【正文】 我相信通過(guò)此次設(shè)計(jì)所得到的知識(shí)、心得、經(jīng)驗(yàn)?zāi)酥粮惺芏紩?huì)讓我在以后的日子里受益匪淺。 隨著課題的進(jìn)行，對(duì) LED 的了解也越來(lái)越深入。在查閱了大量的大屏幕顯示屏資料后確定了題目的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)這次設(shè)計(jì)收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識(shí)還有更為重要的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。 （ 2）虛點(diǎn)的產(chǎn)生與軟件和三極管電壓有關(guān)。具體表現(xiàn)為單片機(jī)接負(fù)載后電壓被拉低值 ，無(wú)法滿足譯碼電路的輸入要求。再發(fā)送不同的顯示數(shù)據(jù)和顯示控制字，觀察各種顯示方式的運(yùn)行情況和各種顯示方式之間的切換情況。一是發(fā)光點(diǎn)的下方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很微弱的亮點(diǎn)，影響了整體的顯示效果。結(jié)果顯示顯示屏中只有邊角出有一個(gè) LED 燈被燒壞，其他器件邏輯功能運(yùn)行正常。 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果 經(jīng)過(guò)硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，排除了硬件的連接問(wèn)題和驗(yàn)證了串口功能的可實(shí)現(xiàn)性。測(cè)試表明串口程序和串口電路實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。 串口程序的設(shè)計(jì)為：設(shè)定波特率位 9600，以 0XAA 為起始標(biāo)志位 ,單片機(jī)接收自起始標(biāo)志位后的 32位十六進(jìn)制數(shù)再發(fā)送會(huì) PC機(jī)。 其中測(cè)試串口程序的功能是否完善不但要連接單片機(jī)系統(tǒng)還要借助串口調(diào)試工具。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠被接收則證明串口通信部分的硬件是正常的。測(cè)試的結(jié)果為：各器件電源端在 ～ 之間滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù) 載時(shí)端口電壓為 。顯示系統(tǒng)中單片機(jī)、譯碼器，鎖存器，驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓均要求為 5V 所以可同時(shí)直接接入。 短路與虛焊檢測(cè) 檢測(cè)工具為萬(wàn)用表，使用萬(wàn)用表的短路報(bào)警功能，逐個(gè)測(cè)試相臨的兩個(gè)焊點(diǎn)檢測(cè)是否短路。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。 詳細(xì)程序見(jiàn)附錄 2。接收到第 34 個(gè)字節(jié) 后便將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回 PC 機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證比較。 設(shè)置串口工作方式 1，波特率 9600，計(jì)算可得計(jì)數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為0XFD。對(duì)應(yīng)位為 1 時(shí)允許其中斷，對(duì)應(yīng)位為 0 時(shí)，禁止其中斷。其控制位分布如表。 MCS51 單片機(jī)的五個(gè)中斷源兩種類型：一類是外部中斷源；另一類是內(nèi)部中斷源，包括兩個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T0 和 T1）的溢出中斷和串行口的接收和發(fā)送中斷。 顯示數(shù)組中，第 1 至 16 個(gè)元素的第 8 至第 1 位 LED 顯示屏中的第 1 至第 8 行。 讀取顯示數(shù)據(jù) 依次選通列，行 74LS164 的CLOCK端置低，鎖存器禁止輸出 對(duì)應(yīng) 行數(shù)組元素與 0X01 相與，相與結(jié)果寫入單片機(jī)端口輸出 數(shù)組元素右移一位，對(duì)應(yīng)74LS164 CLOCK 端置高 右移次數(shù)是否為 8？ 鎖存器允許輸出 初 始 化 N Y 開(kāi) 始 基于單片機(jī)點(diǎn)陣電子顯示屏設(shè)計(jì) 25 顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 在 數(shù) 組中 的 位 置 前 / 后 移 一 位讀 入 顯 示 數(shù) 組NY顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 邏 輯左 / 右 移 一 位移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6讀 入 顯 示 數(shù) 組NY開(kāi) 始 開(kāi) 始移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6 圖 45 左右移 /上下移程序流程圖 動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖 45 所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原理通 過(guò)改變實(shí)際 LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的左右移動(dòng)。其中上下左右移動(dòng)程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦颉Ｈ鐖D (43)所示，一幅 1616 的點(diǎn)陣畫面點(diǎn)陣 數(shù)據(jù)按照 B1B2B3……B31B32 存儲(chǔ)。 動(dòng)態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。中斷程序設(shè)定了 LED 點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。