基于51單片機的公交車報站系統(tǒng)設(shè)計

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

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </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)計主要是研究公交車報站系統(tǒng)的LED點陣顯示屏技術(shù)。本LED顯示屏能夠以動態(tài)掃描的方式同時顯示兩個32×16點陣漢字，并能通過外接按鍵來更改顯示內(nèi)容，實現(xiàn)公交報站顯示。因為點陣顯示屏廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、機場、銀行等公共場所，所以本設(shè)計具有很強的現(xiàn)實應(yīng)用

4、性。</p><p>　　本設(shè)計具體是使用STC51高速單片機作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動32×16的點陣LED顯示屏。利用STC12C系列高速單片機本身強大的功能和內(nèi)部E2PROM，可以很方便的實現(xiàn)單片機與PC機間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲，并能利用軟件方便的進行顯示內(nèi)容的多樣變化。因為采用串行傳輸方式，使本系統(tǒng)的可擴展性得到提升，便于多個顯示單元的級聯(lián)。</p><p>　

5、　本文從LED的顯示原理入手，詳細闡述了LED動態(tài)顯示的過程，以及硬件電路的設(shè)計、和軟件的設(shè)計等等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：公交報站系統(tǒng)；LED顯示屏；單片機；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

12、- 3 -</p><p>　　1.3 設(shè)計任務(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常見的幾款單片機的介紹- 6 -</p><p>　　2.2.2 STC單片機在條屏運用中的優(yōu)越性- 8 -</p><p>　　2.3 LED點陣顯示屏驅(qū)動方案

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)動方式- 10 -</p><p>　　2.3.3并行控制驅(qū)動方式- 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)動方式的

15、選擇- 11 -</p><p>　　2.4 單片機軟件開發(fā)工具及語言- 12 -</p><p>　　2.5 對于系統(tǒng)電源及通信電纜的考慮- 13 -</p><p>　　2.5.1 對于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- 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)計框圖- 13 -</p><p>　　3硬件電路設(shè)計- 15 -</p><p>　　3.1單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計- 15 -</p><p>　　3.2列驅(qū)動電路設(shè)計- 15 -</p><p>　　3.3行驅(qū)動電路

17、設(shè)計- 16 -</p><p>　　3.3.1 行驅(qū)動電路元件參數(shù)計算- 18 -</p><p>　　3.4與上位機的通信電路設(shè)計- 19 -</p><p>　　4軟件電路設(shè)計- 22 -</p><p>　　4.1單片機軟件總體流程- 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- 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--幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點，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。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。 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、動畫、行情、視頻、錄像信號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。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、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顯示屏因為其像素單

22、元是主動發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 </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，我國城市交通的現(xiàn)狀已引起了政府、公眾、社會各界的廣泛關(guān)注，有關(guān)專家學(xué)者和交通工程師們在吸取各國城市交通發(fā)展經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，找到了一條解決我國城市交通發(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，實現(xiàn)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展與交通需求增長的均衡。</p><p>　　實施“公交優(yōu)先”是解決我國城市交通發(fā)展問題的有效途徑，也是我國目

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重要的子領(lǐng)域，同時也是落實“公交優(yōu)先”，使城市交通與社會經(jīng)濟和諧發(fā)展的重要組成部分。實施公交智能化，必須提高公交服務(wù)質(zhì)量，而到站后的準(zhǔn)確、及時報站就是一個方面。</p><p>　　當(dāng)前國內(nèi)主要大城市的公交車大都采用人工報站,即每到一站由司機或者乘務(wù)員來進行報站。但有時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,會出現(xiàn)報錯站,漏報站的情況,

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,從而影響到了一個城市的窗口形象工程建設(shè)。于是開發(fā)研制公交車報站系統(tǒng)成為必然。</p><p>　　實現(xiàn)公共汽車自動報站是是公交智能化的一份子，是促進智能交通的一個不可缺少的步驟，同時也是落實“公交優(yōu)先”使城市交通與社會經(jīng)濟和諧發(fā)展的重要組成部分。</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　

