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正文內(nèi)容

電子廣告牌設(shè)計(jì)學(xué)位論文(編輯修改稿)

2024-08-18 17:10 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 在設(shè)計(jì)的時候,需要注意電路不能出現(xiàn)短路,以免損壞電腦的 USB 接口。 圖 USB 接口 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 單片機(jī)振蕩電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的運(yùn)行需要一個時鐘頻率,類似我們的計(jì)算機(jī)的 CPU 主頻的高低,現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的 CPU 一般用 GHz 來左單位。而我們的 51 單片機(jī)常用到 的時鐘頻率有 12MHz,這些時鐘頻率都是依靠外部晶振產(chǎn)生的。 晶振連接到單片機(jī)的 XTAL XTAL2 引腳處。電路上的晶振旁有兩個無極性電容,容量為 33P。這兩個電容稱晶振的負(fù)載電容,分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,一般在幾十皮發(fā),它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。 晶振的負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C ( ) 式中 Cd,Cg 為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容 ,Cic(集成電路內(nèi)部電容) +△ C( PCB 上電容)經(jīng)驗(yàn)值為 3至 5pf。 設(shè)計(jì)需要考慮到串行通信的使用,為了減少誤碼率提高通信質(zhì)量,因此選用 晶振。 圖 單片機(jī)振蕩電路 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運(yùn)行時,都需要先復(fù)位,其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始,因而,復(fù)位是一個很重要的操作方式,但是單片機(jī)本身不能自動進(jìn)行復(fù)位的,必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 10 本設(shè)計(jì)采用的是上電加按鍵手動復(fù)位,如圖所示。 當(dāng)復(fù)位按鍵按下后,復(fù)位端通過51歐姆的小店組與 +5V 電源接通,電容迅速放電,使得 RST 引腳為高電平;當(dāng)復(fù)位鍵彈起后, +5V 電源通過 2KΩ電阻對 22μ F 電容重新充電, RST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時間取決于 RC 電路的時間常數(shù)。 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 LED 點(diǎn)陣屏驅(qū)動設(shè)計(jì) 16 32LED 點(diǎn)陣的設(shè)計(jì) 顯示一個簡體漢字,至少需要 16 16點(diǎn)陣來描述。本設(shè)計(jì)采用 4個 8 8點(diǎn)陣的 LED模塊拼接成 16 16 點(diǎn)陣的 LED 陣列。為了能更好的顯示功能,模塊多點(diǎn)是比較好的 ,但考慮到成本的問問題,所以本設(shè)計(jì)用 8個 8 8的 LED 模塊拼接成 32 16 的矩陣。即可以同時顯示兩個漢字。 。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 16X16 點(diǎn)陣設(shè)計(jì)圖 LED 點(diǎn)陣屏行驅(qū)動設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的要求屏幕需要有 32 16 的分辨率,若使用 8*8 的點(diǎn)陣模塊,則需要使用 4塊。每一塊點(diǎn)陣屏有 16 根引腳, 4 個點(diǎn)陣模塊共有 64 根引腳。采用動態(tài)掃描顯示技術(shù),也需要使用 48 個控制端。單片機(jī)僅有的 32 個 IO 是不能滿足設(shè)計(jì)的要求,而且單片機(jī)的 IO 負(fù)載只有 20mA,這個負(fù)載能力只可以點(diǎn)亮一個 LED 發(fā)光二極管。因此,需要借助一些驅(qū)動芯 片完成設(shè)計(jì)。 16 32LED 的點(diǎn)陣屏需要 2 行 16個引腳,為了節(jié)省引腳可以采用一個 416顯譯碼器 74HC154 是一款高速 CMOS 器件, 74HC154 引腳兼容低功耗肖特基 TTL( LSTTL)系列。 74HC154譯碼器可接受 4位高有效二進(jìn)制地址輸入,并提供 16個互斥的低有效輸出。74HC154 的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通,以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”,也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入,必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入, 74HC154 可充當(dāng)一個 116 的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時,地址輸出將會跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 12 圖 74HC154 引腳圖 將 74HC154 的 A0A3 接到單片機(jī)的 口, Y0Y15 分別接點(diǎn)陣的每一行,這樣就能控制點(diǎn)陣屏的每一行了。 