【正文】 ....................................................................39 附錄二：顯示板原理圖 ...........................................................................41 附錄三：程序代碼 ...................................................................................42 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 LED 顯示屏的發(fā)展 [1] LED 顯示屏是 20 世紀(jì) 90 年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于具有亮度高、畫(huà)面清晰 、色彩鮮艷 等優(yōu)點(diǎn) ， 它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨(dú)秀， 且 市場(chǎng)空間巨大， LED 顯示屏市場(chǎng)也 隨技術(shù)發(fā)展而 不斷 攀升 。 此畢業(yè)設(shè)計(jì)所開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品具有一定的實(shí)用價(jià)值，若加以改進(jìn)（如增加無(wú)線模塊，光敏 元件等），可實(shí)現(xiàn)更多功能。 摘 要 本 設(shè)計(jì) 旨在 開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的 LED 128 16 點(diǎn)陣 顯示板 ，該顯示板的開(kāi)發(fā) 包括硬件開(kāi)發(fā)與軟件開(kāi)發(fā)兩部分：硬件部分開(kāi)發(fā)，在 OrCAD 環(huán)境中繪制顯示板的原理圖，在 PowerPCB 環(huán)境中繪制顯示板的 PCB 電路圖；軟件部分，在 MPLAB IDE環(huán)境中完成對(duì) PIC單片機(jī)的程序開(kāi)發(fā)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終成果為 完成工裝的 LED點(diǎn)陣顯示 屏 ， PC 機(jī)通過(guò) miniUSB 線與顯示 屏 連接，用戶可通過(guò) PC 機(jī)向顯示屏發(fā)送命令 或數(shù)據(jù) ，進(jìn)而控制顯示屏的顯示。 關(guān)鍵詞： LED； 點(diǎn)陣顯示 屏 ABSTRACT This project includes hardware designing and software designing. OrCAD is used for the schematic designing, PowerPCB is used for the PCB designing, and MPLAB IDE is used for the programme. This project generates a LED dot matrix display board, which is industrial packed. PC may connect with it via a miniUSB line, and users may use the PC to send mands or data to the LED dot matrix display board. This product is useful, and it may have more functions if it is modified, such as add a wireless module, a photoactive module and so on. Key words： LED。 LED 顯示屏的 發(fā)展可 大致 可以 分為以下幾個(gè)階段： 第一階段為 1990 年到 1995 年，主要是單色和 16 級(jí)雙色圖文屏。 第二階段是 1995 年到 1999 年，出現(xiàn)了 64 級(jí)、 256 級(jí)灰度的雙基色視頻屏。 LED 顯示屏控制 所 專(zhuān)用 的 大規(guī)模集成電路芯片也在此時(shí)由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)出來(lái)并得以 廣泛 應(yīng)用。 隨著 LED 原材料市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件 于 2021 年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點(diǎn)間距，被不同價(jià)位需求者所接受，在短短兩年多時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品銷(xiāo)售額已超過(guò) 3 億元，表面貼裝全彩色 LED 顯示屏應(yīng)用市場(chǎng)進(jìn)入新世紀(jì)。 [3] 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 及意義 首先，將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終作品命名為“ 20*2 LED Smartie”顯示屏。 PC 機(jī) 通 過(guò) miniUSB 線與顯示屏 連接并實(shí)現(xiàn)通信，通過(guò) 向 “ 20*2 LED Smartie”顯示屏發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)， 實(shí) 現(xiàn)對(duì)顯示板顯示 內(nèi)容及顯示亮度 的 控制。 而 本人則主要負(fù)責(zé) LED點(diǎn)陣顯示板 的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)， PIC 單片機(jī)程序 編寫(xiě) 以及“ 20*2 LED Smartie”顯示屏整機(jī) 工裝 的設(shè)計(jì)和 組 裝。 