初始化完成后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個(gè)外部中斷源和串行中斷。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示三大功能。 在實(shí)際應(yīng)用中通常采用內(nèi)部擴(kuò)展和外部級(jí)連聯(lián)合使用的方法來(lái)構(gòu)建大屏幕LED 顯示屏幕。如圖 311 所示，由獨(dú)立的 LED 顯示系統(tǒng)組成一個(gè)大的 LED 顯示系統(tǒng)。這種級(jí)連的優(yōu)點(diǎn)在于一塊單片機(jī)可以同時(shí)控 制更多的 LED 點(diǎn)陣顯示屏，且 74LS164 的價(jià)格低廉整體成本得到了降低。 如圖所示，用 220V轉(zhuǎn) 12V的變壓器進(jìn)行降壓后再通過(guò)一個(gè)橋式整流電路將交流電整流為直流電。電路如圖 38 所示： 基于單片機(jī)點(diǎn)陣電子顯示屏設(shè)計(jì) 19 C 1 +1VDD2C 1 3C 2 +4C 2 5V E E6T 2 O U T7R 2 I N8R 2 O U T9T 2 I N10T 1 I N11R 1 O U T12R 1 I N13T 1 O U T14GND15V C C165M A X 2 3 2 A C P E12345678911101D C o n n e c t o r 9C1104C2104C3104C4104V C CP 3 .1 T XP 3 .0 R XV C C 圖 38 串口通信系統(tǒng)電路圖 電源設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中 MAX23 74LS16 74LS37 AT89S51 都需要 5V 的供電電壓，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以使用電腦 USB 供電。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)總線 TXD 和接收數(shù)據(jù)總線 RXD 采用 EIA 電平，即傳送數(shù)字 “1”時(shí)傳輸線上的電平在－ 3～－ 15V之間；傳送數(shù)字 “0”時(shí)，傳輸線上的電平在＋ 3～＋ 15 之間。相對(duì)應(yīng)的輸出取反，并能提供較大的灌電流來(lái)吸收行驅(qū)動(dòng)流出進(jìn)過(guò)顯示屏后的電流。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。當(dāng)譯碼器端口輸出高電平時(shí)發(fā)射極與基極之間的電勢(shì)差為 5V－ 0V － BV ，由于發(fā)射極與基極之間電勢(shì)差的減少基極電子向發(fā)射極擴(kuò)散的電子數(shù)量減少故集電極電流也隨之減少。 行驅(qū)動(dòng)采用 PNP 三極管 8550 接法如圖 34 示： 1 K5 VL E D 點(diǎn) 陣 屏 陽(yáng) 極譯 碼 電 路 輸 出 圖 34 行驅(qū)動(dòng)器件 8550 的接法 8550 為 PNP 型三極管，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 35 示。 表 32 74LS373 工作參數(shù)表 參數(shù) 最小值 額定值 最大值 單位 電源電壓 5 V 輸入高電平電壓 2 — — V 輸入低電平電壓 — — V 輸出高電平電壓 — — － mA 輸出低電平電壓 — — 24 mA 由表與表比較可以看出， 74LS164 的輸出條件與 74LS373 的輸入條件相匹配，理論上可以實(shí)現(xiàn)鎖存器對(duì)譯碼器的數(shù)據(jù)鎖存。 373 為三態(tài)輸出的八 D透明鎖存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路結(jié)構(gòu)形式當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電平時(shí)， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。結(jié)果就是顯示屏無(wú)序?qū)ㄩW爍，不能顯示所需內(nèi)容。當(dāng) A、 B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 74LS164 為一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換器。 串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 列譯碼采用的是芯片 74LS164。其第二功能和實(shí)際運(yùn)用如表 31 所示： 表 31 AT89S51P3 口第二功能的應(yīng)用 基于單片機(jī)點(diǎn)陣電子顯示屏設(shè)計(jì) 15 端口 第二功能 實(shí)際作用 RXD（串行輸入口） 與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸入口 TXD(串行輸出口 ) 與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸出口 外部中斷 0 做按鍵中斷，控制顯示狀態(tài) 外部中斷 1 做按鍵中斷，控制運(yùn)行模式 AT89S51 單片機(jī)的 P1 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用， P2 口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 端口 30， EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。由于端口的驅(qū)動(dòng)能力有限所以該端口外接了 5K 的上拉電阻來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制電路設(shè)計(jì)中采用的是單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個(gè)最小系統(tǒng)（指單片機(jī)的可以的最小配置系統(tǒng)）。靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁(yè)寫模式） AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。