基于51單片機(jī)的公交車報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目： 基于51單片機(jī)的 </p><p>　　公交車報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p>&

3、lt;p>　　完成日期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是研究公交車報(bào)站系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣顯示屏技術(shù)。本LED顯示屏能夠以動(dòng)態(tài)掃描的方式同時(shí)顯示兩個(gè)32×16點(diǎn)陣漢字，并能通過外接按鍵來更改顯示內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)公交報(bào)站顯示。因?yàn)辄c(diǎn)陣顯示屏廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、銀行等公共場(chǎng)所，所以本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

4、性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)具體是使用STC51高速單片機(jī)作為主控制模塊，利用簡(jiǎn)單的外圍電路來驅(qū)動(dòng)32×16的點(diǎn)陣LED顯示屏。利用STC12C系列高速單片機(jī)本身強(qiáng)大的功能和內(nèi)部E2PROM，可以很方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲(chǔ)，并能利用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的多樣變化。因?yàn)椴捎么袀鬏敺绞?，使本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性得到提升，便于多個(gè)顯示單元的級(jí)聯(lián)。</p><p>　

5、　本文從LED的顯示原理入手，詳細(xì)闡述了LED動(dòng)態(tài)顯示的過程，以及硬件電路的設(shè)計(jì)、和軟件的設(shè)計(jì)等等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：公交報(bào)站系統(tǒng)；LED顯示屏；單片機(jī)；串行傳輸</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is to study the LED Dot Matrix Displ

6、ay technolog of the bus stations’ system. The LED display can also show two (32 × 16 dot matrix) characters by the way of dynamic scanning, and it can change the display to achieve bus-stop display through an extern

7、al button. Because the Dot Matrix Display are widely used in hospitals, airports, banks and other public places, so this design has a strong practical applicability.</p><p>　　This design uses specific High-S

8、peed Microcontroller Family STC51 as the main control module, and using simple external circuit to drive the 32 × 16 Dot Matrix LED display. The STC12C High-Speed Single Chip , owns powerful function and internal E

9、2PROM.So that it can easily realize data transfer and storage between PC and MCU , and it's easy to use software to display the contents of variety . And for the serial transmission, the scalability of the system be

10、enhanced to facilitate cascading mult</p><p>　　Key Words: Bus Auto-Reporting-Calling System;LED display screen; High-Speed Single Chip; Serial Transmission</p><p><b>　　目 錄</b><

11、;/p><p>　　1 緒論- 1 -</p><p>　　1.1前言- 1 -</p><p>　　1.2 背景與意義- 1 -</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　　1.2.2 研究主要成果- 2 -</p><p>　　1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)

12、- 3 -</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)- 4 -</p><p>　　2 總體方案的考慮分析- 5 -</p><p>　　2.1 LED顯示屏的考慮- 5 -</p><p>　　2.1.1 LED電子顯示屏的分類- 5 -</p><p>　　2.1.2 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)- 5 -</

13、p><p>　　2.1.3 LED 顯示屏的選擇- 6 -</p><p>　　2.2 控制器的比較及選型考慮- 6 -</p><p>　　2.2.1常見的幾款單片機(jī)的介紹- 6 -</p><p>　　2.2.2 STC單片機(jī)在條屏運(yùn)用中的優(yōu)越性- 8 -</p><p>　　2.3 LED點(diǎn)陣顯示屏驅(qū)動(dòng)方案

14、- 9 -</p><p>　　2.3.1 LED顯示屏的工作原理- 9 -</p><p>　　2.3.2串行控制驅(qū)動(dòng)方式- 10 -</p><p>　　2.3.3并行控制驅(qū)動(dòng)方式- 11 -</p><p>　　2.3.4高度集成專用芯片的應(yīng)用- 11 -</p><p>　　2.3.5 LED驅(qū)動(dòng)方式的

15、選擇- 11 -</p><p>　　2.4 單片機(jī)軟件開發(fā)工具及語言- 12 -</p><p>　　2.5 對(duì)于系統(tǒng)電源及通信電纜的考慮- 13 -</p><p>　　2.5.1 對(duì)于LED顯示屏的電源要求- 13 -</p><p>　　2.5.2 開關(guān)電源在條屏應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)- 13 -</p><p&g

16、t;　　2.5.3 系統(tǒng)電源的選擇- 13 -</p><p>　　2.6 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框圖- 13 -</p><p>　　3硬件電路設(shè)計(jì)- 15 -</p><p>　　3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 15 -</p><p>　　3.2列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)- 15 -</p><p>　　3.3行驅(qū)動(dòng)電路

17、設(shè)計(jì)- 16 -</p><p>　　3.3.1 行驅(qū)動(dòng)電路元件參數(shù)計(jì)算- 18 -</p><p>　　3.4與上位機(jī)的通信電路設(shè)計(jì)- 19 -</p><p>　　4軟件電路設(shè)計(jì)- 22 -</p><p>　　4.1單片機(jī)軟件總體流程- 22 -</p><p>　　4.2 LED顯示程序分析- 2

18、2 -</p><p>　　4.3 LED漢字左移程序分析- 22 -</p><p>　　4.4 漢字站號(hào)的按鍵選擇程序分析- 23 -</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試- 24 -</p><p>　　5.1系統(tǒng)的硬件調(diào)試- 24 -</p><p>　　5.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試- 24 -</p&

19、gt;<p>　　6 結(jié)論- 25 -</p><p><b>　　致謝- 26 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 27 -</p><p>　　附錄Ⅰ 原理圖- 28 -</p><p>　　附錄Ⅱ 元器件清單- 29 -</p><p>　　附錄Ⅲ 源程序清

