【正文】 學(xué)士學(xué)位論文 36 參考文獻(xiàn) [1] 李 剛，林 凌 ． 與 8051兼容的高性能、高速單片 C8O51FXXX． 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [2] 潘琢金，施國君 ． C8051FXXX高速 SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用 ． 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [3] 潘琢金 ． C8051F單片機(jī)應(yīng)用解析 ． 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [4] 諸昌鈐 ． LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù) ． 電子科技大學(xué)出版社 ， 2021 [5] 潘琢金譯 ． C8051F020/1/2/3 數(shù)據(jù)手冊(cè) ． 沈陽新華龍電子有限公司， 2021 [6] 胡漢才 ． 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) ． 清華大學(xué)出版社 ， 1996 [7] 何立民 ． 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 ． 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [8] 周志敏等 ． LED 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ． 人民郵電出版社， 2021 [9] 任濤等 ． 閃速存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)及應(yīng)用簡明速查手冊(cè) ． 電子工業(yè)出版社， 1。隨著信息化社會(huì)的到來， LED顯 示技術(shù)已經(jīng)成為大眾傳媒的主要工具。 本顯示系統(tǒng)電路簡單 ,成本較低 ,且能靈活修改 ,并已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ,取得了理想的顯示效果。 （ 2） 具備良好的人機(jī)界面，菜單式項(xiàng)目選擇，調(diào)試難度、維護(hù)難度大大降低。 隨著光電技術(shù)的日新月異，對(duì) LED顯示技術(shù)的要求也越來越高，通過對(duì)整個(gè)的設(shè)計(jì)過程，了解并掌握了點(diǎn)陣條屏顯示系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)，對(duì)其有了更深入的了解。 學(xué)士學(xué)位論文 35 總結(jié) 本文的點(diǎn)陣 LED顯示系統(tǒng)以單片機(jī) C8051F015為核心 ， 控制點(diǎn)陣的顯示與流動(dòng) ,加以外圍電路利用 RS485 接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信，可實(shí)現(xiàn)漢字、數(shù)字及各種字符的多種方式和速度的顯示。經(jīng)過反復(fù)的輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)來進(jìn)行整體測(cè)試，一般情況下是沒有問題的。 （ 4）移動(dòng)顯示的時(shí)候?qū)@示屏的每一個(gè)八位數(shù)據(jù)向左一位一位的移動(dòng)。 （ 2）先進(jìn)行單行的調(diào)試 ,點(diǎn)亮顯示屏之前先測(cè)試電源電壓，然后點(diǎn)亮顯示屏的第一行 ,觀察點(diǎn)亮的數(shù)據(jù)是否正確。如果程序正常 , 就要進(jìn)行字模測(cè)試，注意觀察所送字模是否與硬件電路中的掃描形式相同。反之此燈損壞。 將 C8051F015 與 74HC595 相連的管腳進(jìn)行測(cè)試，觀察是否連接正確，再依次連上 74HC24 Si4953ADY 從而檢驗(yàn)出是否是芯片問題。 上位機(jī)軟件模塊 文件 下位機(jī)軟件模塊 硬件 顯示 學(xué)士學(xué)位論文 34 5 系統(tǒng)調(diào)試 接通電源后 ， 觀察點(diǎn)陣顯示屏是否被點(diǎn)亮 。如果完全依靠單片機(jī)完成字模的創(chuàng)建和顯示控制 , 則由于單片機(jī)的運(yùn)算能力有限 , 基本上無法實(shí)現(xiàn)漢字的實(shí)時(shí)顯示。模塊構(gòu)成見圖 所示 學(xué)士學(xué)位論文 33 圖 模塊的構(gòu)成 該系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要有四部分組成 : (1) 輸 入 信息 (2) 保 存 信息 (3) 編 輯 信息 (4) 發(fā) 送 信息 漢字字模的生成 由于需要顯示的內(nèi)容千差萬別 , 如果完全依靠用戶自己構(gòu)建漢字字模 , 將 一件非常艱巨甚至是不可能的工作。 