【導(dǎo)讀】示的重要傳媒之一。LED顯示技術(shù)是將光電、計算機(jī)以及控制等技術(shù)綜合一體。式控制系統(tǒng)三個部分組成。本論文在查閱了有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了LED顯。示模板驅(qū)動方式，給出了LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。整個系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。示等外圍電路的設(shè)計，實現(xiàn)了顯示信息在單片機(jī)的系統(tǒng)中的快速寫入及讀取。器的Flash中保存，斷電后內(nèi)容不丟失。同時在系統(tǒng)的設(shè)計中為了滿足用戶需要，進(jìn)行了LED顯示屏尺寸的擴(kuò)展設(shè)計，以便支持LED顯示屏大尺寸的擴(kuò)充。軟件設(shè)計采用了匯編語言和C語言，底層基本驅(qū)動及功能由匯編語言實現(xiàn)，節(jié)省了使用傳輸數(shù)據(jù)的CPU取指和譯指時間。上層顯示屏擴(kuò)展基于C語言的模

　　

【正文】 具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通 過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用 Flash 存儲區(qū) (ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用 Flash 存儲區(qū)時引導(dǎo) Flash 區(qū) (Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實現(xiàn)了 RWW 操作。通過將 8位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi) ， ATmega16 成為一個功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 第四 章 硬件電路設(shè)計 24 微處理器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 圖 ATmega16 單片機(jī)引腳圖 端口 A(PA7..PA0)端口 A 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。 端口 B(PB7..PB0)端口 B 為 8 位雙 向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，第四 章 硬件電路設(shè)計 25 若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。 端口 C(PC7..PC0)端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。如果 JTAG 接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口 C 也可以用做其他不同的特殊功能 . 端口 D(PD7..PD0)端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能 . RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時間見 P36Table15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。使用 ADC 時應(yīng)通過一個低通濾波器與 VCC 連接。 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 字庫與單片機(jī)的接口設(shè)計 字庫芯片選型 本設(shè)計所選用的字庫芯片 GT21L32S4W1，是集通數(shù)碼科技的產(chǎn)品。GT21L32S4W1 是一款支持 GB2312 字符集（ 6763 字）的 111 151 2423232 點陣字庫芯片，另外還含有 2 套 12 點高的半角不等寬 ASCII 字符、 2 套第四 章 硬件電路設(shè)計 26 16 點高的半角不等寬 ASCII 字符、 2 套 24 點高的的半角不等寬 ASCII 字符， 2套 32 點高的半角不等寬 ASCII 字符， 1 套 612 點擴(kuò)展字符、 1 套 816 點擴(kuò)展字符、 1 套 1224 點擴(kuò)展字符、 1 套 1632 點擴(kuò)展字符等等。因為本芯片涵蓋了81 個國家及地區(qū)的文字字庫，因此被廣泛的運(yùn)用于手機(jī)，儀表等行業(yè)。 字庫芯片的電氣特性 對于 GT21L32S4W1 的 SPI 接口，其主要的電氣特性有： 訪問速 度： 40MHz(max) 工作電壓： 工作電流： 40mA 待機(jī)電流： 10uA GT21L32S4W1 的引腳排列及定義見及表 表 字庫芯片 GT21L32S4W1 的管腳定義 管腳號 管腳名稱 數(shù)據(jù)流向 管腳功能描述 1 CS I 片選輸入 2 SO O 串行數(shù)據(jù)輸出 3 GND 地 4 GND 地 5 SI I 串行數(shù)據(jù)輸入 6 SCLK I 串行時鐘輸入 7 HOLD I 總線掛起 8 VCC + 電源 串行時鐘輸出（ SO） ：該信號用來把數(shù)據(jù)從芯片串行口輸出，數(shù)據(jù)在時鐘的第四 章 硬件電路設(shè)計 27 下降沿移出。 