26、基于51單片機的公交車報站系統(tǒng)的設(shè)計主要研究方向是關(guān)于LED顯示屏的設(shè)計。所以下主要是關(guān)于LED顯示屏展開論述。</p><p>　　我國LED顯示產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時, 產(chǎn)品技術(shù)推陳門新、一直保持比較先進的水平，90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國際先進水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(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顯示屏科技隊伍，在全國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點陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計》中對國內(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算機及相關(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、環(huán)境適應(yīng)能力強、性能價格比高、使用成本低等特點，在短短的10來年中，迅速成長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)的文獻期刊書籍，對LED顯示屏的一些研究成果如下：</p><p>　?、僭谧髡吡杭?、王軍的《基于MCS_51單片機的LED 點陣圖文顯示屏設(shè)計》文章中把RS485 和硬件漢字庫技術(shù)應(yīng)用到LED 點陣圖文顯示屏。在控制傳輸方面，通過RS485 總線連接顯示屏和上位計算機，具有分布靈活、擴展方便的優(yōu)點。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IO口控制行選通；LED 陰

30、極通過達林頓管驅(qū)動，用74HC595來輸出列選通，實現(xiàn)漢字顯示。經(jīng)作者實際應(yīng)用驗證，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單片機高速串行輸出口設(shè)計》文章中介紹了單片機高速串行同步移位輸出口的方法：在LED點陣顯示屏的應(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）擴展并行I/O口驅(qū)動LED點陣顯示。LED點陣顯示采用掃描方式，為不產(chǎn)生閃爍感，每秒需要傳送50屏點陣顯示數(shù)據(jù)，這就要求單片機能夠快速地輸出數(shù)據(jù)。AT89C51單片機的串行口在方式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或延時幾個機器周期后才能繼續(xù)寫入下一個數(shù)據(jù)，輸出速度慢。作者采用模塊化設(shè)計，給出基于TTL和PLD的兩種電路的實現(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。這兩種方案在LED點陣顯示系統(tǒng)中都已經(jīng)得到成功的應(yīng)用[1]。</p><p>　?、墼谧髡呲w娟、高正明、李艷麗的《點陣式漢字電子顯示屏的設(shè)計制作》文章中介紹了點陣式漢字電子顯示屏的硬件電路設(shè)計原理與軟件設(shè)計方案, 采用MCS- 51系列單片機芯片, 得到了一個能夠同時顯示4個漢字, 16 􀀂 16的并可以根據(jù)需要擴展的LED 點陣式顯示屏。該系統(tǒng)通過跳線決定要

33、顯示的內(nèi)容, 設(shè)計所需的部件較少, 原理簡單, 具有設(shè)計先進、顯示活潑、可動態(tài)滾動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,通過報警聲的不同識別不同的故障[5]。</p><p>　?、茉谧髡哂芜_章、黃勁的《簡易LED 點陣漢字顯示控制模塊設(shè)計》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。該模塊擴展柔性大，易于擴展字庫容量和LED 顯示屏數(shù)量，可以同時顯示多個漢字和字符， 另外成本較低，電路與控制方案簡潔明了，容易實現(xiàn)，具有應(yīng)用推廣價值[15]。</p><p>　?、菰谧髡邚埣t、于平、程文播的《基于單片機控制的LED 點陣顯示屏系統(tǒng)》文章中給出了一個點陣顯示屏的硬件及軟件的整體設(shè)計，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)是一個方便實用的點陣顯示系統(tǒng)。其創(chuàng)新點是克服了原來固定顯示的缺點，可以通過通訊模塊實現(xiàn)顯示內(nèi)容的實時更改。采用單片機控制克服了用電腦實現(xiàn)動態(tài)顯示成本高的缺點。在左移顯示模塊中采用移入半個漢字的方法克服了掃描時間不足而出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象[16]。</p><p>　　1.2.3 發(fā)展趨勢</p><p>　　現(xiàn)代信息社會中，作為人機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