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī) 實(shí)現(xiàn)的功能 “LED信息點(diǎn)陣條屏 ” 應(yīng)能通過串口接受 PC機(jī)發(fā)送過來的信息內(nèi)容，并將信息內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)，然后通過一定的掃描方式將需要顯示的內(nèi)容在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示出來。采用 C與匯編的混合編程 ， 顯示模塊中的關(guān)鍵部分用匯編語言編寫。模塊化的設(shè)計(jì)使程序看起來更加簡潔。為了保證數(shù)據(jù)的正常接收，上位機(jī)首先發(fā)三位信號(hào)，再發(fā)送漢字信息， C8051F015在接收的同步信號(hào)不正確或沒有接收完，則中斷返回，只有在接收完正確的同步信號(hào)后，才接受漢字字模。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了 cygnal單片機(jī)，單片機(jī)及其相應(yīng)的軟件主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)存顯示數(shù)據(jù)，安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序，與 PC機(jī)進(jìn)行通信。 由于單片機(jī)組成的系統(tǒng)對(duì)中文漢字字符存儲(chǔ)容量有限，并只能固化在 ROM中，不便于信息的更新，為了方便使用在各種場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了與上位 PC機(jī)通信接口模塊。 主程序的主要任務(wù)是從取 漢字字模 ，供定時(shí)中斷服務(wù)子程序通過行列驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送到 LED顯示屏上。 圖 程序功能框圖 顯示控制程序 顯示部分 通信部分 顯示方式 顯示狀態(tài) 左 移 顯示 右移顯示 上移顯示 下移顯示 停留時(shí)間 移動(dòng)速度 設(shè)備通訊 文件傳輸 學(xué)士學(xué)位論文 32 下位機(jī)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu) ,包括主程序、顯示子程序和串口中斷服務(wù)程序。與 PC機(jī)的實(shí)時(shí)通信部分主要是利用單片機(jī)串口中斷和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸。軟件程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，是使用匯編語言及 C語言編寫的。 下面對(duì) LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行簡要說明 。 上位機(jī)軟件編輯在 LED 顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)信息 , 并將數(shù)據(jù)通過 RS485 發(fā)送到顯示屏 , 完成對(duì)顯示內(nèi)容和方式的經(jīng)常更新 , 來滿足客戶的需求 , 適應(yīng)市場(chǎng)的需要 。將元件安裝到電路板并焊上 , 元件 從 低到高焊接 , 做到平 , 齊 , 亮。 將繪制出的 PCB圖交給制版廠家制作。注意電源線和地線一般較粗為好。 插座的焊盤大小 , 也要考慮插腳的實(shí)際粗度 , （ 3）布線。例如電源插座 , 不同電源的插座插孔大小不同 , 要先買回實(shí)測(cè) 。 （ 2） 準(zhǔn)確繪制元件的封裝。這一部分電路較復(fù)雜 , 不但要考慮元件的電氣特性 , 還要考慮電路的操作性能 ,走線要盡量短 。元件布局首先考慮電路中各個(gè)元件的實(shí)際功能、具體形狀 , 按功能模塊分類放置 , 并做到美觀 , 整齊。 制作漢字 LED 顯示屏印制板 盡管 Protel99SE 設(shè)計(jì) 印制板具有很好的自動(dòng)布線功能 , 但還是需要采用手工布線進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際上，不管是字符還是圖形都作為點(diǎn)陣處理，其顯示過程相同。然后將第二組的列點(diǎn)陣碼 “0000001000000000” 在 16 個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下送到列線上并鎖存，再將行掃描信號(hào) “0100000000000000”送到行線上，完成第二組數(shù)據(jù)的掃描 。下面結(jié)合漢字 “卜 ”的掃描顯示過程說明 LED顯示器的驅(qū)動(dòng)過程。 16*16個(gè) LED點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè)顯示單元，其驅(qū)動(dòng)分為行列兩部分，行數(shù)據(jù)為掃描數(shù)據(jù)，16行中每次只有一行被驅(qū)動(dòng)。