本科畢業設計--點陣led顯示系統(留存版)

　　

【正文】 。引腳圖如圖 所示 學士學位論文 13 圖 C8051F015 引腳圖 C8051F0xx 系列單片機的極限參數如下： 通電情況下環境溫度： 55—125℃ 儲存溫度： 65—150℃ 引腳相對 DGND 的電壓（ VDD 和端口 I/O 除外）： — （ VDD+） 端口 I/O 引腳或 /RST 相對 DGND 的電壓： — VDD 引腳相對 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 超過這些極限參數將導致器件永久性損壞。 單片機內部有個能獨立工作的時鐘發生器。通過 4 腳 JTAG 借口，并使用安裝在應用系統中的單片機就可以進行非侵入式的、全高速的在系統調試。 （ 4）可編程數字 I/O 和交叉開關 C8051F0xx 系列單片機具有標準 8051 的端口（ P0， P1， P2 及 P3）。這些中斷能將單片機從等待方式喚醒。單片機經過驅動器74HC245輸入相應的行數據，通過 74HC595輸出。 MOSFET共有三個腳，一般為 G、 D、 S，通過 G、 S間加控制信號時可以改 變 D、 S間的導通和截止。 RS485接口標準有其獨特優勢，該標準采用平衡發送和差分接收，因此具有 抑制共模干擾的能力，而且靈敏度高，能檢測出低至 200mV 的電壓，所以傳輸信號能在千米以外得以準確恢復；并且以此標準只用一根雙絞線就可以實現多站聯網，構成分布式系統的設備簡單、價格低廉，故能在工程項目中得到廣泛的應用。在進入復位狀態時， CIP51停止程序執行，將外部端口引腳置于一個已知狀態，將 SFR初始化為缺省值，禁止中斷和定時器。振蕩起的頻率主要決定于晶體振蕩頻率。例如顯示一個漢字的 16*16 顯示屏由四塊 8*8 的點陣顯示模塊組成。 M23088C/D 的管腳圖如圖 所示： 圖 M23088C/D 管腳圖 LED 點陣掃描驅動電路設計 本設計屏幕采用多個 LED點陣組成的小模塊以搭積木的方式組合而成， LED點陣選用 88 模塊 ,每 4塊排列成一個 1616 的點陣 ,用于顯示一個漢字。圖 16點陣漢字 “卜 ”的顯示圖案。 在 Protel99SE元件庫中沒有這個元件 , 所以還要需要根據實際元件的大小自己創建元件庫 。 LED 顯示屏程序功能框圖如圖 。上位機（ PC機）使用 VB編寫發送界面的軟件，實現文本內容的 1616點陣提取并按照一定的規律和順序向下位機（單片機）傳送 ,該軟件運行于 Windows XP環境下 , 有友好的圖形用戶界面 , 方便用戶使用。 上位機軟件發送數據，硬件部分能否正確接收，能否正確顯示是整體測試的關鍵。由于結構簡單、軟件編程方便、價格低廉等特點，單色條屏在一些要求不是很高的場合具有較強的競爭力。 硬件電路的具體調試步驟如下： （ 1）先點亮一行的行選通信號，再送 該行的每一列的數據。由于該系統采用基于 KEILC51的編程 , 故它具有 較好的移植功能。 軟件功能模塊 軟件模塊分為顯示部分和控制通訊部分，顯示部分實現 文件的顯示效果功能，通訊部分通過串行通訊完成文件到 單片機的傳輸。另外 , 單片機和點陣都應該采用插座式 , 便于修改，或者在點陣損壞時更換點陣。這樣本行已經準備好的數據打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。由計算機將顯示模式、顯示數據傳給單片機，單片機存儲這些數據并執行相應顯示命令。 顯示驅動電路 LED顯示模塊（ M23088） LED 顯示屏是以發光二極管為像素，按照行與列的順序排列起來。如圖 ，電容連接到 XTAL1/XTAL2引腳 ,XTAL1和 XTAL2引腳的耐壓值是 。電阻 R2 為 0 歐姆電阻，用于模擬地和數字地之間的單點接地，降低直接相連所導致的相互干擾。 