串行數(shù)據(jù)輸入（ SI）：該信號用來把數(shù)據(jù)從串行口輸入芯片，數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿移入。 串行時鐘輸入（ SCLK）：數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。 片選輸入（ CS）：所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 CS下降沿， CS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平。 要讀取字庫芯片內(nèi)的點陣數(shù)據(jù)，必須嚴(yán)格地遵守其讀寫協(xié)議及時序。其時序如圖 示。 圖 GT21L32S4W1 快速讀寫時序 對此時序圖作一定的解釋，該圖是通過 SPI 接口，對字 庫芯片進(jìn)行快速點陣讀取的時序。 快速讀取點陣數(shù)據(jù)（ Read Data Bytes at Higher Speed）需要用指令碼來執(zhí)行操作。 第四 章 硬件電路設(shè)計 28 CS變?yōu)榈?，緊跟著的是一個字節(jié)的命令字 0x0B 和三個字節(jié)的地址以及一個字節(jié)的 Dummy Byte（虛字節(jié)，任意值均可）通過串行數(shù)據(jù)輸入引腳 SI 移位輸入，每一位在串行時鐘 SCLK 上升沿被鎖存。 過串行數(shù)據(jù)輸出腳 SO 移位輸出，每一位在串行時鐘的下降沿被移出。 CS繼 續(xù)保持為低，則下一個地址的字節(jié)數(shù)據(jù)繼續(xù)通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳 SO 移位輸出。例：讀取一個 15 16 點陣漢字需要 32Byte，則連續(xù) 32 個字節(jié)讀取后結(jié)束一個漢字的點陣數(shù)據(jù)讀取操作。如果不需要繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，則把片選信號 CS拉高，結(jié)束本次操作。 字庫芯片與單片機(jī)的接口設(shè)計 參 考 GT21L32S4W1 官方提供的應(yīng)用指南，結(jié)合本系統(tǒng)的具體要求，設(shè)計GT21L32S4W1 與單片機(jī)的接口電路如圖 示。 圖 字庫芯片與單片機(jī)的接口 因為 GT21L32S4W1 的供電電壓為 ，而本條屏是 5V 系統(tǒng)。所以必須對電源電壓及接口電平進(jìn)行 的轉(zhuǎn)換。 第四 章 硬件電路設(shè)計 29 字庫芯片 電源設(shè)計 圖 中，右上角虛線框內(nèi)為 穩(wěn)壓電路。采用的是 LDO 低壓差線性三端穩(wěn)壓器件 （或與之性能完全相同的 ），外圍的電容起到濾波和高頻旁路作用，能 有效地降低電壓紋波及防止穩(wěn)壓芯片的高頻自激。 是一款性能優(yōu)良的 LDO，它在 800mA 輸出的時候，只需要 的輸入輸出壓差。效率較高，常用于 MCU,MPU,ARM 等對電源電壓要求較為嚴(yán)格的場合。 的封裝及引腳如圖 示。 圖 LM1117 引腳排列及封裝 通信電路設(shè)計 通信協(xié)議的選擇 要使上位機(jī)能對條屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，顯示內(nèi)容更新等操作，就離不開和上位機(jī)的通信。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。本設(shè)計采用RS232C 串行通信方式。 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片特點 Max232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。第四 章 硬件電路設(shè)計 30 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 單片機(jī)與 PC 間通信接口電路設(shè)計 根據(jù)屏的需要，設(shè)計單片機(jī)與 PC 間通信接口電路如圖 示。 圖 MAX232 通信接口電路 圖 中，左邊虛線框內(nèi)的 DB9 連接器，既作為通信接口，又用做電源輸入。提高了板載元件的利用率。多腳并聯(lián)的方式可以減小插接件的接觸電阻。外部輸入的 5V 電源從 DB9 連接器的 9 腳輸入，在 1000uF 電容中儲能。儲能電容可以在開機(jī)瞬間向系統(tǒng)提供較大電流，使單片機(jī)等正常啟動。電源經(jīng)由電源開關(guān) S1 后進(jìn)入單片機(jī)，顯示單元等各部分 。第五 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 31 第 五 章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 單片機(jī)軟件流程 保存信息 圖形輸入 漢字輸入 48點陣 橢圓等 圖像 宋體 仿宋 空心 實體 斜體 圖文處理 文件名 寫盤 16點陣 24點陣 楷體 黑體 窗口定義 數(shù)據(jù)庫 圖形庫 查詢 顯示 顯示時間 顯示方法 文件名 數(shù)據(jù)反向 數(shù)據(jù)管理 通訊管理 屏幕管理 系統(tǒng)主菜單 放大 第五 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 32 圖 單片機(jī)軟件流程 PC 機(jī)的管理程序完成系統(tǒng)的主菜單及其功能 ， 實現(xiàn)對多個大屏幕顯示信息的組織及予處理。