圖 點(diǎn)陣屏行驅(qū)動 LED 點(diǎn)陣屏列驅(qū)動設(shè)計(jì) 驅(qū)動芯片作用是擴(kuò)展單片機(jī)的 IO 口,同時為點(diǎn)陣屏提供工作電流。設(shè)計(jì)選用74HC595 串入并出芯片。將點(diǎn)陣屏劃分為 16 行、 32 列。下面對這款 74 系列的芯片作 介紹: 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 圖 74HC595 引腳圖 上圖為 74HC595 是一款 8 位的串入并出、串 / 并出移位寄存器和 8 位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入 (SCLR 和 SCK) ,都是上升沿有效。當(dāng) SCLK從低到高電平跳變時,串行輸入數(shù)據(jù) (SDA) 移入寄存器;當(dāng) SLCK 從低到高電平跳變時,寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。清除端 (CLR) 的低電平只對寄存器復(fù)位 (QH 為低電平 ) ,而對鎖存器無影響。當(dāng)輸出允許控制 (EN) 為高電平時,并行輸出 (Q0~ Q7) 為高阻態(tài),而串行輸出 (QH) 不 受影響。 74HC595 最多需要 5 根控制線 , 即 SER、 RCK、 SCK、 SCLR 和 G。其中第 13 引腳( G)連接到電源地,第 10 引腳( SCLR)連接電源正極。把其余三根線和單片機(jī)的 I/ O 相接,第 12 引腳( RCK)連接到單片機(jī)的 P35,第 11 引腳( SCK)連接到單片機(jī)的 P36 第 12引腳( RCK)連接到單片機(jī)的 P35,第 14 引腳( SER)連接到單片機(jī)的 P37,即可實(shí)現(xiàn)控制。 74HC595 與點(diǎn)陣屏的列引腳連接前還需串聯(lián) 20 歐姆的限流電阻,其中用是保護(hù)點(diǎn)陣屏中的 LED 發(fā)光二極管,延長點(diǎn)陣屏的顯示壽命。 圖 單片機(jī)列驅(qū)動 上圖為單片機(jī)列驅(qū)動部分的原理圖。四個 74LS595 級聯(lián),四個部分的 Q0Q7 總共 32條引線分別為點(diǎn)陣屏的列,這樣就可以通過單片機(jī)控制點(diǎn)陣屏的每一列了。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 14 設(shè)計(jì)要求計(jì)算機(jī)與單片機(jī)能實(shí)現(xiàn)互相通信,而串口通信是單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)中最常用的通信接口。單片機(jī)內(nèi)置 Uart 串口通信控制器,因此可以通過串口方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。 串口通信電路芯片介紹 MAX232 芯片是一款由美信( MAXIM)公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì) 的接口電路,使用 +5v 單電源供電。常用于單片機(jī)的串口通信的電平轉(zhuǎn)換。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分: 1) 電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個電源,提供給 RS232 串口電平的需要。 2) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13腳( R1IN)、 12 腳( R1OUT)、 11 腳( T1IN)、 14 腳( T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳( R2IN)、 9腳( R2OUT)、 10腳( T2IN)、 7腳( T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù) 據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭; DB9插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 3) 電源輸入。 15腳 GND、 16腳 VCC( +5v)。 本設(shè)計(jì)就是利用 MAXIM 公司的單電源芯片 MAX232 來完成單片機(jī) TTL到 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 是單電源雙 RS232C 發(fā)送 /接收芯片。它符合所有的 RS232C 技術(shù)規(guī)范,只要單一 +5V 電源供電;片載電荷泵,具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力,能夠產(chǎn) 生 +10V 和 10V 電壓 V+、 V ;低功耗,典型供電電流 5mA;內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器,內(nèi)部集成 2個 RS232C 接收器。采用單一 +5V 電源供電,外接只需 4個電容,便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信接口,硬件接口簡單,所以被廣泛運(yùn)用。 