè)適合給單片機(jī)供電的電源電路。單片機(jī)工作電源為 5V。對(duì)應(yīng)電源電路的設(shè)計(jì)作出了兩種方案： 方案一：采用電腦 USB 接口直接供電，這樣電路設(shè)計(jì)簡單，只需要一個(gè)插槽，將正負(fù)極分別接到單片機(jī)的 VCC 和 GND 上面就可以了。為了方便觀察是否通電，還可以加一個(gè)指示燈電路。由于是 USB 供電，提供電流小，雖然滿足單片機(jī)工作條例，但是 LED 點(diǎn)陣工作需要較大的電流， 可能會(huì)達(dá)不到穩(wěn)定工作條件。需要另行設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣電源，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。 方案二：采用穩(wěn)壓芯片提供穩(wěn)定 5V 電源。在選取穩(wěn)壓芯片時(shí)考慮到 78/79系列產(chǎn)品。 78系列為正電壓輸出， 79系列為負(fù)電壓輸出， 7805 穩(wěn)壓芯片主要用于 電壓穩(wěn)定到 5V的情況，同時(shí)可以提供 的穩(wěn)定輸出電流，滿足單片機(jī)工作條件。但是在使用是如果電源電壓過高，穩(wěn)壓管會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，需要較大的散熱片，如果電壓過高，穩(wěn)壓管會(huì)被燒壞。所以電源選擇居中重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 的 9V 電源。 綜合考慮，為了單片穩(wěn)定工作，本設(shè)計(jì)選用方案二。 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源 ,它的輸出電壓為 5V。 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為控制核心的無線電子廣告牌，目前市場上單片機(jī)的種類繁多，各有有各的優(yōu)點(diǎn)和適用場所，所以想要選擇最適合本設(shè)計(jì)的單片機(jī)需要比較全面的考慮和對(duì)比。本人通過單片機(jī)的學(xué)習(xí)了解，作出三種方案： 方案一：使用 51 系列單片機(jī)。 51系列是應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)，因?yàn)槠洚a(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范。 51 系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱為位處理器，它的處理對(duì)象不是 字或字節(jié)而是位[4]。它不光能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。 51 系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡單，但高電平時(shí)無輸出能力，可謂有利有弊。故其他系列的單片機(jī) (如 PIC 系列、 AVR 系列等 )對(duì) I/O 口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜。 方案二：使用 PIC 單片機(jī)。 PIC 單片機(jī) CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別有 33 58 條指令 (視單片機(jī)的級(jí)別而定 )，屬精簡指令集。采用 Haryard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快 (指令周期約 160～ 200nS)，它能使程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲(chǔ)器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個(gè)周期 (個(gè)別除外 )，這也是高效率運(yùn)行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn) [5]。 該系列單片機(jī)的專用寄存器 )并不像 51系列那樣都集中在一個(gè)固定的地址區(qū)間內(nèi) (80～ FFH)，而是分散在四個(gè)地址區(qū)間內(nèi)，即存儲(chǔ)體 0(Bank0： 007FH)、存儲(chǔ)體 1(Bankl： 80FFH)、存儲(chǔ)體 2(Bank2： 10017FH)、存儲(chǔ)體 3(Bank3：1801FFH)。只有 5個(gè)專用寄存器 PCL、 STATUS、 FSR、 PCLATH、 INTCON 在 4個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)。在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交道，得反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，也即對(duì)狀態(tài)寄存器 STATUS 的第 6 位 (RPl)和第 5 位 (RPO)置位或清零。這多少給編程帶來了一些麻煩。 方案三：使用 AVR 單片機(jī)。 AVR 單片機(jī)其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。 AVR單片機(jī)指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。 AVR 的專用寄存器集中在＄ 00～＄ 3F 地址區(qū)間，無需像 PIC 那樣得先進(jìn)行選存儲(chǔ)體的過程，使用起來比 PIC 方便。 AVR 的片內(nèi) RAM 的地址區(qū)間為＄ 0060～＄ 00DF(AT90S23131)和＄ 0060～＄ 025F(AT90S85l AT90S8535)，它們占用的是數(shù)據(jù)空間的地址，這些片內(nèi) RAM僅僅是用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，通常不具備通用寄存器的功能。當(dāng)程序復(fù)雜時(shí)，通用寄存器 R0一 R31 就顯得不夠用；而 51系列的通用寄存器多達(dá) 128 個(gè) (為 AVR 的 4倍 )，編程時(shí)就不會(huì)有這種感覺。 與 AVR、 PIC 相比 51單片機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)比較合理，指令系統(tǒng)相對(duì)規(guī)范，加上歷史悠久，有先入為主的先天優(yōu)勢(shì)。世界許多芯片公司都購買了 51 芯片的核心專利技術(shù)，并且在其原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了性能上的優(yōu)化和擴(kuò)充，使 51 芯片得到了進(jìn)一步完善，從而形成了一個(gè)龐大的體系，一直到現(xiàn)在仍在不 斷地翻新。 51 單片機(jī)比其它單片機(jī)更適合初學(xué)者操作，故本設(shè)計(jì)選用方案一，采用 AT89C52 單片機(jī)為主控芯片。 二、顯示模塊的設(shè)計(jì) 顯示屏的選擇 基于單片機(jī)控制的電子廣告牌的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一塊顯示終端，用于顯示廣告內(nèi)容。而現(xiàn)在市場上比較常見的顯示器主要有 LCD 液晶顯示器和 LED 點(diǎn)陣顯示器。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求初步提出了設(shè)計(jì)顯示屏的兩種方案： 方案一：本設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)顯示漢字和部分圖像功能，可以采用 LCD液晶顯示屏。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5*7 或者 5*11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和 數(shù)字）。 市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶 [6]。 使用液晶顯示屏電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)顯示功能，但是不夠醒目。作為廣告牌使用不是最佳選擇。 方案二：采用 LED 點(diǎn)陣顯示屏。由于每一個(gè)漢字都可以通過 16*16 點(diǎn)陣顯示出來，并且 16*16 LED 點(diǎn)陣可以顯示部分圖像信息 LED 點(diǎn)陣亮度充足而且均勻，圖像清晰穩(wěn)定無串?dāng)_，顯示效果非常理想， 16*16 點(diǎn)陣模塊既可以顯示靜態(tài)的圖文信息，也可以通過編程讓圖文運(yùn) 動(dòng)起來，方式靈活多樣，作為廣告牌重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 效果十分明顯 [7]。但是使用 LED 顯示屏?xí)r，電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，程序編寫也比較麻煩。 對(duì)比 LED 與 LCD 之間， LED 點(diǎn)陣明顯有比較好的顯示效果，以及其低功耗和豐富的顯示效果，能夠更好的達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)選用了方案二。 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 16*16 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由 4片 8*8 LED 點(diǎn)陣組成