led点阵电子显示屏的应用设计_论文(编辑修改稿)

led点阵电子显示屏的应用设计_论文(编辑修改稿)内容摘要：

部份的字节数据移入显示缓冲 ia=0。 //做为点阵数组的元素 for(i=0。 i16。 i++){ //移动是 16 行同时移，因此要处理 16 个字节 for(j=0。 j3。 j++){ //一行 32 个点四字节，有三字节在显示缓冲中移动 lhj[ia]=1。 //移当前显示缓冲的半行字节 if(lhj[ia+1]amp。 0x80) //判断后半行字节的高位是否为 1，是移入前半行字 节低位，否则不处理 lhj[ia]++。 ia++。 } lhj[ia]=1。 //一行 32 个点四字节，将最后一字节用下一个字补上 if(tmp2[i]amp。 0x80) //判断下一个要显示汉字的前半行字节的高位是否为 1，是移入，否则不处理 lhj[ia]++。 ia++。 tmp2[i]=1。 //下一个要显示汉字的半行字节向高位移一位，准备下一次取位 } tmp。 timerc=timer。 //处理完 16 行，调用显示函数更 新点阵 while(timerc) //循环做为处理的速度，即移动的速度 display1()。 } // c。 //移完一半，进入下一半或下一个汉字，直到结束 } } 第 4 章 硬件电路设计 4． 1 显示单元电路设计 为了提高点阵 LED 的视觉亮度，本设计用行线做扫描线，列线做数据线。 每行的显示占空比为直流情况下的 1/16。 为了再进一步的提高视觉亮度，选用了红色 LED 点阵模块 DM880311K。 本设计显示单元以及行列驱动电路如图 图 1616LED 点阵 显示单元以及行列驱动电路 4． 1． 1 LED 点阵模块的选择 本设计采用 8 个 88 点阵的 LED 模块拼接成一个 1632 的单色模块使用。 这样能获得较大的显示单元尺寸和发光亮度。 4． 1． 2 列驱动电路设计 如图 下面虚线框内，本设计中，每个 1616 点阵的列驱动电路由两个串联的 8 位移位锁存器 74HC595 构成。 74HC595，是为 Motorola 的 SPI 总线开发的一款串并转换芯片。 由于 74HC595 的输入输出电平兼容 LSTTL,NMOS,CMOS 电平，且具有较强的输出负载能力，而 被广泛地运用于 MCU（微控制器）、 MPU（微处理器）的 I/O 口扩展。 74HC595 在 5V供电的时候能够达到 30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受 20mA 的灌电流和拉电流。 这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动 LED。 它输入端允许 500nS 的上升（下降）时间，对严重畸形的时钟脉冲仍能检测。 这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使本设计的抗干扰能力增强。 74HC595 并行输出端与 LED 模块列线之间通过 20Ω的电阻连接，这里电阻起到分压，去除红色 LED 的并联嵌位作用。 使红绿两组 LED 均能正常 发光。 由于 LED 显示屏的工作电流时刻在变化，造成了系统电压的波动。 这种电压波动有高频成分，也有低频成分。 轻则对周围无线电环境造成电磁污染，重则使系统时钟紊乱，逻辑错误。 为避免此，在每个 74HC595 的电源 VCC 和 GND旁边都并联了两个电容，用于滤波和退耦。 稳定系统电压，旁路掉电源中的高频脉动成份。 消除自激，减小对外杂散电磁辐射，提高 EMI 电磁兼容性。 74HC595 的引脚及逻辑功能如图 图 74HC595 管脚图 74HC595 逻辑图 74HC595 的管脚功能描述见表 ： 管脚号 管脚名称 管脚功能描述 1 QB 锁存器输出，三态 2 QC 锁存器输出，三态 3 QD 锁存器输出，三态 4 QE 锁存器输出，三态 5 QF 锁存器输出，三态 6 QG 锁存器输出，三态 7 QH 锁存器输出，三态 8 GND 电源地 9 SQH 串行输出，用于级联。 无三态输出功能 10 Reset 低电平有效，当此管脚上出现低电平时，将复位内部的移位寄存器，但不影响 8 位锁存器的值 11 Shift Clk 移位寄存器时钟输入，上升沿将把 A 脚上的数据移入内部寄存器 12 Latch Clk 锁存时钟输入，上升沿将把内部移位寄存器的值锁存起来 13 Output Enable 低电平有效，将锁存器的输出映射到输出并行口（ QAQH）上。 当输入高电平时，高阻态，同时本芯片的串行输出无效 14 A 串行数据输入，数据从这个管脚移进内部的 8 位串行移位寄存器 15 QA 锁存器输出，三态 16 VCC 电源正， 26V DC 表 74HC595 的管脚功能描述 4． 1． 3 行驱动电路设计 因为本设计 要求的行驱动电流较大，目前尚无合适的集成电路来胜任。 因此本设计的行驱动电路采用三极管扩流方式，如图。 图 两种三极管扩流方式（共集，共射） 共集驱动方式， 又称射极跟随器，当电源电压足够时，在负载上获得的电压始终等于基极对地电压 Ub 减去发射结压降 Ube。 硅管的 Ube 一般为 左右，因此在 5V供电系统中，在负载上最多能获得 ，若 Ic=1 A 则在三极管上的管耗为 1A=，管耗较大，需选用中功率的管子。 还有一个重要的特点，共集电路的基极是用高电平驱动，而单片机在 复位期间，所有 I/O口都呈现高电平。 