由 74HC595 組成的行驅(qū)動(dòng)器中，第一片列驅(qū)動(dòng)器的 SER 端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù)，其 Q`H 端連接下一片的 SER 端，各片相應(yīng)的 CLK、 RCLK 端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)、輸出鎖存器打入學(xué)士學(xué)位論文 29 信號(hào)。 硬件具體采用 8bit 串入并出的移位寄存器 74HC595，此芯片具有 8bit 輸出鎖存器結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，對(duì)于行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，其能夠?qū)崿F(xiàn)串入并出的移位功能，對(duì)于行數(shù)據(jù)的顯示來說，具有并行鎖存的功能。系統(tǒng)采用串行傳輸?shù)姆椒?，首先，單片機(jī)從 Flash ROM 中讀出 8bit并行數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，按順序一位一位的輸出給行驅(qū)動(dòng)器。只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比人眼 1/25秒的暫留時(shí)間短，就不會(huì)感覺出閃爍現(xiàn)象。掃描驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于 LED顯示屏不必對(duì)每個(gè)發(fā)光燈提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路，而是若干個(gè)發(fā)光燈為一組共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，通過掃描的方法使各組發(fā)光燈依次點(diǎn)燃。每一個(gè)小模塊都有自己的獨(dú)立的控制系統(tǒng)，組合在一起后只要引入一個(gè)總控制器控制各模塊的命令和數(shù)據(jù)即可，這種方法既簡單而且具有易展、易維修的特點(diǎn)。點(diǎn)陣每一行的所有LED共陽極 ,每一列的所有 LED共陰極。 LED陣列顯示器名稱編號(hào)的含義如下： M 表示陣列顯示器（ Matrix）； 230 代表型號(hào)； 88 表示該陣列的行、列數(shù)分別為 8和 8； C/D 表示驅(qū)動(dòng)連接方式為共陰極連接或共陽極連接。 本系統(tǒng)中用到的點(diǎn)陣模塊為 M23088C/D。考慮到顯示數(shù)據(jù)、顯示模塊的存儲(chǔ)以及設(shè)計(jì)的靈活性和通用性，時(shí)序控制電路需要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。當(dāng)行驅(qū)動(dòng)器選中第 i 行時(shí)，列驅(qū)動(dòng)選中第 j 列，對(duì)應(yīng)的 LED 器件發(fā)光顯示。如： 0000H、 0180H…… ，若為 FFFFH，則全亮沒，用來檢查屏幕上 LED 質(zhì)量的好壞。對(duì)于某一個(gè)具體字符編碼的方式是 “對(duì) 16Ⅹ 16點(diǎn)陣而言，亮點(diǎn)為 “1”，暗點(diǎn)為 “0”，并將第 1—8 列作為第一個(gè)字節(jié)， 9—16 列作為第二個(gè)字節(jié)。 利用 16*16 點(diǎn)陣可以顯示 8192 個(gè)國際一、二級(jí)漢字、西文、數(shù)字和字符。每個(gè)單色點(diǎn)陣顯示模塊又由 64 個(gè) LED 組成。中小尺寸的 LED 信息顯示屏大多采用8*8 LED 點(diǎn)陣 模塊拼接而成。具有亮度且均勻，高可靠性，等特點(diǎn)。當(dāng) MCU因單步執(zhí)行或執(zhí)行到斷點(diǎn)而停機(jī)時(shí)， WDT被禁止。 Silicon Labs的調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，設(shè)置斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)，支持單步及運(yùn)行和停機(jī)命令；不需要額外的目標(biāo) RAM、程序存儲(chǔ)器或通信通道。JTAG電路如圖 。邊界掃描路徑中的數(shù)據(jù)寄存器是一個(gè) 87位的移位寄存器。這些引腳都耐 5V電壓 。 JTAG電路 每個(gè) MCU都有一個(gè)片內(nèi) JTAG接口和邏輯，提供生產(chǎn)和在系統(tǒng)測(cè)試所需要的邊界掃描功能，支持 FLASH的讀和寫操作以及非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試。晶體振蕩器電路對(duì) PCB 布局非常敏感，布線應(yīng)盡可能地短并用地平面屏蔽，防止其他引線引入噪聲或干擾。由于需要顯示的漢字多并且顯示時(shí)不能發(fā)生閃爍現(xiàn)象，需要刷新頻率快，晶體選擇，電容 C1， C2 的值則有微調(diào)的作用，通常 取 30pF 左右。 