【文章內(nèi)容簡介】 代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。 Proteus仿真平臺Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1AVR、ARM、808MSP430和PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。 C語言C語言，是一種通用的、程序式的程序語言，廣泛用于系統(tǒng)與應(yīng)用軟件的開發(fā)。具有高效、靈活、功能豐富、表達力強和較高的移植性等特點，在程序員中備受青睞。C語言是由UNIX的研制者丹尼斯里奇和肯湯普遜于1970年研制出的B語言的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來的。目前，C語言編譯器普遍存在于各種不同的操作系統(tǒng)中，例如UNIX、MSDOS、Microsoft Windows及Linux等。C語言的設(shè)計影響了許多后來的程序語言，例如C++、Java、C等。后來于1980年代，為了避免各開發(fā)廠商用的C語言語法產(chǎn)生差異，由美國國家標準局（American National Standard Institution）為C語言訂定了一套完整的國際標準語法，稱為ANSIC，作為C語言的標準。1980年代至今的有關(guān)程序開發(fā)工具，一般都支持符合ANSIC的語法。 上位機軟件設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，上位機只需擁有向單片機發(fā)送顯示數(shù)據(jù)及簡單的控制指令的功能即可。這些功能使用現(xiàn)有軟件即可達成。顯示數(shù)據(jù)的提取可以由字模提取軟件完成，而串口發(fā)送數(shù)據(jù)的功能則可由串口調(diào)試助手完成。 字模提取LED顯示屏顯示的內(nèi)容涉及到多種文字、圖形，各種文字又有大小、字體等屬性，建立單片機字庫的傳統(tǒng)方法有使用硬件字庫和使用UCDOS的點陣字庫兩種方法。這些字庫均非矢量字庫，大小固定、字體單一，有較大的局限性，且使用起來需要進行換算，非常麻煩。目前越來越多的顯示屏需要顯示美觀多樣的文字，因此可以利用Windows系統(tǒng)自帶的矢量字庫，不但文字大小可以隨意改變，而且字體多種多樣，具有很高的使用價值。在Windows環(huán)境下提取字模的工作原理是先將漢字或英文字符以圖片的方式顯示出來，再利用取點法去讀取字符的字模，提取字模的具體步驟如下：①根據(jù)要生成字模的點陣大小，按像素顯示設(shè)置相應(yīng)的圖片框的大小，比如1612423216等；②選擇字體類型，字體類型可以選擇Windows系統(tǒng)自帶的矢量字體，也可以選擇其他下載字體；③調(diào)整漢字在圖片框中的大小、位置；④按照漢字內(nèi)碼的順序，依次將漢字顯示在圖片上，讀取漢字的點陣信息，將該信息存入字庫文件；⑤重復(fù)第④步，直到提取完所有漢字。在軟件設(shè)計時，通常如果顯示的字符不大于1616點陣，則直接采用點陣字庫；在顯示大于1616的字符時，采用矢量字庫。提取漢字字模的程序流程圖如圖41所示：圖41 提取漢字字模流程圖讀取輸入漢字的內(nèi)碼后先判斷需要的漢字點陣大小Dot是否小于17點陣，如果小于17點陣，則根據(jù)Dot數(shù)值來選擇對應(yīng)的點陣字庫，然后根據(jù)內(nèi)碼找到它在字庫中的位置，按順序依次取出，將讀取的字模數(shù)據(jù)存入全局數(shù)組變量hz_bit（）中；如果不小于17點陣，則根據(jù)字模大小的要求，將字符顯示在圖片框上按行列提取像素點信息，然后將讀取的字模數(shù)據(jù)存入hz_bit（）中，最后進行字模旋轉(zhuǎn)、鏡像等效果的處理。而圖片的嵌入提取可以參考大于16點陣的漢字字模提取方式。先跟據(jù)圖片在LED顯示區(qū)域的大小設(shè)置圖片框的大小，然后用圖片框控件的LOAD方式將圖片顯示在圖片框上，就可以提取圖片上對應(yīng)行列的像素點信息，具體提取流程如圖42：圖42 提取圖片字模信息流程圖現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上有很多字模提取軟件可以達到設(shè)計的要求，所以就不需要另行編寫字模提取程序，圖43是本設(shè)計采用的一款字模提取軟件界面：圖43 字模提取軟件界面如圖，在文字輸入?yún)^(qū)輸入“西安”兩個字，上面的點陣自動顯示出“西安”兩個字的點陣顯示效果，并給出對應(yīng)的點陣字模程序：/* 文字: 西 *//* Fixedsys10。 