36、入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(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)品市場價格每平方米在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, 由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預(yù)計在未來幾年的發(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，體育場館的顯示方面全彩色LED屏更會成為主流產(chǎn)品。全彩色

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

39、性等成為主要的競爭因素。這就對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)實施ISO9000系列標(biāo)誰。行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成、對產(chǎn)品的檢測有了相對統(tǒng)一的認識和評判依據(jù)，生產(chǎn)條件差、技術(shù)性不強、售后服務(wù)體系不完養(yǎng)的企業(yè)將受到市場的淘汰，預(yù)計今后幾年內(nèi)一批小規(guī)模LED顯示屏廠商會逐步淡出，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)計大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(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，部分潛在的市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄? 如公共交通、停車場、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顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額[12~14]。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　本設(shè)計以AT89C51單片機為核心，用LED顯示屏顯示站名的即經(jīng)濟、高效、直觀的公交車到站自動報站系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路模塊主要包括單片機的選擇和外圍電路的設(shè)計模塊、按鍵電路的設(shè)計模塊、顯示及驅(qū)動電路的設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計模塊、串行

42、通信電路的設(shè)計模塊。此外，還要以C語言為基礎(chǔ)進行編程，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的完成報站功能。本設(shè)計的任務(wù)就是完成一個可以擴展的單色動態(tài)條幅屏。</p><p><b>　　任務(wù)要求：</b></p><p>　?。?）能同時顯示兩個簡體漢字</p><p>　?。?）能實現(xiàn)漢字在LED顯示屏上反復(fù)滾動地顯示</p><p&g

43、t;　　（3）能通過外接按鍵實現(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：單一顏

44、色（紅色或綠色）。 </p><p>　　雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。 </p><p>　　全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色，256級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，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 </p><p>　　LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。</p><p><b>　　按使用場合分類</b></p><p>　　室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ3mm--Φ8mm，顯示面積一般零點幾至十幾平方米。

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、藍發(fā)光二極管封在一個塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強亮度。</p><p>　　2.1.2 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點陣顯示器模塊，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陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、

48、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。LED點陣規(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。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(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亮?xí)r間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。</p><p>　　圖2-1示出最常見的8×8單色LED點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。</p><p>　　圖2-1 8×8單色LED模塊內(nèi)部電路</p><p>　　LED點陣顯

50、示器單塊使用時，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．如5x7點陣顯示器用于顯示西文字母．5×8點陣顯示器用于顯示中西文，8x8點陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過PC機或單片機控制驅(qū)動。</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點陣塊作為基本顯示單元。所以顯示一個簡體漢字，至少需要16×16點陣來描述。為了在較遠距離處獲得清晰的視覺效果，本設(shè)計采用4個8×8點陣，像素直徑5mm的LED模塊拼接成16×16點陣的LED陣列。這樣每個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)計要求整個屏幕能同時顯示兩個漢字，則至少需要用8個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常見的幾款單片機的介紹</p><p>　　PIC系列單片機：PIC單片機采用精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的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位單片機相比，可以達到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在推出一款新型號的同時推出相應(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，實時性非常好。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。自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。</p><p>　　AVR系列單片機：是一種新型的單片機。運行速度快，一個時鐘周期執(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，預(yù)先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。AVR單片機是多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。超功能精簡指令，具有32個通用工作寄存器，相

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

56、28倍。AVR是低功耗單片機，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；對于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時為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：51系列是指是兼容Intel公司51指令集的單片機系列的統(tǒng)名稱。這種單片機所包括的硬件資源有：</p>

57、;<p>　?。?）一個8位的微處理器；</p><p>　?。?）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以欲顯示的數(shù)據(jù)等；</p><p>　?。?）片內(nèi)程序存儲器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；</p><p>　　（4）四個8位并行I/O接口P0～P3，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；