39 數字 I/O 漏極開路 47 數字 I/O 漏極開路 48 數字 I/O 漏極開路 49 數字 I/O 漏極開路 50 數字 I/O 漏極開路 55 數字 I/O 漏極開路 56 數字 I/O 漏極開路 38 數字 I/O 漏極開路 37 數字 I/O 漏極開路 36 數字 I/O 漏極開路 35 數字 I/O 漏極開路 34 數字 I/O 漏極 開路 32 數字 I/O 漏極開路 60 數字 I/O 漏極開路 學士學位論文 22 59 數字 I/O 漏極開路 33 數字 I/O 漏極開路 27 數字 I/O 漏極開路 54 數字 I/O 漏極開路 53 數字 I/O 漏極開路 52 數字 I/O 漏極開路 51 數字 I/O 漏極開路 44 數字 I/O 漏極開路 43 數字 I/O 漏極開路 57 數字 I/O 漏極開路 數據通訊 電路 由于單片機組成的系統對中文漢字字符存儲容量有限，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合，設計了與上位 PC 機通信接口模塊。由于地址總線的數據傳輸方向始終是單向的，所以 芯片的 DIR端可以固定接高電平 。移位寄存器有一個串行移位輸入（ SER），和一個串行輸出（ Q`H） ,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有 一個并行 8位的，具備三態的總線輸出，當使能 /E時（為低電平），存儲寄存器的數據輸出到總線。單片機可以將任何一個 DAC 或比較器置于低功耗關斷方式。如果不能從目標板上提取足夠的電源 ，可以將套件中提供的電源直接連到 EC 上。該存儲器以 512B 為一扇區，可學士學位論文 15 以在系統編程，且無須在片外提供編程電壓。 單片機可有多達 7 個中斷源： 1 個片內 VDD 監視器， 1 個看門狗定時器， 1 個時鐘丟失監測器， 1 個由比較器 0 提供的電壓監測器， 1 個強制軟件復位， CNVSTR 引腳及/RST 引腳。 C8051F000 系列單片機內部有一個全雙工 UART、 SPI 總線及 I2 C/SMBus。每種器件都有 1 個可編程增益放大器、 2 個 12 位 DAC 和 2 個電壓比較器（ F002/07/12/17 例外只有一個）、 1 個電壓基準、 1 個具有 32KB FLASH 存儲器、與 8051 兼容的微控制器內核，還有硬件實現的而不是在用戶軟件中用位操作模擬的 SMBus/I2 C、 UART、 SPI 串行接口及 1個具有 5個捕捉 /比較模塊的、可編程的計數器 /定時器陣列 PCA。移位寄存器 74HC595負責將單片 機 發送的串行數據轉換為并行數據 ,并驅動 LED中點陣發光管的行線 , 從而使點陣屏顯示電路顯示出所要求的漢字。 （ 4）軟件設計新穎。計算機向控制電路發送漢字字模 ， 控制 電路存儲該字模并向驅動電路發送行列選通信號 ， 顯示驅動電路負責根據行列選通信號，向指定 LED發光器件提供驅動電流。 上位計 算機依工作環境可選擇 工業控制計算機或者普通個人計算機。掃描驅動的主要目的是節約驅動器，簡化電路，占空比控 制是調節器件的發光強度，多用于圖像顯示中的灰度級控制。 （ 1） LED靜態顯示方式 LED顯示器工作在靜態顯示方式下，共陰極點或共陽極點連接在一起接地或接 +5V，每位段選線與一個 8位并行口相連一個四位靜態 LED顯示器電路。 ? 雙基色 每個像素點有紅綠兩種基色，可以疊加出黃色，在有灰度控制的情況下，通過紅綠不同灰度的變 化，可以組合出多種顏色。由于普通冷陰極管和日光燈管的使用壽命一般在 2萬小時左右，而 LED的壽命可以達到 80萬小時，又有高亮度，低耗等獨特優勢，使得 LED光源具有光明的前景。用多塊點陣顯示器組合則可構成大屏幕顯示器，但這類應用的實用裝置常通過微機或單片機控制驅動。 LED顯示屏的發展可以概括為以下三個階段： （ 1） 1990 年以前 為 LED顯示屏的成長時期。學士學位論文 1 1 緒論 八十年代以來出現了組合型 LED 點陣顯示器 ,以發光二極管為像素 ,用高亮度發光二極管芯陣列組合后 ,由環氧樹脂和塑模封裝而成。受 LED材料器件的限制， LED顯示屏的應用領域沒有廣泛開展 ,這一時期的 LED顯示屏在國外應用較廣，國內很少，產品以紅、綠雙基色為主，灰度等級為單點 4 級調 灰，成本較高。 LED的 應用與發展現狀 隨著電子、光電等技術的發展，人們對各種信息的需求量不斷增加，中、大型 LED顯示屏作為信息載體廣泛應用在銀行、保險、車站、港口等公共場所。 