20、單- 30 -</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　LED電子顯示屏（Light Emitting Diode Panel）是由幾百--幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點(diǎn)，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素

21、點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。 LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。 </p><p>　　LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的字符信息顯示。LED顯示屏因?yàn)槠湎袼貑?/p>

22、元是主動(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)。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑市場(chǎng)、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。 </p><p>　　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。</p><p>　　1.2 背景與意義

23、 </p><p>　　近年來，我國(guó)城市交通的現(xiàn)狀已引起了政府、公眾、社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，有關(guān)專家學(xué)者和交通工程師們?cè)谖「鲊?guó)城市交通發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，找到了一條解決我國(guó)城市交通發(fā)展問題的有效途徑，即優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，以公共交通為杠桿降低城市交通需求總量，實(shí)現(xiàn)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展與交通需求增長(zhǎng)的均衡。</p><p>　　實(shí)施“公交優(yōu)先”是解決我國(guó)城市交通發(fā)展問題的有效途徑，也是我國(guó)目

24、前城市交通發(fā)展的基本政策。公交智能化是智能交通的一個(gè)重要的子領(lǐng)域，同時(shí)也是落實(shí)“公交優(yōu)先”，使城市交通與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的重要組成部分。實(shí)施公交智能化，必須提高公交服務(wù)質(zhì)量，而到站后的準(zhǔn)確、及時(shí)報(bào)站就是一個(gè)方面。</p><p>　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要大城市的公交車大都采用人工報(bào)站,即每到一站由司機(jī)或者乘務(wù)員來進(jìn)行報(bào)站。但有時(shí)由于受到各種因素如雨雪天路滑、車上擁擠、乘務(wù)員心情的變化等的影響,會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)站,漏報(bào)站的情況,

25、給乘客特別是不熟悉本市地形的乘客帶來了不必要的麻煩,從而影響到了一個(gè)城市的窗口形象工程建設(shè)。于是開發(fā)研制公交車報(bào)站系統(tǒng)成為必然。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)公共汽車自動(dòng)報(bào)站是是公交智能化的一份子，是促進(jìn)智能交通的一個(gè)不可缺少的步驟，同時(shí)也是落實(shí)“公交優(yōu)先”使城市交通與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的重要組成部分。</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　

26、基于51單片機(jī)的公交車報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要研究方向是關(guān)于LED顯示屏的設(shè)計(jì)。所以下主要是關(guān)于LED顯示屏展開論述。</p><p>　　我國(guó)LED顯示產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí), 產(chǎn)品技術(shù)推陳門新、一直保持比較先進(jìn)的水平，90年代初即具備了成熟的16級(jí)灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國(guó)際先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和

27、產(chǎn)品出現(xiàn)；LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó)LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800人，將近50％。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國(guó)內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)[17]。</p><p>　　在作者郭兆正的《LED點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中對(duì)國(guó)內(nèi)的LED的研究現(xiàn)狀有了

28、大概敘述：LED 電子顯示屏是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子、光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高、使用成本低等特點(diǎn)，在短短的10來年中，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[11]。</p><p>　　1.2.2 研究主要成果</p><p&g

29、t;　　通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)期刊書籍，對(duì)LED顯示屏的一些研究成果如下：</p><p>　　①在作者梁純、王軍的《基于MCS_51單片機(jī)的LED 點(diǎn)陣圖文顯示屏設(shè)計(jì)》文章中把RS485 和硬件漢字庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到LED 點(diǎn)陣圖文顯示屏。在控制傳輸方面，通過RS485 總線連接顯示屏和上位計(jì)算機(jī)，具有分布靈活、擴(kuò)展方便的優(yōu)點(diǎn)。在顯示控制方面，LED陽極通過三極管8550 與電源相連，用單片機(jī)IO口控制行選通；LED 陰

30、極通過達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)，用74HC595來輸出列選通，實(shí)現(xiàn)漢字顯示。經(jīng)作者實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，以此作為信息顯示屏，工作穩(wěn)定，字符清晰，字體美觀，亮度適中，根據(jù)需要可選擇靜止顯示和拉滾字幕效果 [13] 。</p><p>　　②在作者付浩的《AT89C51單片機(jī)高速串行輸出口設(shè)計(jì)》文章中介紹了單片機(jī)高速串行同步移位輸出口的方法：在LED點(diǎn)陣顯示屏的應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都采用數(shù)據(jù)同步移位輸出方式，并使用移位寄存器芯片（如74LS

31、595）擴(kuò)展并行I/O口驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示。LED點(diǎn)陣顯示采用掃描方式，為不產(chǎn)生閃爍感，每秒需要傳送50屏點(diǎn)陣顯示數(shù)據(jù)，這就要求單片機(jī)能夠快速地輸出數(shù)據(jù)。AT89C51單片機(jī)的串行口在方式0工作狀態(tài)下，數(shù)據(jù)以fosc/12的波特率輸出，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫入SBUF后，需要檢查中斷標(biāo)志位TI是否為”1”并清零TI或延時(shí)幾個(gè)機(jī)器周期后才能繼續(xù)寫入下一個(gè)數(shù)據(jù)，輸出速度慢。作者采用模塊化設(shè)計(jì)，給出基于TTL和PLD的兩種電路的實(shí)現(xiàn)方案，波特率提高到

