电子广告牌设计学位论文(编辑修改稿)

电子广告牌设计学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

在设计的时候，需要注意电路不能出现短路，以免损坏电脑的 USB 接口。 图 USB 接口 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 9 单片机振荡电路设计 单片机的运行需要一个时钟频率，类似我们的计算机的 CPU 主频的高低，现在计算机的 CPU 一般用 GHz 来左单位。 而我们的 51 单片机常用到 的时钟频率有 12MHz，这些时钟频率都是依靠外部晶振产生的。 晶振连接到单片机的 XTAL XTAL2 引脚处。 电路上的晶振旁有两个无极性电容，容量为 33P。 这两个电容称晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。 晶振的负载电容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C （ ） 式中 Cd,Cg 为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容 ,Cic（集成电路内部电容） +△ C（ PCB 上电容）经验值为 3至 5pf。 设计需要考虑到串行通信的使用，为了减少误码率提高通信质量，因此选用 晶振。 图 单片机振荡电路 单片机复位电路设计 复位是单片机的初始化操作。 单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的状态，并从这个状态开始，因而，复位是一个很重要的操作方式，但是单片机本身不能自动进行复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现。 电子广告牌设计 10 本设计采用的是上电加按键手动复位，如图所示。 当复位按键按下后，复位端通过51欧姆的小店组与 +5V 电源接通，电容迅速放电，使得 RST 引脚为高电平；当复位键弹起后， +5V 电源通过 2KΩ电阻对 22μ F 电容重新充电， RST 引脚端出现复位正脉冲。 其持续时间取决于 RC 电路的时间常数。 图 单片机复位电路 LED 点阵屏驱动设计 16 32LED 点阵的设计 显示一个简体汉字，至少需要 16 16点阵来描述。 本设计采用 4个 8 8点阵的 LED模块拼接成 16 16 点阵的 LED 阵列。 为了能更好的显示功能，模块多点是比较好的 ，但考虑到成本的问问题，所以本设计用 8个 8 8的 LED 模块拼接成 32 16 的矩阵。 即可以同时显示两个汉字。 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 11 图 16X16 点阵设计图 LED 点阵屏行驱动设计 设计的要求屏幕需要有 32 16 的分辨率，若使用 8*8 的点阵模块，则需要使用 4块。 每一块点阵屏有 16 根引脚， 4 个点阵模块共有 64 根引脚。 采用动态扫描显示技术，也需要使用 48 个控制端。 单片机仅有的 32 个 IO 是不能满足设计的要求，而且单片机的 IO 负载只有 20mA，这个负载能力只可以点亮一个 LED 发光二极管。 因此，需要借助一些驱动芯 片完成设计。 16 32LED 的点阵屏需要 2 行 16个引脚，为了节省引脚可以采用一个 416显译码器 74HC154 是一款高速 CMOS 器件， 74HC154 引脚兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。 74HC154译码器可接受 4位高有效二进制地址输入，并提供 16个互斥的低有效输出。 74HC154 的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。 该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。 任选一个使能输入端作为数据输入， 74HC154 可充当一个 116 的多路分配器。 当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。 电子广告牌设计 12 图 74HC154 引脚图 将 74HC154 的 A0A3 接到单片机的 口， Y0Y15 分别接点阵的每一行，这样就能控制点阵屏的每一行了。 图 点阵屏行驱动 LED 点阵屏列驱动设计 驱动芯片作用是扩展单片机的 IO 口，同时为点阵屏提供工作电流。 设计选用74HC595 串入并出芯片。 将点阵屏划分为 16 行、 32 列。 下面对这款 74 系列的芯片作 介绍： 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 13 图 74HC595 引脚图 上图为 74HC595 是一款 8 位的串入并出、串 / 并出移位寄存器和 8 位三态输出锁存器。 寄存器和锁存器分别有各自的时钟输入 (SCLR 和 SCK) ，都是上升沿有效。 当 SCLK从低到高电平跳变时，串行输入数据 (SDA) 移入寄存器；当 SLCK 从低到高电平跳变时，寄存器的数据置入锁存器。 清除端 (CLR) 的低电平只对寄存器复位 (QH 为低电平 ) ，而对锁存器无影响。 当输出允许控制 (EN) 为高电平时，并行输出 (Q0～ Q7) 为高阻态，而串行输出 (QH) 不 受影响。 74HC595 最多需要 5 根控制线 , 即 SER、 RCK、 SCK、 SCLR 和 G。 其中第 13 引脚（ G）连接到电源地，第 10 引脚（ SCLR）连接电源正极。 把其余三根线和单片机的 I/ O 相接，第 12 引脚（ RCK）连接到单片机的 P35，第 11 引脚（ SCK）连接到单片机的 P36 第 12引脚（ RCK）连接到单片机的 P35，第 14 引脚（ SER）连接到单片机的 P37，即可实现控制。 74HC595 与点阵屏的列引脚连接前还需串联 20 欧姆的限流电阻，其中用是保护点阵屏中的 LED 发光二极管，延长点阵屏的显示寿命。 图 单片机列驱动 上图为单片机列驱动部分的原理图。 四个 74LS595 级联，四个部分的 Q0Q7 总共 32条引线分别为点阵屏的列，这样就可以通过单片机控制点阵屏的每一列了。 电子广告牌设计 14 设计要求计算机与单片机能实现互相通信，而串口通信是单片机设计开发中最常用的通信接口。 