MCU 可以從內(nèi)部振蕩器或外部振蕩器運(yùn)行，可使用 OSCICN 寄存器中的 CLKSL 位在兩個(gè)振蕩器之間隨意切換。 學(xué)士學(xué)位論文 25 晶振電路 每個(gè) MCU 都有一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都能產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，觀察是否有足夠幅度的波形輸出（瞬時(shí)的）。復(fù)位電路圖如圖 ，雖然簡單，但其作用非常重要。所有的 SFR在復(fù)位后都被初始化為預(yù)定值。在退出復(fù)位狀態(tài)時(shí)，程序計(jì)數(shù)器被復(fù)位，程序從地址 0x0000開始執(zhí)行。 學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 電源電路圖 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。瞬態(tài)抑制二極管 TVS1 用來釋放掉電壓尖峰，保護(hù)器件。電感 L1 用來濾波，使脈動(dòng)的直流電變?yōu)槠交闹绷麟姟? 電源電路 電子電路需要有直流電源供電，系統(tǒng)中對(duì)直流電源的要求是輸入電壓穩(wěn)定，紋波小，抗干擾性能好。電路如圖 所示 學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 RS485 通信電路 在分部實(shí)驗(yàn)測(cè)試 RS485 驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，可用信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè) TTL 電平的方波，將此方波加到 MAX485E 的數(shù)據(jù)輸入端 DI，并使驅(qū)動(dòng)使能 DE 有效，用示波器觀察 485 的輸出端波形，可以看到 A、 B 線上為差動(dòng)的方波。收發(fā)器的主要特性為 :半雙工通信方式，波特率可高達(dá) ，通信總線可掛接 32 個(gè)收發(fā)器， 177。每個(gè) RS485 接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn) RS485 負(fù)載即為節(jié)點(diǎn) 數(shù)。 本設(shè)計(jì)采用 MAX489E 完成 TTL/ CMOS 電平與 RS485 電平的轉(zhuǎn)換及信號(hào)的整形驅(qū)動(dòng)。 RS485 是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，因?yàn)?RS485 的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（ 32 個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，使得 RS485 成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。由于系統(tǒng)對(duì)通信無實(shí)時(shí)性要求，因而利用 RS485 串行通信。通過將該引腳置為低電平使系統(tǒng)復(fù)位。下面對(duì)這幾部分進(jìn)行詳細(xì)說明。 單片機(jī)選用的晶振主 頻高，而且單片機(jī)的一般指令周期就是時(shí)鐘周期 ，這樣在顯示過程中就不能夠發(fā)生閃爍現(xiàn)象。 控制部分電路設(shè)計(jì) 控制部分以 C8051F015 單片機(jī)為核心 ,輔以外圍電路 ,完成串行通信、行列選通信號(hào)輸出等任務(wù)。 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 是利用電場(chǎng)效應(yīng)來改變導(dǎo)電通道的寬窄，從而控制漏 源極間電流的大小。本設(shè)計(jì)采用 Si4953ADY作為列驅(qū)動(dòng)芯片，其管腳學(xué)士學(xué)位論文 20 圖如如圖 。它是由金屬、氧化物 (SiO2或 SiN)及半導(dǎo)體三種材料制成的器件 。 引腳說明及芯片功能由表 。這里通過設(shè)置DIR信號(hào)線的電平狀態(tài)來完成數(shù)據(jù)的傳送 (高電平時(shí)為讀，低電平時(shí)為寫 )。引腳圖如圖 所示。每一片 74HC595控制 8行信號(hào)，對(duì)于 16*16點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)漢字需要兩片 74HC595驅(qū)動(dòng)。因?yàn)?74HC595具有一個(gè) 8bit的串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8bit輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且為寄存器和輸出鎖存器的控制各自獨(dú)立。 H＝高電平狀態(tài) ； L＝低電平狀態(tài)； ↑