LED信息顯示屏的主要特點 LED 顯示屏主要是由發光二極管（ LED）及其驅動芯片組成的顯示單元拼接而成的平面顯示器。 ? 全彩色 全彩色也稱三基色，每個像素點有紅綠藍三種基色，在有灰度控制的情況下，通過紅綠藍不同灰度的變化，可以很好地還原自然界的色彩。該電路每一位可以獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。兩者在很多情況下兼而有之。單塊條屏由控制板和驅動板組成 ， 控制板負責與上位機通信 ,向驅動板發送 LED點陣行列選通信號 ； 驅動板負責根據行列選通信號 ,向指定 LED發光器件提供驅動電流。 cygnal 單片機具有擴展性強，功能強大，價格較低等優點。 Windows 風格界面，設計專用軟件經驗豐富。完整的顯示系統包括控制系統和掃描顯示系統兩部分。 C8051F0XX系列單片 機還有 4 個通用的 16 位定時器和 4B 寬的通用數字 I/O 端口。每種串行總線都完全用硬件實現，都 能向 CIP51 產生中斷，因此很少需要 CPU 的干預。 /RST 引腳是雙向的，可接受外部復位或將內部產生的上電復位信號輸出到/RST 引腳。從 0x7E00—0x7FFF 的 512B 被保留，由工廠使用。 對于開發和調試嵌入式應用來說，該系統的調試功能比采用標準單片機仿真器要優越得多。 可以用軟件設置比較器的回差電壓。每當 CLK上升沿到來時 ,SER引腳當前電平值在移位寄存器中左移一位，在下一個上升沿到來時移位寄存器中的所有位都會向左移一位，同時 Q`H也會串行輸出移位寄存器中高位的值，這樣連續進行 8次，就可以把數組中每一個數（ 8位的數）送到移位寄學士學位論文 18 存器；然后當 RCLK上升沿到來時，移位寄存器的值將會被鎖存到鎖存器里，并從 QA~QH引腳輸出。 引腳說明及芯片功能由表 。由于系統對通信無實時性要求，因而利用 RS485 串行通信。瞬態抑制二極管 TVS1 用來釋放掉電壓尖峰，保護器件。由于需要顯示的漢字多并且顯示時不能發生閃爍現象，需要刷新頻率快，晶體選擇，電容 C1， C2 的值則有微調的作用，通常 取 30pF 左右。具有亮度且均勻，高可靠性，等特點。 本系統中用到的點陣模塊為 M23088C/D。由 74HC595 組成的行驅動器中，第一片列驅動器的 SER 端連接單片機輸出的串行列顯示數據，其 Q`H 端連接下一片的 SER 端，各片相應的 CLK、 RCLK 端分別并聯，作為統一的串行數據移位信號、輸出鎖存器打入學士學位論文 29 信號。 （ 2） 準確繪制元件的封裝。軟件程序是整個控制系統的核心部分，是使用匯編語言及 C語言編寫的。采用 C與匯編的混合編程 ， 顯示模塊中的關鍵部分用匯編語言編寫。 （ 2）先進行單行的調試 ,點亮顯示屏之前先測試電源電壓，然后點亮顯示屏的第一行 ,觀察點亮的數據是否正確。 學士學位論文 36 參考文獻 [1] 李 剛，林 凌 ． 與 8051兼容的高性能、高速單片 C8O51FXXX． 北京航空航天大學出版社， 2021 [2] 潘琢金，施國君 ． C8051FXXX高速 SOC單片機原理及應用 ． 北京航空航天大學出版社， 2021 [3] 潘琢金 ． C8051F單片機應用解析 ． 北京航空航天大學出版社， 2021 [4] 諸昌鈐 ． LED顯示屏系統原理及工程技術 ． 電子科技大學出版社 ， 2021 [5] 潘琢金譯 ． C8051F020/1/2/3 數據手冊 ． 沈陽新華龍電子有限公司， 2021 [6] 胡漢才 ． 單片機原理及其接口技術 ． 清華大學出版社 ， 1996 [7] 何立民 ． 單片機應用技術選編 ． 北京航空航天大學出版社， 2021 [8] 周志敏等 ． LED 驅動電路設計與應用 ． 人民郵電出版社， 2021 [9] 任濤等 ． 閃速存儲器數據及應用簡明速查手冊 ． 電子工業出版社， 1。 （ 4）移動顯示的時候將顯示屏的每一個八位數據向左一位一位的移動。 上位機軟件設計 上位機 實現的功能 “LED信息點陣條屏 ” 應能通過串口接受 PC機發送過