單片機(jī)課程設(shè)計雙漢字16X16+LED點(diǎn)陣廣告屏

1、雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏PAGE PAGE 26單片機(jī)課程設(shè)計3雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏余水寶數(shù)理與信息工程學(xué)院2006年5月目 錄 引 言31.1 LED點(diǎn)陣顯示屏概述31.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況41.2.1串行傳輸與并行傳輸技術(shù)41.2.2動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)41.2.3自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)4 1.3設(shè)計任務(wù) 4第2節(jié) 總體方案論證與設(shè)計52.1 LED驅(qū)動模塊52.2數(shù)據(jù)存儲模塊52.3總體硬件組成框圖6第3節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 LED驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計63.1.1 74 LS154芯片介紹63.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計73.2數(shù)據(jù)存儲電路的設(shè)計83.3

2、PC機(jī)通信模塊的設(shè)計9 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 94.1下位機(jī)軟件流程94.2上位機(jī)軟件10 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析125.1使用的儀器儀表125.2系統(tǒng)調(diào)試125.2.1硬件調(diào)試 125.2.2軟件調(diào)試125.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)135.3測試結(jié)果13附錄 141. 實(shí)物圖142. 電路總設(shè)計原理圖153. PCB圖16雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏任務(wù)書任務(wù)設(shè)計一款基于AT89C51單片機(jī)的雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏。二、設(shè)計要求1. 基本要求用8塊8X8 LED點(diǎn)陣組成雙漢字16X16 LED點(diǎn)陣廣告屏。通過對AT89C51單片機(jī)的編程，實(shí)現(xiàn)多個漢字（如自我介紹、校訓(xùn)、文明廣告用語等）

3、的移動顯示。 寫出詳細(xì)的設(shè)計報告。 給出全部電路和源程序。2. 發(fā)揮部分可通過PC機(jī)，對系統(tǒng)編程，實(shí)現(xiàn)多個漢字的移動顯示，顯示內(nèi)容可通過PC機(jī)隨時更改。顯示的字?jǐn)?shù)不少于64字。 掉電后能保存顯示的信息。 采用模塊化設(shè)計，便于級聯(lián)組成多漢字屏。雙漢字1616 LED點(diǎn)陣廣告屏第1節(jié) 引 言LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公共場合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程，自20世

4、紀(jì)八十年代開始，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。1.1 LED點(diǎn)陣顯示屏概述LED點(diǎn)陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片內(nèi)，能進(jìn)行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機(jī)內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進(jìn)行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點(diǎn)陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LE

5、D顯示屏可編程序型LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點(diǎn)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點(diǎn)。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機(jī)通信技術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點(diǎn)。1.2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。1.2.1串

6、行傳輸與并行傳輸技術(shù)LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動IC種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實(shí)現(xiàn)也較為容易。1.2.2動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)LED顯示屏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為1/4,1/16掃描等。室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù)，

7、即每一個發(fā)光一極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的I/O口，因此應(yīng)用較廣。自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)LED顯示屏的構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直接影響顯示屏的正常運(yùn)行。在LED顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動檢測控制，也可根據(jù)需要，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對顯示屏的亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)以及工作方式的轉(zhuǎn)換等。1.3 本設(shè)計任務(wù)現(xiàn)在市場上各類基于LED的顯示屏較多，但大部分產(chǎn)品為單一模式的LED顯示屏，其在顯示內(nèi)容的更換及顯示屏的重組等方面都存在不便之處。

8、但隨著信息化社會的迅速發(fā)展，LED顯示屏正在向顯示內(nèi)容豐富、信息更改方便等方面發(fā)展。因此制作一款多功能的LED廣告顯示屏是非常有意義地。本研究即以AT89C51單片機(jī)為核心， 采用串行傳輸、動態(tài)掃描技術(shù)，制作一款擁有PC機(jī)通信功能的，模塊化LED多功能顯示屏。第2 節(jié) 總體方案論證與設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為LED顯示屏的控制核心，系統(tǒng)主要包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機(jī)通信模塊等。下面對各模塊的設(shè)計逐一進(jìn)行論證比較。2.1 LED驅(qū)動模塊方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個LED發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一個I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動LED，原理簡單，

9、驅(qū)動能力強(qiáng)，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共2端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計中采用方案二。2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊方案一：采用靜態(tài)RAM存儲顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器具有存儲容量大，傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。方案二：采用ROM芯片存儲LED顯示屏要顯示的信息，采用ROM芯片可以長

10、時間的存儲信息，而且掉電數(shù)據(jù)不丟失，此種方式適合于存儲不變的數(shù)據(jù)。方案三：采用串行EEPROM（如24C256等）存儲LED顯示屏要顯示的信息。串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲技術(shù)，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點(diǎn)：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應(yīng)用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。比較以上三種方案，方案三有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此選者方案三。2.3 總體硬件組成框圖圖2-1 總體硬件組成框圖