此字體下對應(yīng)的點陣為：寬x高=16x16 */0x00,0x00,0xFF,0xFE,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x3F,0xF8,0x24,0x48,0x24,0x48,0x24,0x48,0x24,0x48,0x28,0x38,0x30,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x3F,0xF8,0x20,0x08/* 文字: 安 *//* Fixedsys10。 此字體下對應(yīng)的點陣為：寬x高=16x16 */0x02,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xFC,0x20,0x04,0x42,0x08,0x02,0x00,0x02,0x00,0xFF,0xFE,0x04,0x20,0x08,0x20,0x18,0x40,0x06,0x40,0x01,0x80,0x02,0x60,0x0C,0x10,0x70,0x08其中注釋部分可以省去，0x所代表的是點陣字模數(shù)據(jù)為16進制，所以也可省去，單片機默認接收16進制數(shù)據(jù)即可，所以單片機所接收的數(shù)據(jù)形式如下：00 00 FF FE 04 40 04 40 04 40 3F F8 24 48 24 48 24 48 24 48 28 38 30 08 20 08 20 08 3F F8 20 08 02 00 01 00 3F FC 20 04 42 08 02 00 02 00 FF FE 04 20 08 20 18 40 06 40 01 80 02 60 0C 10 70 081616點陣一屏所顯示的數(shù)據(jù)為32字節(jié)，所以兩個漢字所包含的點陣數(shù)據(jù)為64字節(jié)。 串口數(shù)據(jù)發(fā)送由于本設(shè)計中采用了WSN1101無線透傳模塊，所以可以在模塊內(nèi)部自動完成通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，不需要額外再編寫控制程序及傳輸協(xié)議。但是對于所發(fā)送的數(shù)據(jù)，其顯示動畫方式等還需要有一個控制指令。本設(shè)計在所發(fā)送的點陣字模數(shù)據(jù)前加一字節(jié)作為控制指令字節(jié)，如圖44：圖44 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)規(guī)定01為靜態(tài)顯示，02為從左到右滾動顯示，03為從右到左滾動顯示，04為從上到下滾動顯示，05為從下到上滾動顯示。串口發(fā)送功能也可用現(xiàn)有軟件實現(xiàn)，串口調(diào)試助手軟件界面如圖45所示：圖45 串口調(diào)試助手界面在軟件的字符串發(fā)送區(qū)放入需要發(fā)送的字模數(shù)據(jù)并在第一位填入需要的顯示方式所對應(yīng)的控制指令，點擊發(fā)送字符/數(shù)據(jù)即可將其通過無線透傳模塊發(fā)送給單片機。 下位機程序設(shè)計下位機部分的程序分為顯示程序及數(shù)據(jù)接收處理程序Uart_Isr（）兩種，且顯示程序可再細分為顯示主程序main（）、顯示驅(qū)動子程序display（）、顯示時間子程序displays（），字符移動效果子程序displaymove（）、dispalaymovetb（），延時子程序delay（）。 顯示主程序顯示主程序main（）流程為首先初始化程序，將待機畫面數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存并調(diào)用靜止顯示子程序顯示待機畫面，然后判斷contrchar變量是否被賦值，如果被賦值則先清點陣屏，調(diào)用數(shù)據(jù)接受處理程序存入的緩沖區(qū)點陣數(shù)據(jù)，判斷contrchar代表的顯示方式并調(diào)用相應(yīng)子程序，000005分別對應(yīng)不同的顯示方式，然后將所要顯示的數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示緩存，再調(diào)用對應(yīng)顯示方式的子程序，無新數(shù)據(jù)輸入時循環(huán)顯示，有新數(shù)據(jù)輸入時當一次顯示結(jié)束時再進行新內(nèi)容的顯示，流程圖如圖46：圖46 