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 圖 11 “ 20*2 LED Smartie”顯示屏命令、數(shù) 據(jù)流向示意圖 上位機(jī)軟件“ LCD Smartie”通過(guò)串口將命令、數(shù)據(jù)發(fā)送給“ 20*2 LED Smartie”顯示屏驅(qū)動(dòng)板的 PIC 單片機(jī)， PIC 單片機(jī)根據(jù)所接收到的來(lái)自上位機(jī)的命令、數(shù)據(jù)，向 顯示屏的各個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)芯片 HT1632C 發(fā)送控制命令與數(shù)據(jù)。 鑒于 LED 顯示屏的迅猛發(fā)展勢(shì)頭，我認(rèn)為利用所學(xué)知識(shí)去設(shè)計(jì)制造一塊簡(jiǎn)易的 LED顯示屏作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有著不小的意義。 此外 ， 此顯示屏 亦可作為學(xué)習(xí)工具使用，為今后 感興趣的同學(xué) 開(kāi)發(fā)功能更為復(fù)雜的LED 點(diǎn)陣顯示屏提供一定幫助。將來(lái)可以 此 此框架 為基礎(chǔ)，不 斷完善或革新，開(kāi)發(fā)功能更為復(fù)雜 、用途更為廣泛的 LED顯示屏。 在辦公自動(dòng)化設(shè)備 、 消費(fèi)電子產(chǎn)品 、 電訊通信 、 智能儀器儀表 、 汽車(chē)電子 、金融電子 、 工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用 ， PIC 系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場(chǎng)份額排名中逐年提高 ， 發(fā)展非常迅速 。 [3] 圖 21 PIC16F723 管腳圖 PIC16F723單片機(jī) 集成了許多模塊，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要使用 UART模塊 和 Timer0模塊 。 LED 驅(qū)動(dòng)芯片 HT1632C 概述 HT1632C芯片是由 Holtek公司生產(chǎn)的 LED驅(qū)動(dòng)芯片。通過(guò)使用軟件指令 PWM 控制，該芯片支持 16 級(jí)的 LED 亮度控制。 [6] 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 22 HT1632C 芯片 管腳圖 HT1632C 芯片 的管腳定義如表 21 所述。各個(gè)COM 管腳均是雙向端口 COM0～ COM7 I/O COM 輸出端，各個(gè) COM 端均是雙向端口 SYNC I/O 如果設(shè)置為片上 RC 主模式或片外時(shí)鐘主模式， SYN 管腳將輸出同步信號(hào)； 如果設(shè)置為從模式， SYN 管腳將接收同步信號(hào)輸入。 DATA I/O 串行數(shù)據(jù)輸入輸出， WR I 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)端。在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)從 HT1632C 芯片讀出。當(dāng)輸入高電平時(shí)，HT1632C 芯片不被是能；當(dāng)輸入低電平時(shí)， HT1632C 芯片被是能。 OrCAD 簡(jiǎn)介 OrCAD 是一套在 PC 上極受歡迎的 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 軟件 ，專(zhuān)門(mén)用來(lái)讓電子工程師設(shè)計(jì)電路圖 及相關(guān)圖表，設(shè)計(jì) 印刷電路板 所用的印刷圖，及電路的仿真之用。 OrCAD Pspice 為美國(guó) OrCAD 公司在 1998 年與 Microsim 公司合并之后，將其眾所皆知 Pspice 整合到原先 OrCAD 系統(tǒng)（包含「電路圖輸入」的 OrCAD Capture、「 印刷電路板布局」的 OrCAD Layout 及「可編程邏輯（ Programmable Logic）電路合成」的 OrCAD Exerpss）內(nèi)的一套計(jì)算機(jī)輔助電路分析軟件。 PowerPCB 簡(jiǎn)介 PowerPCB 是一款 PCB 開(kāi)發(fā)軟件，可以方便地導(dǎo)入多種格式的網(wǎng)絡(luò)文件， 并進(jìn)行 PCB電路板的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用 PowePCB 軟件導(dǎo)入由 OrCAD 軟件所生成的“ .asc”格式網(wǎng)絡(luò)文件，從而完成對(duì)各種元件的布局與布線工作。由于 它提供了一種單一的集成環(huán)境來(lái)為嵌入式單片機(jī)開(kāi)發(fā)程序代碼，因此被稱為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境或 IDE。 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 23 MPLAB IDE 運(yùn)行窗口 單擊 “ Project” 菜單，選取 “ Project Wizard” ，新建一個(gè)項(xiàng)目，如圖 24 所示。 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 25 Project Wizard 彈出窗口 點(diǎn)擊“下一步（ N）”后，選取 PIC 芯片型號(hào)為 “ PIC16F723” ， 并點(diǎn)擊“下一步（ N）”如圖 26 所示。 圖 27 選取編譯器 在新窗口中設(shè)定項(xiàng)目的存儲(chǔ)路徑，并點(diǎn)擊“下一步（ N）”，如圖 28 所示。 