11、 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機(jī)通信模塊。第3節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機(jī)通信模塊等三大模塊。3.1 LED驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計LED驅(qū)動模塊是LED顯示屏設(shè)計的關(guān)鍵部分，驅(qū)動電路設(shè)計的好壞直接關(guān)系到LED顯示屏的亮度、穩(wěn)定度等重要指標(biāo)。本次設(shè)計中LED的驅(qū)動是采用三極管和74LS154實(shí)現(xiàn)的。3.1.1 74 LS154芯片介紹74LS154是一個416譯碼器，其真值表如圖3-1-1所示。圖3-1-1 74LS154的真值

12、表3.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計 此系統(tǒng)中驅(qū)動電路是由74LS154和三極管組成的，原理圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2 LED驅(qū)動電路原理圖如圖3-1-2 LED的行掃描端接到單片機(jī)89C51的P0口，列掃描端接置三極管的發(fā)射極。列掃描端（B1B8）用于LED的數(shù)據(jù)掃描，通過74LS154的譯碼和三極管的驅(qū)動，使LED發(fā)光。（A1A8）通過P0口為LED的顯示給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.2數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計數(shù)據(jù)存儲電路由串行EEPROM 24C256組成。24C256是美國CATALYST 公司出品的一個1-256K位的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS E2PROM，可用電擦除，可編程自定時寫周

13、期（包括自動擦除時間不超過10ms 典型時間為5ms）的串行E2PROM。該芯片有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式，還有另一種頁寫入方式。允許在一個寫周期內(nèi)同時對1個字節(jié)到一頁的若干字節(jié)的編程寫入。24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖3-2-1和表3-2-1圖3-2-1 24C256的引腳排列圖表3-2-1引腳功能描述數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計原理圖如圖3-2-2所示：圖3-2-2 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計原理圖該存儲電路僅由芯片24C256組成，SCL為串行時鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址，這是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。當(dāng)LED顯示屏控制系統(tǒng)

14、工作時，單片機(jī)89C51通過讀SDA和SCL腳讀取24C256中的內(nèi)容，并將其顯示于LED顯示屏上。也可以通過上位機(jī)（PC機(jī)）將編輯好的數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到24C256芯片內(nèi)。3.3 PC機(jī)通信模塊的設(shè)計該部分電路由芯片MAX232組成。其電路原理圖如圖3-3-1所示：圖3-3-1 通信原理圖如圖3-3-1所示，單片機(jī)的串口通過MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換成EAI適合的電平，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)和PC機(jī)之間的通信。系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 下位機(jī)軟件流

15、程本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī)89C51）的主要功能就是實(shí)現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-2-1所示。開機(jī) 機(jī)開機(jī) 機(jī)系統(tǒng)初始化否是判斷是否處于通信狀態(tài)？移位顯示讀取顯示內(nèi)容 圖4-2-1 主程序流程圖讀取24C256的標(biāo)志位等待判斷是否有中斷標(biāo)志？是否4.2上位機(jī)軟件 本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件主要是編輯LED顯示屏顯示的內(nèi)容，在設(shè)計中采用Visual Basic語言編寫了LED顯示屏控制系統(tǒng)的內(nèi)容下載軟件。軟件界面如圖4-2-1所示。該VB軟件的主要難點(diǎn)在于將上位機(jī)的數(shù)據(jù)寫入下位機(jī)，其子函數(shù)如下：Private Sub ComWrite_Click()If REA

16、D = False ThenIf TEXTSEND.Text Then Call TEXTSEND_Change ComWrite.Enabled = False Time = 0 Timer2.Enabled = True READ = False wWrite = True Big = 0 MSComm1.OutBufferCount = 0 MSComm1.InBufferCount = 0 MSComm1.RThreshold = 1 HEXtxt = TEXTSEND.Text MSComm1.Settings = 9600,o,8,1 cc(0) = 144 + ChipIndex

17、 芯片選擇，在單片機(jī)中已確定該位，當(dāng)發(fā)送該位與單片機(jī)中的確定為相同時 MSComm1.Output = cc 在發(fā)完發(fā)送標(biāo)志位170后，單片機(jī)將向PC機(jī)6發(fā)送應(yīng)答位AA cc(0) = 170 發(fā)送標(biāo)志位170 MSComm1.Output = cc WirteN = 1 LenTxt = Len(HEXtxt) / 2 LabState.Caption = 狀態(tài)： 正在寫數(shù)據(jù)Else LabState.Caption = 狀態(tài)： 沒有數(shù)據(jù)可寫！End IfEnd IfEnd Sub第5節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表DT9203單片機(jī)仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-55.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機(jī)通信模塊的調(diào)試等，最后