本科畢業(yè)設(shè)計(jì)--點(diǎn)陣led顯示系統(tǒng)(完整版)

　　

【正文】 供 22 個(gè)中斷源，而標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個(gè)中斷源。引腳圖如圖 所示 學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 C8051F015 引腳圖 C8051F0xx 系列單片機(jī)的極限參數(shù)如下： 通電情況下環(huán)境溫度： 55—125℃ 儲(chǔ)存溫度： 65—150℃ 引腳相對(duì) DGND 的電壓（ VDD 和端口 I/O 除外）： — （ VDD+） 端口 I/O 引腳或 /RST 相對(duì) DGND 的電壓： — VDD 引腳相對(duì) DGND 的電壓： — 通過 VDD， AV+， DGND 及 AGND 的最大總電流： 800mA 端口引腳的最大輸出灌電流： 100 mA 其他 I/O 引腳的最大輸出灌電流： 25 mA 端口引腳的最大輸出拉電流： 100 mA 其他 I/O 引腳的最大輸出拉電流： 25 mA 超過這些極限參數(shù)將導(dǎo)致器件永久性損壞。 PCA 包括 1 個(gè)專用的 16 位計(jì)數(shù)器和 /定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和 5個(gè)可編程的捕捉 /比較模塊。每個(gè)單片機(jī)都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)、 FLASH 存儲(chǔ)器，還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新 8051 程序。 ? 存儲(chǔ)器：有多達(dá) 64KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，其中的部分可以作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用。除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。 圖 點(diǎn)陣式 顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖 電源電路通過變壓元件為整個(gè)電路提供工作電 壓 ,復(fù)位電路可在需要時(shí)為單片機(jī)復(fù)位清零 ,使整個(gè)電子顯示屏初始化 。顯示屏具有高強(qiáng)度、視角大、壽命長（不少于 50， 000 小時(shí)）、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 （ 2）逐行列驅(qū)動(dòng)掃描技術(shù)。顯示屏與控制機(jī)通訊，是采用 RS485通信口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，屏體布局簡潔明了。 單色 LED顯示系統(tǒng)還有獨(dú)特的脫機(jī)顯示方式。一塊由 M行 N列組成的 M*N 顯示屏其LED發(fā)光器件數(shù)量非常大，不好使用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路，而采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描按 列控制，當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。則占空比 ton /T=1/n ，此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電路幅值 IF 應(yīng)該等于相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)電流 I0的n 倍，才能達(dá)到與相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)一樣的效果。Vf） /R ， n 為串聯(lián)的 LED 器件數(shù)量。段選控制 I/O輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制 I/O輸出該位選通電平，如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示的字符，并保持一段 時(shí)間，通過視覺暫留效果，獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 學(xué)士學(xué)位論文 6 ? 數(shù)碼屏 數(shù)碼屏是最廉價(jià)的 LED 顯示屏，廣泛用于銀行匯率、利率顯示，酒店海鮮價(jià)目表，客房價(jià)目表。它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以脫機(jī)工作，缺點(diǎn)是顯示的字形字體單一。箱體在設(shè)計(jì)上應(yīng)密封，以達(dá)到防水防霧的目的，使之適應(yīng)戶外環(huán)境。60度，室外屏視角大于 177。臺(tái)灣 LED產(chǎn)量在全球名列前茅。另一種是顯示動(dòng)態(tài)信息和圖形 (象 )，其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容經(jīng)常改變，既可顯示動(dòng)態(tài)信息，也可在線地編輯修改顯示內(nèi)容。 LED 點(diǎn)陣有 4Ⅹ 4Ⅹ 5Ⅹ 5Ⅹ 8Ⅹ 16Ⅹ 1 24Ⅹ 240Ⅹ 40 多種。藍(lán)色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 顯示屏進(jìn)入市場；電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級(jí)實(shí)現(xiàn) 16 級(jí)灰度和 64 級(jí)灰度調(diào)灰，顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果大大提高，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機(jī)場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特 別是 1993 年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了 LED顯示屏市場的大幅增長。 由于半導(dǎo)體的制作和加工工藝逐步成熟和完善，發(fā)光二極管已日趨在固體顯示器中占主導(dǎo)地位。 LED 顯 示屏發(fā)展較快，其無論在成本和產(chǎn)生的社會(huì)效益等方面都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) ， 使它 在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨(dú)秀，因此市場空間巨大。 LED 顯示屏市場隨技術(shù)發(fā)展而攀升，就市場而言，中國加入 WTO、北京申奧成功等，成為 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。 LED之所以受到廣泛重視并得到迅速發(fā)展，是因?yàn)樗旧碛泻芏鄡?yōu)點(diǎn)。 LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成， LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。 根據(jù)像素的數(shù)目分為單基色，雙基色、三基色等，根據(jù)像素顏色的不同所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同，單基色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃 等單色，雙基色和三基色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點(diǎn)亮?xí)r間，則可實(shí)現(xiàn) 256 或更高級(jí)灰度顯示，即可實(shí)現(xiàn)真彩色現(xiàn)顯示。 近年來顯示屏市場得到了迅猛的發(fā)展，目前顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn) 代化建設(shè)的標(biāo)志。