主程序流程圖 顯示驅(qū)動子程序顯示驅(qū)動子程序display（）負責點亮一列LED點陣，首先將P2口置位高電平準備顯示，然后將列數(shù)據(jù)清零準備移位，然后將讀取的點陣數(shù)據(jù)移位兩個字節(jié)給74HC595的移位寄存器，將數(shù)據(jù)鎖存輸出到相應(yīng)列的點陣發(fā)光管顯示，顯示一列后將保持到下一列顯示開始，并將列掃描數(shù)據(jù)移入74HC164的寄存器，列數(shù)據(jù)移位，相應(yīng)列電平拉低，三極管導(dǎo)通輸出電量到相應(yīng)列點陣管陽極，而且每一次顯示持續(xù)一定時間保證顯示效果。具體程序流程圖如圖47：圖47 顯示驅(qū)動子程序 顯示時間子程序用戶給定顯示時間子程序displays（）想要顯示的時間Time，Time數(shù)值為想要圖像顯示的秒數(shù)，開始顯示，然后判斷Time是否為0，不為0則將i的自減循環(huán)130次，i的自減130次的指令執(zhí)行時間約為1秒，然后再判斷是否為0，直到Time=0，結(jié)束顯示并返回，在本設(shè)計中顯示時間預(yù)設(shè)為1秒。程序流程如圖48：圖48 顯示時間子程序流程圖 顯示方式子程序由于字符顯示共有靜止、左右上下5種模式，為了節(jié)省篇幅，將以字符左移模式為例講解程序流程。首先初始化字模指針和列計數(shù)器，將字模指針對準緩沖區(qū)字模數(shù)據(jù)第一個字節(jié)，然后運行顯示驅(qū)動子程序顯示一列字模數(shù)據(jù)，顯示達到設(shè)定時間后將列計數(shù)器加1，然后顯示下一列的數(shù)據(jù)，循環(huán)16次顯示完一屏后將列計數(shù)器復(fù)位的同時字模指針加1，繼續(xù)顯示直到字模指針指向字模數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)，系統(tǒng)判斷一次字符左移顯示完成，復(fù)位字模指針并返回。字符左移程序流程圖如圖49：圖49 字符左移子程序流程圖 延時子程序應(yīng)用單片機的時候，經(jīng)常會遇到需要延時的情況，這時就需要調(diào)用一個延時子程序滿足需求。 數(shù)據(jù)接收處理程序數(shù)據(jù)接收處理程序的功能將單片機通過無線接收模塊接收到的16進制數(shù)據(jù)分析并處理。程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)第一位控制指令單獨提取出來賦給控制變量contrchar，然后將之后的數(shù)據(jù)每隔32字節(jié)分割開分別存入點陣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以供顯示主程序調(diào)用。5 成果與總結(jié) 實物測試最終焊接制作完成的實驗室原型下位機如圖51：圖51 實驗室原型下位機成品圖可見，下位機由三個模塊組成，分別為單片機模塊(左上)、單元模塊(左下)及LED顯示模塊(右)。上位機USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊與無線發(fā)射模塊的連接如圖52：圖52 串口模塊與無線發(fā)射模塊的連接上位機通過串口調(diào)試助手的發(fā)送數(shù)據(jù)功能向下位機發(fā)送指令，如圖53：圖53 串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)如上圖，選擇USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊所在的COM口，上圖為COM6口，然后將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入單字符串發(fā)送區(qū)，點擊“發(fā)送字符/數(shù)據(jù)”按鈕即可將發(fā)送至無線發(fā)射模塊，下位機再通過無線接收模塊接收數(shù)據(jù)并顯示，顯示效果如圖54及圖55：圖54 系統(tǒng)待機效果圖55 系統(tǒng)顯示效果圖54為下位機未接收到上位機所發(fā)送的數(shù)據(jù)時的待機效果，為一個心形，當接收到上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)后，根據(jù)上位機數(shù)據(jù)的控制指令字節(jié)顯示不同的效果，圖55為發(fā)送4張圖片靜止顯示的效果。