低功耗空閑和掉電模式 32 個(gè)可編程 I/O 口線 － AT989S51 具有以下特點(diǎn) ： 還有就是為了提高 LED 顯示屏的掃描速度，單片 機(jī)的執(zhí)行速度要盡可能的快。 控制單元設(shè)計(jì) 控制單元是整個(gè)顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用 51 系列單片機(jī)為核心器件，用來(lái)和上位機(jī)通信處理上位機(jī)發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。 （ 4）單片機(jī)要能接收上位機(jī)的指令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制 LED 顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動(dòng)能力要足以驅(qū)動(dòng)譯碼電路。 該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和要求有以下幾點(diǎn)： （ 1） LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個(gè)漢字的標(biāo)準(zhǔn)。所以上位機(jī)選擇存儲(chǔ)顯示的方法，控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容 [10]。實(shí)時(shí)顯示及上位機(jī)屏幕上的內(nèi)容同時(shí)顯示在 LED 顯示屏上，上位機(jī)上內(nèi)容變化 LED 顯示屏也跟 著變化。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，匯編語(yǔ)言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植 [8]。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來(lái)把編寫的程序下載到單片基于單片機(jī)點(diǎn)陣電子顯示屏設(shè)計(jì) 11 機(jī)中執(zhí)行。設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個(gè)主要部分組成。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動(dòng)電路 [7]。 圖 22 LED 點(diǎn)陣圖 一個(gè) 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)所以必須要對(duì)單片機(jī)的端口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。這就加大了維修的成本。由于單片機(jī)的 I/O 口有限要不能直接用 I/O 口來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏，所以需要對(duì)單片機(jī) IO 口進(jìn)行擴(kuò)展增加單 片機(jī)并行輸出的能力。通用的 通用異步接收 /發(fā)送器，簡(jiǎn)稱 UART（ Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。 （ 1）并行通信 并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。所以在控制部分方案的選擇中選定 51 系列單片機(jī)作為控制部分的核心器件?，F(xiàn)在市場(chǎng)上常用的單片機(jī)主要有 MCS5 AVR、 ARM、 PIC 等。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。幾種設(shè)計(jì)方法比較各有其特點(diǎn) ： （ 1）單片機(jī) 單片機(jī)是集成了 CPU， ROM， RAM 和 I/ O 口的微型計(jì)算機(jī)。如圖 21 所示 ,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機(jī)四部分組成。 （ 5）結(jié)論 設(shè)計(jì)完成后對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。 （ 4） 驗(yàn)證與測(cè)試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來(lái)進(jìn)行。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 論文主要內(nèi)容 針對(duì)設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，作者對(duì)論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排： （ 1）初步方案的論證和選擇 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。并且通過(guò)該設(shè)計(jì)課題掌握了51 單片機(jī)的的軟硬件開(kāi)發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。全彩色 LED 顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色 LED 產(chǎn)品自出現(xiàn)以來(lái)，成本逐 年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。 90 年代初即具備了成熟的 16級(jí)灰度 256 色視頻控制技術(shù)及無(wú)線遙控等國(guó)際先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色 LED顯示屏、 256 級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無(wú)經(jīng)線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)； LED 顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至 1998 年底，年度銷售總額在 1000 萬(wàn)元以上的企業(yè)有 20多家，其銷售總額達(dá) 6 億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的 85%以上。（ 6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（ 2）機(jī)