在今后一段時(shí)期內(nèi)，仍將保持快速發(fā)展的勢(shì)頭。25度。根據(jù)像素點(diǎn)的大小，戶外屏分為 *1 *1 *26 等規(guī)格。因?yàn)檫@類屏幕多作成條形，故稱為條屏。多數(shù)情況下，在數(shù)碼屏上加裝 條屏來彌補(bǔ)數(shù)碼屏不能顯示文字的不足。 LED 器件的驅(qū)動(dòng)方式 LED 器件的驅(qū)動(dòng)主要有以下幾種方式： （ 1）直流驅(qū)動(dòng) 是最簡單的驅(qū)動(dòng)方法。在并聯(lián)情況下，有學(xué)士學(xué)位論文 7 If =（ Vu —Vf） /R 。當(dāng)然 IF之值必須小于該器件的最大允許脈沖幅值電流。 系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)功能描述 顯示系統(tǒng)由顯示屏和上位計(jì)算機(jī)組成 ， 顯示屏和上位計(jì)算機(jī)之間通過 RS485 總線連接。掃描驅(qū)動(dòng)電路采用多行同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。在這種方式之下，在用戶已將要顯示的內(nèi)容傳至顯示部分后，計(jì)算機(jī)就不必繼續(xù)介入顯示過程，顯示系統(tǒng)就可以根據(jù)用戶設(shè)定的模式顯示所要顯示的信息 .本次設(shè)計(jì)的 LED條屏 ,可顯示各種圖形、文字等信息。掃描電路采用的是 74HC595作為行掃描驅(qū)動(dòng)芯片，采用 Si4953ADY作為顯示的列驅(qū)動(dòng)電路、在 級(jí)連過程中增加了 74HC245作為驅(qū)動(dòng)芯片 。顯示部分采用掃描控制技術(shù)，穩(wěn)定性大大增加。 （ 6）易于安裝。晶振電路是單片機(jī)的工作驅(qū)動(dòng)電路 。此系列單片機(jī)分為 4個(gè)子系列： C8051F0xx系列、 C8051F02x系列、 C8051F2xx系列和 C8051F3xx系列。同時(shí)片內(nèi)可有多達(dá) 4KB 的 RAM 存儲(chǔ)器。每個(gè)單片機(jī)都可以關(guān)閉單 個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)鐘可以是下面 4 個(gè)時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)時(shí)鐘 /1系統(tǒng)時(shí)鐘 /定時(shí)器 0 溢出及外部時(shí)鐘輸入 ECI。 以下為主要功能模塊說明： (1) CIP 51 CPU C8051F000 系列器件使用 CYGNAL 的專利： CIP51 微控制器內(nèi)核 CIP51。 CIP51允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。在復(fù)位后默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。 C8051F005/06/07/15/16/17 的 CIP51 還另有位于外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間的 2048B的 RAM 塊。該 JTAG 借口完全符合 標(biāo)準(zhǔn)，為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的 邊界掃描功能。開發(fā)套件需要運(yùn)行 Windows95/98/Me/NT,，并有一臺(tái)可用 RS232 串口的計(jì)算機(jī)。在 F000/05/10/15中，這 4 個(gè)端口都有引腳，在 F001/06/10/16 中端口 0 和 1 有引腳，在 F002/07/12/17 中只有端口 0 有引腳，沒有引腳的端口可用作通用寄存器。 （ 5）比較器和 DAC C8051F000 系列單片機(jī)內(nèi)部 有 2 個(gè) 12 位 DAC 和 2 個(gè)比較器?？赏ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)將比較器的輸出接到端口 I/O 引腳。價(jià)格低廉，每片單價(jià)為 .在電子顯示屏制作當(dāng)中有廣泛的應(yīng)用。 74HC595的功能見表 表 功能表 輸入 輸出 功能 CLK RCLK /E /CLR SER Q`H Qn L ↓ L NC E 為低電平時(shí)緊緊影響移位寄存器 ↑ L L L L 空移位寄存器到輸出寄存器 H L L Z 清空移位寄存器，并行輸出為高阻狀態(tài) ↑ L H H Q6? NC 邏輯高電平移入移位寄存器狀態(tài) 0，包含所有的移位寄存器狀態(tài)移入，例如，以前的狀態(tài)6（內(nèi)部 Q6”）出現(xiàn)在串行輸出位。引腳圖如圖 所示。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 。下面對(duì)這幾部分進(jìn)行詳細(xì)說明。 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)。 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。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 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。 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。 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。每個(gè)單色點(diǎn)陣顯示模塊又由 64 個(gè) LED 組成。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。點(diǎn)陣每一行的所有LED共陽極 ,每一列的所有 LED共陰極。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。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。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。 插座的焊盤大小 , 也要考慮插腳的實(shí)際粗度 , （ 3）布線。 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)市場的需要 。 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。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。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。反之此燈損壞。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。 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。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。 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。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。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。模塊化的設(shè)計(jì)使程序看起來更加簡潔。 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。 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 。注意電源線和地線一般較粗為好。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 。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 。 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。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