下位機端接收上位機發(fā)送的無線數(shù)據(jù)在走廊環(huán)境40m以內(nèi)可以穩(wěn)定顯示，超過40m則會出現(xiàn)亂碼或者無法正常顯示的問題，這是由于上位機無線模塊的發(fā)射功率較小，數(shù)據(jù)傳輸距離較遠無線信號就會受到較為嚴重的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包，在實際應(yīng)用中可以更換更大功率的發(fā)射模塊及天線，即可有效增加無線傳輸距離。 總結(jié)與展望本文敘述了智能遠程控制LED顯示設(shè)備的研究與設(shè)計過程，整個項目是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立完成的，經(jīng)歷了查閱文獻、系統(tǒng)總體設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計及選型、系統(tǒng)軟件設(shè)計及制作實驗室原型幾個階段，最后通過測試實驗室原型機，可以實現(xiàn)所設(shè)想的系統(tǒng)基本功能，運行正常穩(wěn)定。主要取得成果有：①對涉及到的參考文獻進行了研究與總結(jié)，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合目前LED及無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了總體設(shè)計方案，對所涉及的技術(shù)進行了詳細的介紹，并做了具體的分析；②設(shè)計了智能遠程控制LED顯示設(shè)備的具體方案，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。根據(jù)設(shè)計需求選擇合適的硬件設(shè)備，選擇了STC89C52RC作為下位機的終端控制單片機，選擇WSN1101作為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，結(jié)合LED顯示技術(shù)，完成了硬件設(shè)計；③基于所設(shè)計的硬件環(huán)境，選擇了適合的軟件開發(fā)程序環(huán)境，設(shè)計了相應(yīng)的軟件程序，包括上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)無線傳輸、單片機數(shù)據(jù)處理及LED模塊顯示；④基于硬、軟件設(shè)計焊接制作了實驗室原型機，經(jīng)測試可以實現(xiàn)系統(tǒng)基本功能，運行正常穩(wěn)定。隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片技術(shù)的不斷成熟，終端芯片的處理能力越來越強，同時3G網(wǎng)絡(luò)甚至4G網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展也給嵌入式無線通信領(lǐng)域帶來了前所未有的契機。結(jié)合目前情況，以后在無線LED通信系統(tǒng)領(lǐng)域，將向著大高清LED彩色屏的無線實時更新發(fā)展，這對嵌入式芯片和通信網(wǎng)絡(luò)的要求都很高，這方面的研究將是以后的重點。雖然目前大屏幕彩色LED顯示屏已經(jīng)開始在各大公共場合使用，但是單色LED顯示屏由于其低很多的生產(chǎn)成本，使得它仍然是公共場合信息發(fā)布的重要媒介，因此在社會生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域中人們對單色LED顯示屏仍然有很大的需求。本設(shè)計對實時性要求較高的中、小型LED無線通信系統(tǒng)有一定的工程實踐意義及參考價值。6 致謝本文是在導(dǎo)師陳登峰教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在本人進行畢業(yè)設(shè)計的整個過程中，從論文的選題、資料的查詢、開題、研究、實現(xiàn)，一直到撰稿的每一個環(huán)節(jié)，導(dǎo)師都給予了耐心的指導(dǎo)和幫助，使我不但掌握了基本的科研方法，還教授給我一種認真求實、實事求是的科研態(tài)度，這也使我在今后的學(xué)習和工作中受益匪淺。在此，特向?qū)熽惖欠褰淌诒硎疚矣芍缘母屑づc謝意。接下來，十分地感謝與我一組的同學(xué)，在本人設(shè)計期間給予的大力協(xié)助。最后，我要特別感謝我的家人和朋友，在我求學(xué)期間