58、</p><p>　　（5）兩個（或三個）定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對 外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制；</p><p>　?。?）五（或六個）個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；</p><p>　?。?）一個全雙工UART接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O，用于實現(xiàn)單片機之間或單片

59、機與微機之間的串行通信；</p><p>　?。?）片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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系列單片機也是一款功能強大的單片機。</p><p>　　STC89C51系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/ 高速/ 低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 時鐘 / 機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX

60、810專用復(fù)位電路。</p><p><b>　　特點如下：</b></p><p>　?。?）.增強6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU；</p><p>　　（2）工作電壓：5.5V~3.4V（5V單片機）/3.8V~2.0V（3V單片機）；</p><p>　?。?）工作頻率范圍：0~40MHz，相當(dāng)

61、于普通8051的0～80MHz實際工作頻率可達48MHz；</p><p>　?。?）用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)；</p><p>　?。?）片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM；</p><p>　　（6）通用I /O口（32/36個）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，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I /O 口用時，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>　?。?）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，可省外部復(fù)位電路；</p><p>　　（11）共3 個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用；</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），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個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單片機在條屏運用中的優(yōu)越性</p>

65、<p>　　對于單色動態(tài)條幅屏的應(yīng)用需要，STC12C5412AD單片機有以下突出的優(yōu)點：</p><p>　　●較高的處理速度和時鐘頻率，能輕松的實現(xiàn)條屏的各種移動算法。</p><p>　　●有SPI和UART兩個串行口，能實現(xiàn)與字庫芯片或PC機之間的數(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。</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，條屏的負載端電壓的波動不會影響其正常運行。</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。</p><p>　　從以上幾種型號單片機的比較中可以看出，PIC單片機、AVR單片機雖然在很多方面都有其特點，如在運行速度上，內(nèi)部資源的配置等。但因其價格高，開發(fā)工具不及使用51系列單片機齊全，再考慮本系統(tǒng)對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。</p><p>　　2.3 LED

68、點陣顯示屏驅(qū)動方案</p><p>　　2.3.1 LED顯示屏的工作原理</p><p>　　LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(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，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，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>　　點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動態(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完整的，相對靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(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LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。</p><p>　　在這種形式的LED點陣模塊中，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處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個LED全點亮。</p><p>　　現(xiàn)描述一下用動態(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 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程</p><p>　　假設(shè)X,

72、Y為兩個8位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)，X的每位對應(yīng)LED模塊的8根列線X7-X0，同樣Y的每位對應(yīng)LED模塊的8根行線Y7-Y0。在這個示例中，Y叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為“1”即有效行選通電平，X叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動態(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>　?。?）．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>　　如果高速地進行（1）到（9）的循環(huán)，且兩個步驟間的間隔時間小于1/24秒，由于視覺暫留。LED顯示屏上

75、將呈現(xiàn)出一個完整的“B”字符。這就是動態(tài)掃描的原理。只不過實際運用的時候，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，因為其發(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>　　在實際運用的時候，還要在每兩幀之間加上合適的延時，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。在幀切換的時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)動方式</p>&l

77、t;p>　　所謂串行控制驅(qū)動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過串行方式送入點(列)驅(qū)動電路。其特點是單元內(nèi)的線路連接簡單,這給印刷電路板的設(shè)計帶來了方便。同時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)動芯片。建議采用6B595或9094(74LS595也可用),因為這幾種芯片都具有一定的驅(qū)動能力可直接驅(qū)動LED發(fā)光管而無須另外添加驅(qū)動芯片。同時,串行移位并行功率輸出的芯片(6B595、9094)自身具有級聯(lián)功能,為單元的級聯(lián)提供了支持。關(guān)于行的控制和驅(qū)動是相對容易的,因為行的工作方式是分時順序工作的。由于行的組成是幾個模塊并聯(lián)形成的,因此驅(qū)動的功率要求是比較大的。行的驅(qū)動一般是采用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)動方式</p><p>　　并行控制驅(qū)動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過并行(8位)方式送入點(列)驅(qū)動電路。每送入一個字節(jié)就完成了一個模塊的一個行的數(shù)據(jù)置入,其優(yōu)點是數(shù)據(jù)的刷新速度塊,這就減輕了上一級控制系統(tǒng)的壓力。在