32、fosc，數(shù)據(jù)輸出不需要等待或延時(shí)。這兩種方案在LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中都已經(jīng)得到成功的應(yīng)用[1]。</p><p>　　③在作者趙娟、高正明、李艷麗的《點(diǎn)陣式漢字電子顯示屏的設(shè)計(jì)制作》文章中介紹了點(diǎn)陣式漢字電子顯示屏的硬件電路設(shè)計(jì)原理與軟件設(shè)計(jì)方案, 采用MCS- 51系列單片機(jī)芯片, 得到了一個(gè)能夠同時(shí)顯示4個(gè)漢字, 16 􀀂 16的并可以根據(jù)需要擴(kuò)展的LED 點(diǎn)陣式顯示屏。該系統(tǒng)通過跳線決定要

33、顯示的內(nèi)容, 設(shè)計(jì)所需的部件較少, 原理簡(jiǎn)單, 具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、顯示活潑、可動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示漢字或圖案的能力。除此之外該系統(tǒng)還具有自檢功能,通過報(bào)警聲的不同識(shí)別不同的故障[5]。</p><p>　?、茉谧髡哂芜_(dá)章、黃勁的《簡(jiǎn)易LED 點(diǎn)陣漢字顯示控制模塊設(shè)計(jì)》文章中根據(jù)LED 漢字顯示原理，制作了由AT89S52 主控的LED 漢字顯示模塊，給出了硬件電路圖和控制軟件。詳細(xì)介紹了漢字內(nèi)碼到字模的轉(zhuǎn)化，以及到LED 顯

34、示屏顯示漢字的過程。該模塊擴(kuò)展柔性大，易于擴(kuò)展字庫(kù)容量和LED 顯示屏數(shù)量，可以同時(shí)顯示多個(gè)漢字和字符， 另外成本較低，電路與控制方案簡(jiǎn)潔明了，容易實(shí)現(xiàn)，具有應(yīng)用推廣價(jià)值[15]。</p><p>　　⑤在作者張紅、于平、程文播的《基于單片機(jī)控制的LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)》文章中給出了一個(gè)點(diǎn)陣顯示屏的硬件及軟件的整體設(shè)計(jì)，及其顯示的整體控制包括左移、右移、通訊、控制等。本系統(tǒng)的硬件及軟件均調(diào)試通過，具有可行性。而且

35、成本低廉易于開發(fā)是一個(gè)方便實(shí)用的點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)。其創(chuàng)新點(diǎn)是克服了原來固定顯示的缺點(diǎn)，可以通過通訊模塊實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更改。采用單片機(jī)控制克服了用電腦實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示成本高的缺點(diǎn)。在左移顯示模塊中采用移入半個(gè)漢字的方法克服了掃描時(shí)間不足而出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象[16]。</p><p>　　1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)

36、入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會(huì)有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品[2]。</p><p><b>　　高亮度、全彩化</b></p><p>　　藍(lán)色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來, 成本逐年快速降低, 已具備成熟的商業(yè)化條件?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化，使LED全彩色顯示屏產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。

37、以全彩色戶外φ26顯示屏為例，1996年的產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格每平方米在12萬元左右, 1999年已降至7-8萬元人民幣/㎡，LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求、同時(shí), 由于全彩色顯示屏價(jià)格性能比的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會(huì)越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場(chǎng)館的顯示方面全彩色LED屏更會(huì)成為主流產(chǎn)品。全彩色

38、的LED顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)[3,4]。</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化</b></p><p>　　材料、技術(shù)的成熟從市場(chǎng)價(jià)格的基本均衡之后，LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為顯示屏發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在傳統(tǒng)產(chǎn)品條件下是以價(jià)格作為主要的競(jìng)爭(zhēng)手段，幾番價(jià)格回落調(diào)整達(dá)到基本均衡，產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的可靠

39、性等成為主要的競(jìng)爭(zhēng)因素。這就對(duì)LED顯屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了較高要求，業(yè)內(nèi)一此骨干企業(yè)已開始在企業(yè)實(shí)施ISO9000系列標(biāo)誰。行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成、對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)有了相對(duì)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和評(píng)判依據(jù)，生產(chǎn)條件差、技術(shù)性不強(qiáng)、售后服務(wù)體系不完養(yǎng)的企業(yè)將受到市場(chǎng)的淘汰，預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)一批小規(guī)模LED顯示屏廠商會(huì)逐步淡出，行業(yè)的發(fā)展趨于有序[6,10]。</p><p><b>　　產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化</b>

40、;</p><p>　　信息化社會(huì)的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會(huì)發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏?xí)休^大提高，而向信急服務(wù)領(lǐng)域的LED顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在的市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破, 如公共交通、停車場(chǎng)、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系列LED

41、顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額[12~14]。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，用LED顯示屏顯示站名的即經(jīng)濟(jì)、高效、直觀的公交車到站自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路模塊主要包括單片機(jī)的選擇和外圍電路的設(shè)計(jì)模塊、按鍵電路的設(shè)計(jì)模塊、顯示及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)模塊、串行

42、通信電路的設(shè)計(jì)模塊。此外，還要以C語言為基礎(chǔ)進(jìn)行編程，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的完成報(bào)站功能。本設(shè)計(jì)的任務(wù)就是完成一個(gè)可以擴(kuò)展的單色動(dòng)態(tài)條幅屏。</p><p><b>　　任務(wù)要求：</b></p><p>　?。?）能同時(shí)顯示兩個(gè)簡(jiǎn)體漢字</p><p>　?。?）能實(shí)現(xiàn)漢字在LED顯示屏上反復(fù)滾動(dòng)地顯示</p><p&g