MAX232 的引腳排列及功能描述見表 (摘錄自 MAX232 官方數(shù)據(jù)手冊) 表 MAX232 引腳功能 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 1 C1+ 泵電容 1 正極 9 R2OUT 第二組 TTL/CMOS 電平輸出 2 V+ 正電源濾波 10 T2IN 第二組 TTL/CMOS 電平輸入 3 C1 泵電容 1 負(fù)極 11 T1IN 第一組 TTL/CMOS 電平輸入 4 C2+ 泵電容 2 正極 12 R1OUT 第一組 TTL/CMOS 電平輸出 5 C2 泵電容 2 負(fù)極 13 R1IN 第一組 RS232 電平輸入 6 V 負(fù)電源濾波 14 T1OUT 第一組 RS232 電平輸出 7 T2OUT 第二組 RS232電平輸出 15 GND 地 8 R2IN 第二組 RS232電平輸入 16 VCC 電源 +5V 電子廣告牌設(shè)計(jì) 16 圖 MAX232 封裝 串口硬件電路設(shè)計(jì) MAX232 的基本電路需要的 4個電容為升壓作用,將單片機(jī)輸入的點(diǎn)評信號轉(zhuǎn)換為177。12V 的傳輸電平,以達(dá)到 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn)。將無極性 104 電容連接到 MAX232 的第 3引腳,第 5引腳,第 6引腳經(jīng)過 104 后連接電源地,第 2引腳經(jīng)過 104 后連接電源正極。引腳 9與單片機(jī)的 Rx(第 10 引腳)相連接,引腳 10 與單片機(jī)的 Tx(第 11 引腳)相連接。經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的信號, MAX232 上的第 7 引腳連接到串行通信接口的第 2針 ,第 8 引腳連接到串行通信接口的第 3針。還需要將串行通信接口的第 5引腳與 MAX232電源共地連接。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 圖 串口電路設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)環(huán)境介紹 本系統(tǒng)的處理器是兼容 8051 指令集的高速單片機(jī) STC12C5412AD。為此,首選 Keil μ Vision 作為其開發(fā)工具。 Keil μ Vision 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列電子廣告牌設(shè)計(jì) 18 兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大,生成的代碼緊湊,是目前世界上使用最廣的 51 系列兼容單片機(jī)開發(fā)工具。 本設(shè)計(jì)中, 單片機(jī)軟件是采用 C51 語言編寫, C51 語言是 ANSI C 的擴(kuò)展集,其語法結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵字等與 ANSI C 絕大部分是相同的。與匯編相比, C51 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢 點(diǎn)陣屏顯示程序 驅(qū)動芯片的控制程序 8 位數(shù)據(jù)從 SER 口送入 74HC595 ,在每個 SCK 的上升沿, SER 口上的數(shù)據(jù)移入寄存器。在 SCK 經(jīng)過第 9 個上升沿, 數(shù)據(jù)開始從 QH 移出。如果把第一個 74HC595 的 QH 和第二個 74HC595 SER 相接,數(shù)據(jù)即移入第二個 74HC595 中,按照如 此規(guī)律,數(shù)據(jù)會一個連接一個傳下去。當(dāng)數(shù)據(jù)全部按照移位送完后,給 RCK 一個上升沿,寄存器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器。此時如果 G 為低電平, 8 位數(shù)據(jù)從 Q0~ Q7 輸出,把 Q0~ Q7 與 LED 點(diǎn)陣的列項(xiàng)連接,當(dāng)某行為低電平時,該行的 LED 等會按照輸出電平點(diǎn)亮。程序流程圖(圖)如下: SCK 置為低電平 開始 輸出數(shù)據(jù)到 8位? N Y 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 圖 74HC595 控制程序流程圖 程序設(shè)計(jì)使用 for 循環(huán) 8次,將 1 字節(jié)數(shù)據(jù)按照從低位到高位輸出。開始將同步移位時鐘置為低電平,向數(shù)據(jù)位輸出 1位數(shù)據(jù),接著 同步移位時鐘置為高電平,對需要發(fā)送的字節(jié)作右移位處理。經(jīng)過 8 次移位過程,完成 1字節(jié)的發(fā)送。 點(diǎn)陣屏顯示的移動算法 本設(shè)計(jì)的 LED 點(diǎn)陣屏幕,可以對信息實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示,字符從右側(cè)往左側(cè)移動。 移動算法分析: 顯示的定義為 uchar display[][32],這里表示了要顯示一個完整的字符,需要 32個字符型數(shù)據(jù)。為什么呢 ?因?yàn)轱@示一個完整的字符需要四塊點(diǎn)陣,每個點(diǎn)陣有 8 行,每行八個點(diǎn)。就是說,一行的數(shù)據(jù)就占一個 char,四塊當(dāng)然就是 32個 char 型。 這里變量 i 代表是第幾個漢字,變量 j 帶便的是該 漢字的第幾個 char 數(shù)據(jù)。 下面是四塊點(diǎn)陣的示意圖:
點(diǎn)擊復(fù)制文檔內(nèi)容
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