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 28 設(shè)定項(xiàng)目存儲(chǔ)路徑 在新窗口中，不添加任何文件，點(diǎn)擊“下一步（ N）”，如圖 29 所示 。 圖 210 完成新項(xiàng)目的建立 當(dāng)完成了新項(xiàng)目的建立后，即可在此項(xiàng)目中添加頭文件（ Header Files）和源文件（ Source Files）了。 圖 211 “ 20*2 LED Smartie”所需的頭文件、源文件 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 當(dāng)把 PIC Kit2 連接到 PC 機(jī)上后，即可配置編程器為 PICKit2 了。 圖 212 配置編程器為 PICKit2 完成編程后，即可點(diǎn)擊“ Program”按鈕向單片機(jī)燒寫(xiě)程序。 圖 213 向單片機(jī)燒寫(xiě)程序 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 三 章 硬件部分 整體方案框圖 “ 20*2 LED Smartie”顯示屏 須通過(guò) miniUSB 線與 PC 機(jī)連接，接收來(lái)自上位機(jī)軟件所發(fā)送來(lái)的命令、數(shù)據(jù)進(jìn)而顯示不同的效果。 圖 31 整體 設(shè)計(jì) 框圖 基于 PIC16F723 單片機(jī) 的驅(qū)動(dòng)板 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用 的核心控制芯片為 Microchip 公司生產(chǎn)的 PIC16F723 芯片， 而基于 PIC16F723 單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)板由 Sure Electronics 公司提供 ，產(chǎn)品號(hào)為 DEDD210。 該驅(qū)動(dòng)板已將 PIC16F723 單片機(jī)的大部分引腳引出到兩個(gè) 2 8 Pin 的護(hù)邊插座上。 DEDD210 的外觀如圖 32 所示。 該顯示板在設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮到 DEDD210 驅(qū)動(dòng)板的接口設(shè)置，以能夠通過(guò) IDC 排線方便地與驅(qū)動(dòng)板相連接。 本文將在附錄二中給出顯示板的原理圖。 所以 為了外部電路連接方便， 須選用 8 8 行共陰列共陽(yáng)、發(fā)光直徑為 3mm 的 LED 點(diǎn)陣模塊。 局部原理圖 深圳晶美光電科技有限公司的 JMM1088AHG 型 8 8 雙色 3mm 行共陰列共陽(yáng) LED點(diǎn)陣模塊的原理圖如圖 34 所示。其中，每個(gè) ROW 引腳 通過(guò)限流電阻， 同時(shí) 與 JMM1088AHG 點(diǎn)陣模塊 每個(gè)COL 端的兩種 顏色選擇端連接 。 8 8 行共陰列共陽(yáng) LED 點(diǎn)陣模塊與 HT1632C 芯片 的連接 原理圖 如圖 35 所示。 因此 ， 須將 8 塊此種顯示板級(jí)聯(lián)使用 ， 構(gòu)成了 128 16點(diǎn)陣的顯示區(qū)域。 所需物品 所需的 物品包括： 1 塊 DEDD210 驅(qū)動(dòng)板 8 塊顯示板 12V、 3A 電源適配器 miniUSB 線 亞克力工裝板 附件（包括 IDC 排線、輔助電源線、螺絲、螺柱等） 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 工裝設(shè)計(jì) 完成工裝的“ 20*2 LED Smartie”顯示屏整體效果如圖 36 所示。 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 37 亞克力板尺寸圖 （單位： mm） 南京郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 附件設(shè)計(jì) IDC 排線的選取 考慮到顯示板須級(jí)聯(lián)使用，所以須選取長(zhǎng)度合適的 16 Pin IDC 排線。經(jīng)過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)，最終選擇了長(zhǎng)度為 10cm 的 16 Pin IDC 排線。 為了可以方便地實(shí)現(xiàn) 安裝，輔助電源線須選取合適的長(zhǎng)度與型號(hào)，目前所使用的輔助電源線線規(guī)為 22 AWG，長(zhǎng)度為 100mm（177。 2mm） 的裸露鍍錫部分，如圖 38 所示。考慮到實(shí)際安裝的需要， 所使用的螺柱高度如圖 39 所示。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的上位機(jī)軟件是一款開(kāi)源軟件 —— LCD Smartie 上位機(jī)軟件來(lái)源 LCD Smartie 的 下載地址為： 使用上位機(jī)軟件還須安裝的驅(qū)動(dòng)程序 基于 PIC16F723 的驅(qū)動(dòng)板通過(guò) CP2102 芯片實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的串行通信， 為了 讓 PC 機(jī)可以正確識(shí)別，須安裝 CP2021 驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng) 程序 的下載地址為： 上位機(jī)軟件配置方法 下載并 正確安裝 CP2102 驅(qū)動(dòng)程序和 LCD Smartie 軟件后，須在運(yùn)行 上位機(jī)軟件時(shí) 對(duì)其 進(jìn)行必要的配置，配置步驟如下： 用 miniUSB 線將“ 20*2 LED Smartie”顯示屏與 PC 機(jī)連接，并使用 輸出電壓為 1