43、t;　?。?）能通過外接按鍵實(shí)現(xiàn)來控制顯示的內(nèi)容</p><p>　　2 總體方案的考慮分析</p><p>　　2.1 LED顯示屏的考慮</p><p>　　2.1.1 LED電子顯示屏的分類</p><p><b>　　按顏色分類可分為：</b></p><p>　　單基色顯示屏：?jiǎn)我活?/p>

44、色（紅色或綠色）。 </p><p>　　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。 </p><p>　　全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。 </p><p><b>　　按顯示器件分類</b></p><p>　　LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件

45、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。 </p><p>　　LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。</p><p><b>　　按使用場(chǎng)合分類</b></p><p>　　室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ3mm--Φ8mm，顯示面積一般零點(diǎn)幾至十幾平方米。

46、 </p><p>　　室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。 </p><p>　　四、按發(fā)光點(diǎn)直徑分類：</p><p>　　室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、 </p><p>　　室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm </

47、p><p>　　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。</p><p>　　2.1.2 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點(diǎn)陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點(diǎn)陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、

48、視角大、壽命長(zhǎng)、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。LED點(diǎn)陣規(guī)模常見的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。</p><p>　　根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。單色點(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

49、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)真彩色顯示。</p><p>　　圖2-1示出最常見的8×8單色LED點(diǎn)陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號(hào)點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗(yàn)獲得。</p><p>　　圖2-1 8×8單色LED模塊內(nèi)部電路</p><p>　　LED點(diǎn)陣顯

50、示器單塊使用時(shí)，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號(hào)．如5x7點(diǎn)陣顯示器用于顯示西文字母．5×8點(diǎn)陣顯示器用于顯示中西文，8x8點(diǎn)陣可以用于顯示簡(jiǎn)單的中文文字，也可用于簡(jiǎn)單圖形顯示。用多塊點(diǎn)陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實(shí)用裝置常通過PC機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.1.3 LED 顯示屏的選擇</p><p>　　基于成本和顯示亮度的考慮

51、，使用紅色的LED點(diǎn)陣塊作為基本顯示單元。所以顯示一個(gè)簡(jiǎn)體漢字，至少需要16×16點(diǎn)陣來描述。為了在較遠(yuǎn)距離處獲得清晰的視覺效果，本設(shè)計(jì)采用4個(gè)8×8點(diǎn)陣，像素直徑5mm的LED模塊拼接成16×16點(diǎn)陣的LED陣列。這樣每個(gè)16×16漢字能夠獲得12×12cm的顯示尺寸，因此在50米處仍能清晰閱讀。本設(shè)計(jì)要求整個(gè)屏幕能同時(shí)顯示兩個(gè)漢字，則至少需要用8個(gè)8×8的LED模塊拼接成3

52、2×16的矩陣。</p><p>　　2.2 控制器的比較及選型考慮</p><p>　　2.2.1常見的幾款單片機(jī)的介紹</p><p>　　PIC系列單片機(jī)：PIC單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的位數(shù)

53、可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。

54、目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。</p><p>　　AVR系列單片機(jī)：是一種新型的單片機(jī)。運(yùn)行速度快，一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。硬件應(yīng)用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。AVR單片機(jī)是多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。超功能精簡(jiǎn)指令，具有32個(gè)通用工作寄存器，相

55、當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行。相當(dāng)多的單片機(jī)只有一個(gè)累加器，就像一條獨(dú)木橋，所有事都要通過累加器，速度慢。AVR單片機(jī)系列中有128B～4KB的SRAM靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可靈活使用指令運(yùn)算、存放數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)速度快。AVR像8051一樣，有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。高級(jí)C語言編程效率高。從高級(jí)語言C代碼完成同一任務(wù)實(shí)例來比較，8 MHz AVR單片機(jī)的速度相當(dāng)于224 MHz的80C51單片機(jī)，AVR比80C51快

56、28倍。AVR是低功耗單片機(jī)，具有休眠省電功能(Power Down)及閑置(Idle)低功耗功能。一般耗電在1～2.5 mA；對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100 nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低1.8 V即可工作?？啥啻螣龑懙腇lash，且具有多</p><p>　　51系列單片機(jī)：51系列是指是兼容Intel公司51指令集的單片機(jī)系列的統(tǒng)名稱。這種單片機(jī)所包括的硬件資源有：</p>

57、;<p>　　（1）一個(gè)8位的微處理器；</p><p>　　（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以欲顯示的數(shù)據(jù)等；</p><p>　?。?）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；</p><p>　?。?）四個(gè)8位并行I/O接口P0～P3，每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出；

58、</p><p>　?。?）兩個(gè)（或三個(gè)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì) 外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制；</p><p>　?。?）五（或六個(gè)）個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；</p><p>　?。?）一個(gè)全雙工UART接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片

59、機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；</p><p>　?。?）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容須要外接?？梢钥闯鯩CS-51系列單片機(jī)也是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)。</p><p>　　STC89C51系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/ 高速/ 低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX

60、810專用復(fù)位電路。</p><p><b>　　特點(diǎn)如下：</b></p><p>　　（1）.增強(qiáng)6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU；</p><p>　?。?）工作電壓：5.5V~3.4V（5V單片機(jī)）/3.8V~2.0V（3V單片機(jī)）；</p><p>　?。?）工作頻率范圍：0~40MHz，相當(dāng)

61、于普通8051的0～80MHz實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；</p><p>　　（4）用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)；</p><p>　　（5）片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM；</p><p>　?。?）通用I /O口（32/36個(gè)）復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8 051傳統(tǒng)I /O口），

