【正文】 — 4 月 30 日 5 完成軟件編程 5月 01 日 — 5 月 20 日 6 撰寫(xiě)論文 5月 21 日 — 5 月 31 日 7 修改論文和答辯 6 月 1 日 — 6月 20 日 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 電子廣告牌設(shè)計(jì) 摘要 隨著信息化社會(huì)的不斷加深，人們所追求的信息是越來(lái)越大，其中 LED 點(diǎn) 陣廣告牌以其價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)、顯示信息量大、低功耗等一系列的優(yōu)勢(shì)廣泛的運(yùn)用在金融證券、體育場(chǎng)所、交通運(yùn)輸、商業(yè)廣告、郵電電信及學(xué)校教育等領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)從最基本的 LED 的顯示原理入手，以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一款小型的 LED顯示屏，以此為最小模塊，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè) LED 模塊的級(jí)聯(lián)。 關(guān)鍵詞 ： LED 點(diǎn)陣 ,單片機(jī) ,VB 上位機(jī)，串口通信 電子廣告牌設(shè)計(jì) VI The Design Of Electric Signboard Abstract In this information society, people surge in demand for information munication, dot matrix LED display has bee an important media. Financial securities, sports venues, transportation, advertising, post and telemunications fields of telemunications and school education have been widely used. Therefore, the dot matrix LED display R amp。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn)。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開(kāi)發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。 LED 顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃?dòng)發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級(jí)灰度 、可以顯示 65536 種顏色。 LED 顯示屏按顯示器件分為： LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 LED 顯示屏按使用場(chǎng)合分為： 室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ 3mmΦ 8mm，顯示面積一般零點(diǎn)幾至十幾平方米。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 2 LED 顯示屏按發(fā)光點(diǎn)直徑分類(lèi) 室內(nèi)屏：Φ 3mm、Φ 、Φ 5mm、 室外屏：Φ 10mm、Φ 12mm、Φ 16mm、Φ 19mm、Φ 21mm、Φ 26mm 室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度。 20xx 年 20xx 年，每年的增長(zhǎng)幅度在 15%左右，20xx 年是近年增長(zhǎng)最快的一年，增幅在 40%以上。近幾年來(lái)都一直保持著一個(gè)迅猛的發(fā)展勢(shì)頭。 圖 LED 電子顯示屏應(yīng)用示例 研究?jī)?nèi)容 主要研究單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)控制程序、 VB 上位機(jī)程序、串口通信部分程序、 LED 點(diǎn)陣屏的動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)早已得到廣泛應(yīng)用，以外的數(shù)碼管顯示還是停留在靜態(tài)顯示，即每一位數(shù)字顯示都需要對(duì)應(yīng) 9 個(gè)引腳控制，這無(wú)疑對(duì)硬件設(shè)計(jì)造成壓力。采用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)后，能將引腳數(shù)減少到 16 根。 實(shí)現(xiàn)的功能：當(dāng)在 VB 界面輸入想要顯示的漢字是， VB程序通過(guò)處理 后講信息發(fā)送給單片機(jī)，最后單片機(jī)將漢字顯示在點(diǎn)陣屏幕上。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 4 2 總體設(shè)計(jì)與分析 設(shè)計(jì)的總體框圖 圖 系統(tǒng)組成框圖 上位機(jī) VB 軟件將要顯示的漢字進(jìn)行轉(zhuǎn)化、提取，通過(guò)串口通信傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路將漢字顯示出來(lái)。因此上位機(jī)軟件的任務(wù)就是：將待顯示的字符轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)內(nèi)碼，并把操作者對(duì)下位機(jī)顯示方式、速度等進(jìn)行設(shè)置的常數(shù)，通過(guò) RS232 總線按一定的通信協(xié)議一起發(fā)送到下位機(jī)。下位機(jī)為單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的機(jī)內(nèi)碼通過(guò)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮點(diǎn)陣屏。兩個(gè)漢字的點(diǎn)陣屏為 16 32 的分辨率，行驅(qū)動(dòng)是將 16 行轉(zhuǎn)化成 4 行與單片機(jī)連接。 上 位 機(jī) 下 位 機(jī) 行驅(qū)動(dòng) 列驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣顯示屏 MAX 232 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 硬件電路的設(shè)計(jì) 單 片機(jī)的選型 51單片機(jī)的 CPU 實(shí)現(xiàn)了馮 CPU 包含：算術(shù)邏輯單元 (ALU)、定時(shí)控制器、專(zhuān)用寄存器組。與通用微機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)地址空間，可以隨意安排 ROM 和 RAM，訪問(wèn)數(shù)據(jù)段和代碼段時(shí)采用同樣的指令，這種傳統(tǒng)的是存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為普林頓斯結(jié)構(gòu)。片內(nèi) RAM，雖然 51 單片機(jī)內(nèi)設(shè)的 RAM 字節(jié)并不是很多，但卻起著十分重要的作用。 51系列單片機(jī)擁有 4個(gè)并行 I\O端口，分別為 P0、 P P2 和 P3，每個(gè)端口都是雙向功能，即能夠從端口輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。