80、同樣的數(shù)據(jù)處理量的前提下,對處理速度要求的降低,就意味著對系統(tǒng)投入的降低。同時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)計方案的特點是設(shè)計線路簡潔,控制方便快速。系統(tǒng)的整體投入成本比較低,這一設(shè)計方案將大大地提高系統(tǒng)的性能價格比。關(guān)于在并行控制驅(qū)動方式下的行控制驅(qū)動的設(shè)計可參照串行控制驅(qū)

81、動方式設(shè)計。并行控制驅(qū)動方式的缺點是: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)計難度。同時提高了印刷線路板的密度,對生產(chǎn)加工和調(diào)試提出了較高的要求。但設(shè)計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)的手段和使用先進的儀器設(shè)備加以克服的。由于并控制驅(qū)動方式的自身特點,使得單元的級聯(lián)不成問題。只要設(shè)計時對控制信號的級聯(lián)驅(qū)動</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)動電路于一身的高度集成控制驅(qū)動芯片。采用ZQL9701芯片將會使單元的控制、驅(qū)動更為簡單,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)的顯示灰度達到256級。采用ZQL9701芯片設(shè)計顯示單元時,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)備進行生產(chǎn)。這對一般的生產(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點所在位置相對應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。16×16的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，1 6×16的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是16×16的點陣，在實際應(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很龐大的數(shù)字。</p><p>　　因此在實際應(yīng)用中的顯示屏都不采用這種設(shè)計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行(比如16行)的同名列共用一套列驅(qū)動器。具體就1 6×16的點陣來說，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>　　采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯

87、示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(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，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?lt;/p><p>　　采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順

88、序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對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)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長．在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，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，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，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)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串人并出的移位功能；對于列數(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)打入并行鎖存器進行顯示時，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)動器是一個不錯的選擇，本設(shè)計便考慮使用它作為列驅(qū)動器。而行驅(qū)動器傳統(tǒng)是使用兩個74LS138三八譯碼器芯片來進行行掃描，本設(shè)計便考慮使用74LS154四十六譯碼器芯片作為行驅(qū)動器。</p><p>　　2.4 單片機軟件開發(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STC12C5412AD。為此，首選Keil μVision作為其開發(fā)工具。

91、Keil  μVision是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強大，生成的代碼緊湊，是目前世界上使用最廣的51系列兼容單片機開發(fā)工具。</p><p>　　本設(shè)計中，單片機軟件是采用C51語言編寫，C51語言是ANSI C的擴展集，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、護性上有明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　2.5 對于系統(tǒng)電源及通信電纜的考慮</p><p>　　2.5.1 對于LED顯示屏的電源要求</p><p>　　本系統(tǒng)沒有設(shè)置獨立的5V穩(wěn)壓器件，因此要求外部能對其提供相對穩(wěn)定的電壓。為保證單片機等集成電路的穩(wěn)定工作，要求電源電壓的最大波動范圍在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，工作電流可以達到3A；在滾動顯示漢字的時候，耗電約為500mA左右。因此，要求供電電源在負載電流變化較大的情況下能保持相對穩(wěn)定的電壓輸出。同時，條屏一般是全天候工作，對電源系統(tǒng)的長時間工作的穩(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的電流容量對于條屏系統(tǒng)3A的滿負荷電流仍有較大的余量。這保證了長時間使用穩(wěn)定性。</p><p>　　2.5.2 開關(guān)電源在條屏應(yīng)用中的優(yōu)勢</p><p>　　使用開關(guān)電源，相對于線性電源來說，有以下幾個明顯的優(yōu)勢。</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，長時間滿負荷工作也不會引起電源過熱。正好滿足條屏的應(yīng)用場合。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)勢越明顯。對于通信電纜的選擇，本設(shè)計是將通信線和電源輸入合并在一個DB9連接器上。外部電纜