62、P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I /O 口用時(shí)，需加上拉電阻；</p><p>　?。?）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片；</p><p>　?。?）EEPROM功能；</p><p><b>　　（9）看門狗；<

63、;/b></p><p>　　（10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（D 版本才有），外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路；</p><p>　　（11）共3 個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；</p><p>　?。?2）外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方

64、式喚醒；</p><p>　?。?3）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；</p><p>　?。?4）工作溫度范圍：0~75℃/－40~+85℃；</p><p>　?。?5）封裝：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。</p><p>　　2.2.2 STC單片機(jī)在條屏運(yùn)用中的優(yōu)越性</p>

65、<p>　　對(duì)于單色動(dòng)態(tài)條幅屏的應(yīng)用需要，STC12C5412AD單片機(jī)有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　●較高的處理速度和時(shí)鐘頻率，能輕松的實(shí)現(xiàn)條屏的各種移動(dòng)算法。</p><p>　　●有SPI和UART兩個(gè)串行口，能實(shí)現(xiàn)與字庫(kù)芯片或PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　●有內(nèi)部E2PROM，可用于掉電存放條屏的各種設(shè)置參數(shù)、漢字內(nèi)碼等

66、數(shù)據(jù)。 </p><p>　　●ISP/IAP功能，使芯片可以不脫板下載程序，便于產(chǎn)品的軟件升級(jí)。</p><p>　　●內(nèi)部看門狗，使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下。</p><p>　　●寬電壓范圍，條屏的負(fù)載端電壓的波動(dòng)不會(huì)影響其正常運(yùn)行。</p><p>　　●豐富的I/O口，可以代替LED行掃描用的行選通譯碼器器，降低產(chǎn)品成本。&l

67、t;/p><p>　　●小型封裝，便于PCB的緊湊化設(shè)計(jì)。</p><p>　　從以上幾種型號(hào)單片機(jī)的比較中可以看出，PIC單片機(jī)、AVR單片機(jī)雖然在很多方面都有其特點(diǎn)，如在運(yùn)行速度上，內(nèi)部資源的配置等。但因其價(jià)格高，開發(fā)工具不及使用51系列單片機(jī)齊全，再考慮本系統(tǒng)對(duì)CPU的要求并不是很高，綜合考慮還是選用已經(jīng)普及的51內(nèi)核的單片機(jī)。</p><p>　　2.3 LED

68、點(diǎn)陣顯示屏驅(qū)動(dòng)方案</p><p>　　2.3.1 LED顯示屏的工作原理</p><p>　　LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以

69、上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。</p><p>　　點(diǎn)陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。</p>&

70、lt;p>　　以8×8點(diǎn)陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖2-1中，紅色水平線Y0、Y1……Y7叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個(gè)LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個(gè)LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。</p><p>　　在這種形式的LED點(diǎn)陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電

71、平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的LED就會(huì)有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點(diǎn)亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個(gè)LED全點(diǎn)亮。</p><p>　　現(xiàn)描述一下用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖2-2</p><p>　　圖2-2 用動(dòng)態(tài)掃描顯示字符“B”的過程</p><p>　　假設(shè)X,

72、Y為兩個(gè)8位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)，X的每位對(duì)應(yīng)LED模塊的8根列線X7-X0，同樣Y的每位對(duì)應(yīng)LED模塊的8根行線Y7-Y0。在這個(gè)示例中，Y叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)刻只有一根線為“1”即有效行選通電平，X叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點(diǎn)陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動(dòng)態(tài)顯示的過程。</p><p>　　（1）．Y=0x01,X=0xFF，如圖 2.2第一幀；</p><p>　?。?）．Y

73、=0x02,X=0x87，如圖 2.2第二幀；</p><p>　?。?）．Y=0x04,X=0xBB，如圖 2.2第三幀；</p><p>　　（4）．Y=0x08,X=0xBB，如圖 2.2第四幀；</p><p>　?。?）．Y=0x10,X=0x87，如圖 2.2第五幀；</p><p>　?。?）．Y=0x20,X=0xBB，如圖

74、2.2第六幀；</p><p>　?。?）．Y=0x40,X=0xBB，如圖 2.2第七幀；</p><p>　?。?）．Y=0x80,X=0x87，如圖 2.2第八幀；</p><p>　?。?）．跳到第（1）步循環(huán)。</p><p>　　如果高速地進(jìn)行（1）到（9）的循環(huán)，且兩個(gè)步驟間的間隔時(shí)間小于1/24秒，由于視覺暫留。LED顯示屏上

75、將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的“B”字符。這就是動(dòng)態(tài)掃描的原理。只不過實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，列線和行線通常不止8位，還要根據(jù)列線和行線的數(shù)量來決定是用行線或列線來做掃描線。例如0601條屏（每行6個(gè)漢字，共1行），行線有16根，列線有96根。如果用列線來做掃描線，則每列LED在每96次循環(huán)掃描中只可能亮一次，則其發(fā)光視覺平均亮度為直流亮度的1/96。如果用行線來做掃描線，則每16次循環(huán)，每行LED就能亮一次，其發(fā)光視覺平均亮度為直流情況下的1/16?？梢?/p>

76、，用行線做掃描線，因?yàn)槠浒l(fā)光周期的占空比較大，其視覺亮度是用列線做掃描線的6倍。因而發(fā)光效率比前者高。</p><p>　　在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，還要在每?jī)蓭g加上合適的延時(shí)，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。在幀切換的時(shí)候還要加入余輝消除處理。比如先將掃描線全部設(shè)置為無效電平，送下一行的列數(shù)據(jù)后再選通掃描線，避免出現(xiàn)尾影。</p><p>　　2.3.2串行控制驅(qū)動(dòng)方式</p>&l