這種信息的組織包括對屏幕的操作、數(shù)據(jù)管理和通訊管理等予處理用來完成對相應(yīng)在顯示緩沖區(qū)中顯示息的數(shù)據(jù)變換。在數(shù)據(jù)變換時 ,應(yīng)按本系統(tǒng)電路所設(shè)計的顯示信息按串行數(shù)據(jù)的輸入方式 ， 掃描占空比為進(jìn)行數(shù)據(jù)的予處理 ,使之更適合 （ 容易于機(jī)對顯示信息的動態(tài)掃描控制及 顯示）。本系統(tǒng)采用可變的顯示窗口與顯示屏大小一一對應(yīng)的關(guān)系 ,最終以讀寫顯示窗口的象素方式送進(jìn)行動態(tài)掃描控制及顯示。 PC 機(jī)對顯示信息的存取都規(guī)范為 文件形式進(jìn)行管理和發(fā)送。 單片機(jī)與 PC 機(jī)間的通信協(xié)議 一個最完整的通信系統(tǒng)至少是由通信鏈路和通信協(xié)議兩部分組成。本設(shè)計使用的鏈路是符合 EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）的 RS232C 鏈路協(xié)議。 本設(shè)計制定上位機(jī)往下位機(jī)發(fā)送命令 /數(shù)據(jù)流的幀格式如圖 示。 圖 數(shù)據(jù)流的幀格式 根據(jù)圖 的幀格式，制定通信協(xié)議如下： （ 1）下位機(jī)不斷檢測收到的數(shù)據(jù)，若檢測到握手字 0xA0 則執(zhí)行 II，否則重復(fù) I （ 2）繼續(xù)接受 1 字節(jié)數(shù)據(jù)，若為同步頭 0xFA 則執(zhí)行 III，否則跳轉(zhuǎn)至 I （ 3）下位機(jī)連續(xù)接受 7 字節(jié)的設(shè)置數(shù)據(jù)，并返回各字節(jié)數(shù)據(jù)的反碼 （ 4）上位機(jī)不斷檢測下位機(jī)發(fā)出的取反校驗字，若校驗出錯則報警，否則執(zhí)行 5 （ 5）上位機(jī)繼續(xù)向下位機(jī)發(fā)送漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù) 第五 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 33 （ 6）下位機(jī)不斷接收內(nèi)碼并保存，但不返回校驗字 （ 7）若下位機(jī)檢測到上位機(jī)發(fā)出的傳輸結(jié)束命令字 0x8F，則結(jié)束通信過程 由于本系統(tǒng)為有線傳輸 ， 通信電纜長度僅為 5 米，故在通 信過 程中產(chǎn)生誤碼的幾率很小。第六 章 PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 第 六 章 PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計 PCB 設(shè)計平臺 本設(shè)計是采用 Protel 99SE 作為原理圖和 PCB 的繪制工具。 Protel 是目前國內(nèi)最流行的通用 EDA 軟件，它是將電路原理圖設(shè)計、 PCB板圖設(shè)計、電路仿真和 PLD 設(shè)計等多個實用工具軟件組合后構(gòu)成的 EDA 工作平臺，是第一個將 EDA 軟件設(shè)計成基于 Windows 的普及型產(chǎn)品。 Protel 98 率先集成了軟件界面， Protel 99 增加了仿真功能和 PLD 設(shè)計 和信號完整性分析。 Protel 99SE 是 Protel 公司于 2020 年推出的一款 EDA 軟件，是 Protel 家族中性能較為穩(wěn)定的一個版本。它不僅是以前版本的升級，更是一個全面、集成、全 32 位的電路設(shè)計系統(tǒng)。 Protel 99SE 的功能十分強(qiáng)大，在電子電路設(shè)計領(lǐng)域占有極其重要的地位。 元件布局及 PCB 整體結(jié)構(gòu)工藝 本設(shè)計為產(chǎn)品化設(shè)計，因此首要考慮元件布局的緊湊性。對元件布局進(jìn)行優(yōu)化，能有效的降低布線難度和生產(chǎn)的工藝要求。布局要能使各 LED 點陣模塊緊密契合，還要注意各 PCB 之間的銜接，以便于用戶擴(kuò)展顯示 單元。 從布線難度、銅膜載流容量、 PCB 熱彎曲效應(yīng)和機(jī)械強(qiáng)度等方面考慮。本設(shè)計采用玻璃纖維 厚雙面 PCB 板。生產(chǎn)的時候選擇高溫阻焊、焊盤噴錫、雙面絲印工藝。這種工藝生產(chǎn)出來的 PCB 堅固美觀，易于焊接和維修。 布線工藝與準(zhǔn)則 布線的時候首先考慮的是正確性，其次逐步修改布局及走線使其美觀大方。在布通的基礎(chǔ)上，根據(jù) 100mil/A 的經(jīng)驗載流容量修改高電流路徑走線寬度及過孔尺寸。寧寬勿窄！ 為進(jìn)一步提高條屏系統(tǒng)的電磁兼容性，除了在關(guān)鍵的地方增加旁路電容外，PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計 35 PCB 走線也是一個重要的影響因素。布線的時候 要遵照高頻電路布線