96、使用多芯屏蔽電纜。這樣的設(shè)計，緊湊美觀，堅固耐用。</p><p>　　2.5.3 系統(tǒng)電源的選擇</p><p>　　本設(shè)計使用低壓差線性穩(wěn)壓集成電路開關(guān)穩(wěn)壓器LM2940元件為LED顯示屏、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器和單片機供電。因為開關(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)計框圖</

98、p><p>　　通過前面對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。每個顯示單元由一個16×16點陣的LED模塊和l兩個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)動電路。而每個顯示單元的列數(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)動行掃描驅(qū)動電路。用通用I/O口模擬同步串行接口以實現(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（上位機）的RS-232C電平經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，通過UART接口與MCU進行雙向通信。</p><p>　　電源則為各個模塊提供穩(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</b></p><p>　　3.1單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　STC51單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計如圖3-1。.</p><p>　　圖3-1 單片機最小系統(tǒng)圖</p><p>　　51單片機的

101、最小系統(tǒng)由單片機、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>　　晶振電路為單片機提供時序使單片機能夠正常工作，在圖3-1中采用單片機內(nèi)部振蕩方式。此時，只要接上兩個電容和一個晶振即可。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的相等的兩個瓷片電容。</p><p>　　C1和R2構(gòu)成了復(fù)位電路。剛開始上電時時，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9腳RST上變成了低電平。在此過程中只要滿足單片機9腳RST上的高電平持續(xù)24個振蕩周期即可使單片機復(fù)位。</p><p>　　3.2列驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計中，每個16×16點陣的列驅(qū)動電路由兩個串聯(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，且具有較強的輸出負載能力，而被廣泛地運用于MCU（微控制器）、MPU（微處理器）的I/O口擴展。</p><p>　　74HC595在5V供電的時候能夠達到30MHz的時鐘速度，每個并行輸出端口均能承受20mA的灌電流和拉電流。這個特點保證

104、了不用增加額外的擴流電路即可輕松的驅(qū)動LED。它輸入端允許500nS的上升（下降）時間，對嚴(yán)重畸形的時鐘脈沖仍能檢測。這樣就可以容納較大的傳輸線對地電容，使本設(shè)計的抗干擾能力增強。</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、流時刻在變化，造成了系統(tǒng)電壓的波動。這種電壓波動有高頻成分，也有低頻成分。輕則對周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時鐘紊亂，邏輯錯誤。為避免此，在每個74HC595的電源VCC和GND旁邊都并聯(lián)了兩個電容，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成份。消除自激，減小對外雜散電磁輻射，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)動電路設(shè)計</p><p>　　因為本設(shè)計要求的行驅(qū)動電流較大，目前尚無合適的集成電路來勝任。因此本設(shè)計的行驅(qū)動電路采用三極管擴流方式，如圖

107、3-3。</p><p>　　圖3-3 兩種三極管擴流方式（共集，共射）</p><p>　　共集驅(qū)動方式， 又稱射極跟隨器，當(dāng)電源電壓足夠時，在負載上獲得的電壓始終等于基極對地電壓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。還有一個重要的特點，共集電路的基極是用高電平驅(qū)動，而單片機在復(fù)位期間，所有I/O口都呈現(xiàn)高電平。這樣的話，在開機上電復(fù)位的瞬間，在所有的行線上都會獲得電壓。而造成開機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，單片機工作異常。</p><p>　　而使用共射驅(qū)動方式的話，同樣的電源電壓下，負載端能獲得4.7V的電壓，Ic=1A時的管耗只有0.3W。因此可選用小功率器件。共射電路的基極驅(qū)動是用低電