77、t;p>　　所謂串行控制驅(qū)動(dòng)方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過串行方式送入點(diǎn)(列)驅(qū)動(dòng)電路。其特點(diǎn)是單元內(nèi)的線路連接簡(jiǎn)單,這給印刷電路板的設(shè)計(jì)帶來了方便。同時(shí)也減少了印刷電路板的布線密度,從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來了有利的一面。當(dāng)然,單元的可靠性也相應(yīng)的提高了。串行控制驅(qū)動(dòng)方式可選用的芯片有:MC4094、74LS595、74HC595、6B595、9094等等。其中MC4094、74HC595均為CMOS芯片,應(yīng)與功率芯片結(jié)合使用;例如使用28

78、03驅(qū)動(dòng)芯片。建議采用6B595或9094(74LS595也可用),因?yàn)檫@幾種芯片都具有一定的驅(qū)動(dòng)能力可直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光管而無須另外添加驅(qū)動(dòng)芯片。同時(shí),串行移位并行功率輸出的芯片(6B595、9094)自身具有級(jí)聯(lián)功能,為單元的級(jí)聯(lián)提供了支持。關(guān)于行的控制和驅(qū)動(dòng)是相對(duì)容易的,因?yàn)樾械墓ぷ鞣绞绞欠謺r(shí)順序工作的。由于行的組成是幾個(gè)模塊并聯(lián)形成的,因此驅(qū)動(dòng)的功率要求是比較大的。行的驅(qū)動(dòng)一般是采用PNP(用于共陽方式)功率三極管,行的邏輯控制

79、可選用三—八譯碼方式和直接行線控制方式。譯碼方式是應(yīng)用三條行控制線控制一個(gè)三—八譯碼器(如74LS138等),八選一順序控制八條行線。直接</p><p>　　2.3.3并行控制驅(qū)動(dòng)方式</p><p>　　并行控制驅(qū)動(dòng)方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過并行(8位)方式送入點(diǎn)(列)驅(qū)動(dòng)電路。每送入一個(gè)字節(jié)就完成了一個(gè)模塊的一個(gè)行的數(shù)據(jù)置入,其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的刷新速度塊,這就減輕了上一級(jí)控制系統(tǒng)的壓力。在

80、同樣的數(shù)據(jù)處理量的前提下,對(duì)處理速度要求的降低,就意味著對(duì)系統(tǒng)投入的降低。同時(shí)處理速度的降低也相應(yīng)地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在并行控制驅(qū)動(dòng)方式下,我們可以選用74LS374這樣一類鎖存芯片,采用首尾相連的方式將控制、驅(qū)動(dòng)一并形成。也可以將這一方式稱其為并行移位鎖存方式。這一設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)線路簡(jiǎn)潔,控制方便快速。系統(tǒng)的整體投入成本比較低,這一設(shè)計(jì)方案將大大地提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。關(guān)于在并行控制驅(qū)動(dòng)方式下的行控制驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)可參照串行控制驅(qū)

81、動(dòng)方式設(shè)計(jì)。并行控制驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)是:由于數(shù)據(jù)是并行輸入的,這就使得單元內(nèi)的線路連接復(fù)雜。由此增加了單元的印刷線路板的設(shè)計(jì)難度。同時(shí)提高了印刷線路板的密度,對(duì)生產(chǎn)加工和調(diào)試提出了較高的要求。但設(shè)計(jì)難度的加大僅僅是一次性的,而生產(chǎn)和調(diào)試的難度是可以提高生產(chǎn)的手段和使用先進(jìn)的儀器設(shè)備加以克服的。由于并控制驅(qū)動(dòng)方式的自身特點(diǎn),使得單元的級(jí)聯(lián)不成問題。只要設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制信號(hào)的級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　2.3.4高度集成

82、專用芯片的應(yīng)用</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,以及大型電子顯示屏應(yīng)用的日益廣泛,一種高度集成的LED顯示屏控制驅(qū)動(dòng)專用芯片出現(xiàn)了,例如:ZQL9701芯片。ZQL9701芯片是集行控制、列控制和一些外圍驅(qū)動(dòng)電路于一身的高度集成控制驅(qū)動(dòng)芯片。采用ZQL9701芯片將會(huì)使單元的控制、驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)單,高度的集成化也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為可靠。另外,ZQL9701芯片在單元的級(jí)聯(lián)方面也提供了充分的支持。采用ZQ

83、L9701芯片將使系統(tǒng)的顯示灰度達(dá)到256級(jí)。采用ZQL9701芯片設(shè)計(jì)顯示單元時(shí),由于ZQL9701芯片是表面封裝器件,這就需要用專用的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。這對(duì)一般的生產(chǎn)單位是要考慮的問題?？傊?采用專用芯片設(shè)計(jì)的顯示單元的性能得到極大的提高。但系統(tǒng)的成本也要提高,在應(yīng)用中要給予重視。</p><p>　　2.3.5 LED驅(qū)動(dòng)方式的選擇</p><p>　　從理論上說，不論顯示圖形還是文

84、字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。16×16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，1 6×16的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是16×16的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在

85、鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。</p><p>　　因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行(比如16行)的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。具體就1 6×16的點(diǎn)陣來說，把所有同l行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起(共陽的接法)，先送出對(duì)應(yīng)第1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然