這兩個(gè)功能在本系統(tǒng)中極為重要，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器通過(guò)程序控制輔助數(shù)碼 管的倒計(jì)時(shí)顯示；中斷系統(tǒng)的外部中斷接收紅外對(duì)管的信號(hào)，響應(yīng)中斷處理程序。它有兩個(gè)在物理結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的發(fā)送接受寄存器，同時(shí)具備發(fā)送接收功能，但是在本設(shè)計(jì)中不是主要說(shuō)明對(duì)象，所以不作詳細(xì)介紹。目前所采用的 8051 并不限于 Inter 公司所生產(chǎn)的芯片，各大芯片生產(chǎn)廠商所推出的兼容芯片為主，如 Amtel 公司的 89C51， STC 公司的 89S51 等。 電子廣告牌設(shè)計(jì) 6 ? 加密性強(qiáng)，難解密 ? 超強(qiáng)抗干擾 ? 超低功耗 掉電模式： A ? 空閑模式： 2mA ? 正常工作模式： 4mA～ 7mA ? 提供 STCISP 在線編輯系統(tǒng)，無(wú)需編輯器，無(wú)需仿真器，可省去購(gòu)買(mǎi)編輯器、仿真器的昂貴資金，適合大眾使用 ? 內(nèi)置看門(mén)狗 STC89S52RC 的 基本結(jié)構(gòu)與 8051 相同，但是比傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)擁有更多的內(nèi)部Flash，最高可達(dá) 64KB。而且還內(nèi)置 EEPROM 存儲(chǔ)器、 AD轉(zhuǎn)換等功能。 STC89S52 單片機(jī)管腳功能 圖 89S52 芯片管腳 ? VCC：接電源正極，一般輸入電壓為 5V。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 ? P0口： P0口為一個(gè) 8 位 漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O口，每個(gè)腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。 ? P3口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 ? /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在 訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 ? XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)電源電路 電源電路不單單是為單片機(jī)運(yùn)行提 供工作電壓，還需要對(duì)單片機(jī)的外圍電路提供工作電源。 具有 USB 接口的設(shè)備一般工作電壓都為 5V。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要注意電路不能出現(xiàn)短路，以免損壞電腦的 USB 接口。而我們的 51 單片機(jī)常用到 的時(shí)鐘頻率有 12MHz，這些時(shí)鐘頻率都是依靠外部晶振產(chǎn)生的。電路上的晶振旁有兩個(gè)無(wú)極性電容，容量為 33P。 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(gè)腳上和對(duì)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。 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。 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(dòng)復(fù)位，如圖所示。其持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路的時(shí)間常數(shù)。本設(shè)計(jì)采用 4個(gè) 8 8點(diǎn)陣的 LED模塊拼接成 16 16 點(diǎn)陣的 LED 陣列。即可以同時(shí)顯示兩個(gè)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(dòng)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。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)，也需要使用 48 個(gè)控制端。因此，需要借助一些驅(qū)動(dòng)芯 片完成設(shè)計(jì)。 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(gè)互斥的低有效輸出。該使能門(mén)電路包含兩個(gè)“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。當(dāng)其余的使能輸入端置低時(shí)，地址輸出將會(huì)跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。 圖 點(diǎn)陣屏行驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣屏列驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)芯片作用是擴(kuò)展單片機(jī)的 IO 口，同時(shí)為點(diǎn)陣屏提供工作電流。將點(diǎn)陣屏劃分為 16 行、 32 列。寄存器和鎖存器分別有各自的時(shí)鐘輸入 (SCLR 和 SCK) ，都是上升沿有效。清除端 (CLR) 的低電平只對(duì)寄存器復(fù)位 (QH 為低電平 ) ，而對(duì)鎖存器無(wú)影響。 74HC595 最多需要 5 根控制線 , 即 SER、 RCK、 SCK、 SCLR 和 G。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。 圖 單片機(jī)列驅(qū)動(dòng) 上圖為單片機(jī)列驅(qū)動(dòng)部分的原理圖。 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(kāi)發(fā)中最常用的通信接口。 串口通信電路芯片介紹 MAX232 芯片是一款由美信（ MAXIM）公司專(zhuān)門(mén)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。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 1) 電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)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。 3) 電源輸入。 本設(shè)計(jì)就是利用 MAXIM 公司的單電源芯片 MAX232 來(lái)完成單片機(jī) TTL到 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換。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(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部集成 2個(gè) RS232C 接收器。 MAX232 的引腳排列及功能描述見(jiàn)表 （摘錄自 MAX232 官方數(shù)據(jù)手冊(cè)） 表 MAX232 引腳功能 腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳功能描述 腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 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