这样的话，在开机上电复位的瞬间，在所有的行线上都会获得电压。 而造成开机瞬间全屏显示或造成巨大的浪涌电流冲击，使电源电压跌落，单片机工作异常。 而使用共射驱动方式的话，同样的电源电压下，负载端能获得 ，Ic=1A 时的管耗只有。 因此可选用小功率器件。 共射电路的基极驱动是用低电平，这就不会造成上述共集电路的浪涌电流影响。 同时，大部分单片机的 I/O是弱上拉输出，也即是单片机能承受较大的灌电流，而只能提供微弱的拉电流。 因此，综合权衡利弊，本设计采用 PNP 管共射 电路作为行扫描线驱动。 现对行驱动电路各元件参数进行计算。 4． 1． 4 行驱动电路元件参数计算 假设条屏使用在极端情况下，每一行的所有 LED 全部点亮。 每行共 4 点阵，每个点阵包含红色，绿色两个 LED。 因此每行共 32 个 LED。 普通 LED 的安全工作电流在 5~20mA 之间，为获得较高亮度，又要兼顾其工作寿命。 本设计中，每只 LED 工作电流取 15mA。 如此可知，当一行全点亮的时候 总电流 : I== 管 耗 : Pc=ICV CEsat(管饱和压降 )==； STC89C52RC 系列单片机的每个 I/O 口能独立承受 20mA 的灌电流，也即是能够给共射驱动电路基极提供 20mA 的偏置电流。 根据上述集电极电流和基极电流的比值，可计算出行扫描驱动三极管的直流电流放大系数 β. 直流电流放大系数 : 144  AAII bC。 对于基极偏流电阻，则起到对基极 20mA 偏置电流限流作用 : 基极限流电阻：  86 A VVI VVR B BEcc； 根据上述计算，综合其成本、封装、散热等因素考虑。 本设计最终采用三只 C8550D 小功率 PNP管并联成一只 PNP中功率管使用。 其主要参数见图。 C8550D 官方数据手册摘录 . 图 C8550D 官方数据手册摘录 从 C8550D 的官方数据手册上可知： 最大集电极电流： Ic=； 最大集电极耗散功率： Pc=1W； 直流电流放大系数： β=160~300； 三管并联，其 Ic 可以扩展到 ， β不变， Pc 扩展到 3W。 本人所购买的 50 只同一批号的 C8550D，经实测， β 均在 150 左右。 因此三管并联无须增加射极均流电阻。 根据 β确定基极电流 Ib和基极限流电阻 R 分别为： 基极电流： mAAIb 191 5  则基极限流电阻：   22619 mA VVI VVR b becc。 4． 2 单片机控制系统电路设计 4． 2． 1 单片机的选型 根据方案论证的结果，本设计采用 STC89C 系列的 STC89C52RC 作为主控芯片。 STC 单片机是深圳宏晶科技的 IC 产品。 STC 单片机完全兼容传统 51 内核，因此使用的编译器和指令代码都和传统 51 单片机相同。 对于 STC89C52RC，主要特性见表 ：（摘录自 STC 单片机官方数据手册） STC 单片机与8051 单片机的性能比较 高速： 一个时钟 /机器周期，增强型 51 内核，平均速度可达到1MIPS/MHz 宽电压： ~ 宽温限： 40℃ ~85℃ 高抗静电： ESD 保护，轻松过 4KV快速脉冲干扰（ EFT 测试） 低功耗：有空闲模式（工作电流小于 ），掉电模式（可由外部中断唤醒，工作电流小于 ），正常模式（工作电流 ~7mA） 工作频率：可从 0 到 48MHz，相当于传统 8051 主频 0~576MHz 时钟：可选择外部晶体或内部 RC 振荡器 STC 12C5412AD 单兼容 MCS51 指令系统 8K 字节片 内 Flash程序存储器，擦写次数 2 万次以上 256x8bit 内部 RAM 数据存储器 可编程 UART 串行通道 片机的内部资源 32 个双向 I/O 口 , 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 2 个串行中断 , 2 个外部中断源 , 共 6 个中断源 ,2 个读写中断口线 低功耗空闲和掉电模式 时钟频率 024MHz 3 级加密位 , 软件设置睡眠和唤醒功能 表 STC89C52 系列单片机主要特性 4． 2． 2 STC 单片机在条屏运用中的优越性 对于单色动态条幅屏的应用需要， STC89C52RC 单片机有以下突出的优点： ●较高的处理速度和时钟频 率，能轻松的实现条屏的各种移动算法。 ●有 UART 串行口，能实现与字库芯片或 PC 机之间的数据交换。 ●有内部 ROM，可用于掉电存放条屏的各种设置参数、汉字内码等数据。 ●内部看门狗，使条屏可以工作在恶虐的电磁环境下。 ●宽电压范围，条屏的负载端电压的波动不会影响其正常运行。 ●丰富的 I/O 口，可以代替 LED 行扫描用的行选通译码器器，降低产品成本。 ●小型封装，便于 PCB 的紧凑化设计。 4． 2． 3 单片机系统电路设计 根据本条屏的实际运用要求，参考 STC 单片机官方数据手册上的应用指南，设计单片机系统电 路如图 所示。 图 单片机系统电路 在图 中，有源晶振为单片机提供 ， 05V幅度的高精度时钟。 根据 STC 单片机数据手册约定，外部有源时钟应从 XTAL XTAL2 脚输入，图中 1uF 的电解电容和 10KΩ的电阻构成微分电路，在系统上电的瞬间，为单片机RESET 脚提供约 2mS 的高电平脉冲，使单片机上电后立即可靠复位。 图中的100uF 电解电容和两个 瓷片 电容，为单片机的供电电源进行滤波和高频旁路，滤除 MCU 及有源晶振对电源系统造成的高频脉动成分，提高系统的稳定性，降低 对外电磁辐射。 旁路电容采用 瓷片 电容，其优点 体积小，耐压高。