单片机内置 Uart 串口通信控制器，因此可以通过串口方便地与计算机进行数据的交换。 串口通信电路芯片介绍 MAX232 芯片是一款由美信（ MAXIM）公司专门为电脑的 RS232 标准串口设计 的接口电路，使用 +5v 单电源供电。 常用于单片机的串口通信的电平转换。 内部结构基本可分三个部分： 1) 电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生 +12v 和 12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 2) 数据转换通道。 由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8脚（ R2IN）、 9脚（ R2OUT）、 10脚（ T2IN）、 7脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数 据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 送到电脑 DB9 插头； DB9插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 3) 电源输入。 15脚 GND、 16脚 VCC（ +5v）。 本设计就是利用 MAXIM 公司的单电源芯片 MAX232 来完成单片机 TTL到 RS232C 电平的转换。 MAX232 是单电源双 RS232C 发送 /接收芯片。 它符合所有的 RS232C 技术规范，只要单一 +5V 电源供电；片载电荷泵，具有升压、电压极性反转能力，能够产 生 +10V 和 10V 电压 V+、 V ；低功耗，典型供电电流 5mA；内部集成 2 个 RS232C 驱动器，内部集成 2个 RS232C 接收器。 采用单一 +5V 电源供电，外接只需 4个电容，便可以构成标准的 RS232C 通信接口，硬件接口简单，所以被广泛运用。 MAX232 的引脚排列及功能描述见表 （摘录自 MAX232 官方数据手册） 表 MAX232 引脚功能 脚号 引脚名称 引脚功能描述 脚号 引脚名称 引脚功能描述 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 15 1 C1+ 泵电容 1 正极 9 R2OUT 第二组 TTL/CMOS 电平输出 2 V+ 正电源滤波 10 T2IN 第二组 TTL/CMOS 电平输入 3 C1 泵电容 1 负极 11 T1IN 第一组 TTL/CMOS 电平输入 4 C2+ 泵电容 2 正极 12 R1OUT 第一组 TTL/CMOS 电平输出 5 C2 泵电容 2 负极 13 R1IN 第一组 RS232 电平输入 6 V 负电源滤波 14 T1OUT 第一组 RS232 电平输出 7 T2OUT 第二组 RS232电平输出 15 GND 地 8 R2IN 第二组 RS232电平输入 16 VCC 电源 +5V 电子广告牌设计 16 图 MAX232 封装 串口硬件电路设计 MAX232 的基本电路需要的 4个电容为升压作用，将单片机输入的点评信号转换为177。 12V 的传输电平，以达到 RS232 通信标准。 将无极性 104 电容连接到 MAX232 的第 3引脚，第 5引脚，第 6引脚经过 104 后连接电源地，第 2引脚经过 104 后连接电源正极。 引脚 9与单片机的 Rx（第 10 引脚）相连接，引脚 10 与单片机的 Tx（第 11 引脚）相连接。 经过电平转换后的信号， MAX232 上的第 7 引脚连接到串行通信接口的第 2针 ，第 8 引脚连接到串行通信接口的第 3针。 还需要将串行通信接口的第 5引脚与 MAX232电源共地连接。 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 17 图 串口电路设计 3 单片机软件设计 软件设计环境介绍 本系统的处理器是兼容 8051 指令集的高速单片机 STC12C5412AD。 为此，首选 Keil μ Vision 作为其开发工具。 Keil μ Vision 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列电子广告牌设计 18 兼容单片机 C语言软件开发系统。 其功能强大，生成的代码紧凑，是目前世界上使用最广的 51 系列兼容单片机开发工具。 本设计中， 单片机软件是采用 C51 语言编写， C51 语言是 ANSI C 的扩展集，其语法结构、关键字等与 ANSI C 绝大部分是相同的。 与汇编相比， C51 语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势 点阵屏显示程序 驱动芯片的控制程序 8 位数据从 SER 口送入 74HC595 ，在每个 SCK 的上升沿， SER 口上的数据移入寄存器。 在 SCK 经过第 9 个上升沿， 数据开始从 QH 移出。 如果把第一个 74HC595 的 QH 和第二个 74HC595 SER 相接，数据即移入第二个 74HC595 中，按照如 此规律，数据会一个连接一个传下去。 当数据全部按照移位送完后，给 RCK 一个上升沿，寄存器中的数据即置入锁存器。 此时如果 G 为低电平， 8 位数据从 Q0～ Q7 输出，把 Q0～ Q7 与 LED 点阵的列项连接，当某行为低电平时，该行的 LED 等会按照输出电平点亮。 程序流程图（图）如下： SCK 置为低电平 开始 输出数据到 8位。 N Y 太原工业学院毕业设计 (论文 ) 19 图 74HC595 控制程序流程图 程序设计使用 for 循环 8次，将 1 字节数据按照从低位到高位输出。 开始将同步移位时钟置为低电平，向数据位输出 1位数据，接着 同步移位时钟置为高电平，对需要发送的字节作右移位处理。 经过 8 次移位过程，完成 1字节的发送。 点阵屏显示的移动算法 本设计的 LED 点阵屏幕，可以对信息实现动态显示，字符从右侧往左侧移动。 移动算法分析： 显示的定义为 uchar display[][32]，这里表示了要显示一个完整的字符，需要 32个字符型数据。 为什么呢 ?因为显示一个完整的字符需要四块点阵，每个点阵有 8 行，每行八个点。 就是说，一行的数据就占一个 char，四块当然就是 32个 char 型。 这里变量 i 代表是第几个汉字，变量 j 带便的是该 汉字的第几个 char 数据。 下面是四块点阵的示意图：。