86、后選通第l行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎮(zhèn)存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；……第16行之后，又重新燃亮第1行，腹輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快(每秒24次以上)，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。</p><p>　　采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯

87、示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?lt;/p><p>　　采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順

88、序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(傳輸)和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)．在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。</p><p>　　解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)

89、的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串人并出的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。</p><p>　　從成本和功能上考慮，選擇74HC595串行轉(zhuǎn)并行鎖存

90、器芯片作為列驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，本設(shè)計(jì)便考慮使用它作為列驅(qū)動(dòng)器。而行驅(qū)動(dòng)器傳統(tǒng)是使用兩個(gè)74LS138三八譯碼器芯片來進(jìn)行行掃描，本設(shè)計(jì)便考慮使用74LS154四十六譯碼器芯片作為行驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　2.4 單片機(jī)軟件開發(fā)工具及語言</p><p>　　本系統(tǒng)的處理器是兼容8051指令集的高速單片機(jī)STC12C5412AD。為此，首選Keil μVision作為其開發(fā)工具。

91、Keil  μVision是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大，生成的代碼緊湊，是目前世界上使用最廣的51系列兼容單片機(jī)開發(fā)工具。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)軟件是采用C51語言編寫，C51語言是ANSI C的擴(kuò)展集，其語法結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵字等與ANSI C絕大部分是相同的。與匯編相比，C51語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維

92、護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2.5 對(duì)于系統(tǒng)電源及通信電纜的考慮</p><p>　　2.5.1 對(duì)于LED顯示屏的電源要求</p><p>　　本系統(tǒng)沒有設(shè)置獨(dú)立的5V穩(wěn)壓器件，因此要求外部能對(duì)其提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓。為保證單片機(jī)等集成電路的穩(wěn)定工作，要求電源電壓的最大波動(dòng)范圍在4.8~5.2V之間。</p><p>　　本系統(tǒng)

93、的工作電流隨著顯示內(nèi)容的不同有很大變化。在LED全滅的狀態(tài)下，耗電電流為60mA左右；在LED全亮的情況下，工作電流可以達(dá)到3A；在滾動(dòng)顯示漢字的時(shí)候，耗電約為500mA左右。因此，要求供電電源在負(fù)載電流變化較大的情況下能保持相對(duì)穩(wěn)定的電壓輸出。同時(shí)，條屏一般是全天候工作，對(duì)電源系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性要求較高。</p><p>　　考慮到上述因素，本設(shè)計(jì)采用功率容量75W，輸出5V/10A的成品單端反激式開關(guān)電

94、源來為條屏系統(tǒng)供電。10A的電流容量對(duì)于條屏系統(tǒng)3A的滿負(fù)荷電流仍有較大的余量。這保證了長(zhǎng)時(shí)間使用穩(wěn)定性。</p><p>　　2.5.2 開關(guān)電源在條屏應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　使用開關(guān)電源，相對(duì)于線性電源來說，有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　成本低廉：同等電壓和電流容量的開關(guān)穩(wěn)壓電源的成本，是傳統(tǒng)的工頻變壓器線性穩(wěn)壓電源的30%左右。因此，在

95、許多場(chǎng)合，開關(guān)電源已逐步取代線性電源。高效率：體現(xiàn)在極高的轉(zhuǎn)換效率和極低的調(diào)整損耗上，開關(guān)電源的換能器是工作在開關(guān)狀態(tài)下，因此轉(zhuǎn)換的效率極高，長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作也不會(huì)引起電源過熱。正好滿足條屏的應(yīng)用場(chǎng)合。功率密度大：開關(guān)電源能夠輕松地提供10A以上的電流。在同等輸出功率下，開關(guān)電源的體積只有線性電源的四分之一，重量為線性電源的十分之一。功率越大，其優(yōu)勢(shì)越明顯。對(duì)于通信電纜的選擇，本設(shè)計(jì)是將通信線和電源輸入合并在一個(gè)DB9連接器上。外部電纜

96、使用多芯屏蔽電纜。這樣的設(shè)計(jì)，緊湊美觀，堅(jiān)固耐用。</p><p>　　2.5.3 系統(tǒng)電源的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用低壓差線性穩(wěn)壓集成電路開關(guān)穩(wěn)壓器LM2940元件為L(zhǎng)ED顯示屏、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器和單片機(jī)供電。因?yàn)殚_關(guān)穩(wěn)壓控制器，是控制輸出電壓穩(wěn)定的設(shè)備。所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出電壓通過連接到誤差放大器（Error Amplifier）反相輸入

97、端（Inverting Input）的分壓電阻（Resistive Divider）采樣（Sampled），誤差放大器的同相輸入端（Non-inverting Input）連接到一個(gè)參考電壓Vref。 參考電壓由IC內(nèi)部的帶隙參考源(Bandgap Reference)產(chǎn)生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負(fù)載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　2.6 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框圖</

98、p><p>　　通過前面對(duì)各種方案的比較與分析，初步構(gòu)建硬件系統(tǒng)框圖如圖2-3。</p><p>　　在圖2-3中，X0、X1為顯示單元。每個(gè)顯示單元由一個(gè)16×16點(diǎn)陣的LED模塊和l兩個(gè)8位寬的移位鎖存器（串行 — 并行轉(zhuǎn)換器）構(gòu)成。所有顯示單元的16根行線均連接到公共的行掃描驅(qū)動(dòng)電路。而每個(gè)顯示單元的列數(shù)據(jù)則由8位移位鎖存器并行輸出口提供。</p><p&g

99、t;　　中央微處理器MCU負(fù)責(zé)與所有外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)通信，以及各種算法的處理。MCU用通用I/O口來驅(qū)動(dòng)行掃描驅(qū)動(dòng)電路。用通用I/O口模擬同步串行接口以實(shí)現(xiàn)和列數(shù)據(jù)鎖存器（移位鎖存器）之間的單向通信。</p><p>　　PC機(jī)（上位機(jī)）的RS-232C電平經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，通過UART接口與MCU進(jìn)行雙向通信。</p><p>　　電源則為各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電壓以及足夠的電流。</p>

100、;<p>　　圖2-3總體硬件系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　STC51單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3-1。.</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　51單片機(jī)的

101、最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路和P0的上拉電阻組成。其介紹如下：</p><p>　　晶振電路為單片機(jī)提供時(shí)序使單片機(jī)能夠正常工作，在圖3-1中采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩方式。此時(shí)，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可。電容的大小影響著振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇10~30pF的相等的兩個(gè)瓷片電容。</p><p>　　C1和R2構(gòu)成了復(fù)位電路。剛開始上電時(shí)時(shí)，C1瞬間相當(dāng)于短路，C1兩端

102、保持0V電壓，VCC的電源電壓就都加在了R2上，因此在單片機(jī)9腳RST上變成了高電平，此后C1上逐漸充電，即在C1上出現(xiàn)電壓，R2上的電壓開始下降，最后單片機(jī)9腳RST上變成了低電平。在此過程中只要滿足單片機(jī)9腳RST上的高電平持續(xù)24個(gè)振蕩周期即可使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　3.2列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，每個(gè)16×16點(diǎn)陣的列驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)串聯(lián)的8

103、位移位鎖存器74HC595構(gòu)成。74HC595，是為Motorola的SPI總線開發(fā)的一款串并轉(zhuǎn)換芯片。由于74HC595的輸入輸出電平兼容LSTTL,NMOS,CMOS電平，且具有較強(qiáng)的輸出負(fù)載能力，而被廣泛地運(yùn)用于MCU（微控制器）、MPU（微處理器）的I/O口擴(kuò)展。</p><p>　　74HC595在5V供電的時(shí)候能夠達(dá)到30MHz的時(shí)鐘速度，每個(gè)并行輸出端口均能承受20mA的灌電流和拉電流。這個(gè)特點(diǎn)保證

104、了不用增加額外的擴(kuò)流電路即可輕松的驅(qū)動(dòng)LED。它輸入端允許500nS的上升（下降）時(shí)間，對(duì)嚴(yán)重畸形的時(shí)鐘脈沖仍能檢測(cè)。這樣就可以容納較大的傳輸線對(duì)地電容，使本設(shè)計(jì)的抗干擾能力增強(qiáng)。</p><p>　　74HC595并行輸出端與LED模塊列線之間通過20Ω的電阻連接，這里電阻起到分壓，去除紅色LED的并聯(lián)嵌位作用。使紅綠兩組LED均能正常發(fā)光。</p><p>　　由于LED顯示屏的工作電

105、流時(shí)刻在變化，造成了系統(tǒng)電壓的波動(dòng)。這種電壓波動(dòng)有高頻成分，也有低頻成分。輕則對(duì)周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時(shí)鐘紊亂，邏輯錯(cuò)誤。為避免此，在每個(gè)74HC595的電源VCC和GND旁邊都并聯(lián)了兩個(gè)電容，用于濾波和退耦。穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，旁路掉電源中的高頻脈動(dòng)成份。消除自激，減小對(duì)外雜散電磁輻射，提高EMI電磁兼容性。</p><p>　　74HC595的引腳及邏輯功能如圖3-2。</p><

106、;p>　　圖3-2 74HC595管腳圖</p><p>　　74HC595的管腳功能描述見表3-1：</p><p>　　表3-1 74HC595的管腳功能描述</p><p>　　3.3行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求的行驅(qū)動(dòng)電流較大，目前尚無合適的集成電路來勝任。因此本設(shè)計(jì)的行驅(qū)動(dòng)電路采用三極管擴(kuò)流方式，如圖

107、3-3。</p><p>　　圖3-3 兩種三極管擴(kuò)流方式（共集，共射）</p><p>　　共集驅(qū)動(dòng)方式， 又稱射極跟隨器，當(dāng)電源電壓足夠時(shí)，在負(fù)載上獲得的電壓始終等于基極對(duì)地電壓Ub減去發(fā)射結(jié)壓降Ube。硅管的Ube一般為0.7V左右，因此在5V供電系統(tǒng)中，在負(fù)載上最多能獲得4.3V的電壓，若Ic=1 A 則在三極管上的管耗為1A×0.7V=0.7W，管耗較大，需選用中功率

108、的管子。還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，共集電路的基極是用高電平驅(qū)動(dòng)，而單片機(jī)在復(fù)位期間，所有I/O口都呈現(xiàn)高電平。這樣的話，在開機(jī)上電復(fù)位的瞬間，在所有的行線上都會(huì)獲得電壓。而造成開機(jī)瞬間全屏顯示或造成巨大的浪涌電流沖擊，使電源電壓跌落，單片機(jī)工作異常。</p><p>　　而使用共射驅(qū)動(dòng)方式的話，同樣的電源電壓下，負(fù)載端能獲得4.7V的電壓，Ic=1A時(shí)的管耗只有0.3W。因此可選用小功率器件。共射電路的基極驅(qū)動(dòng)是用低電