智能远程控制led显示设备设计毕业设计论文(编辑修改稿)

智能远程控制led显示设备设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

传输过程中，对外界透明，就是说你看不见他是传送网络，不管传输的业务如何，只要负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理，简单的来说就是发送什么接收的就是什么，这样就省去了普通无线收发模块之间的收发协议的编写。 不使用无线透传模块时，左边设备向右边设备发送数据是通过 TXD 端口串口发送，右边设备的 RXD 端口接收发送的串口数据，反之亦然，如图 33： M CU / PC TXD RXDM CU / PC T XD RXD 图 33 设备数据发送原理图 而使用了无线透传模块后，左边的设备向模块发送串口数据，左边模块的RXD 端口收到串口数据后，自动将数据以无线电波的方式发送到空中，右边的模块能自动感应并接收数据，从 TXD 端口还原发送最初左边设备所发的串口数据至接收端的 RXD 端口，反之亦然，原理图如图 34： M C U / P C T X D R X DM C U / P C T X D R X D模 块T X DR X D模 块T X DR X D无 线图 34 无线透传模块数据发送原理图 无线透传模块拥有 5 个管脚，各管 脚定义如下表： 表 31 管脚定义表 管脚 名称 方向 说明 1 VCC 模块供电 2 GND 模块接地 3 TXD OUTPUT 模块发送 4 RXD INPUT 模块接收 5 SET INPUT 模块配置 具体连接方式为，电脑上位机通过 USB 转 TTL 串口模块引出 5V、 GND、 TXD、RXD 四条引线并连接到无线透传模块作为发送模块的对应管脚，而无线透传模块作为接收模块的一端由单片机引出 5V、 GND、 TXD、 RXD 四条引线并连接到对应管脚，即可完成连接。 LED 显示模块 LED 发光原理 罗瑟夫（ ）在 1923 年就发现了半导体中偶然形成的 PN 结光发射现象，其发光机理是，当在 PN 结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子 空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。 我们最常用的 LED 是 INGaAsP/INP 双异质结边发光二极管。 制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，在热平衡状态下的 N 区有很多迁移率很高的电子， P区有较多迁移率较低的空穴，由于 PN 结阻挡层的限制，常态下两者不能发生复合。 而当给 PN 结加以正向电压时，沟区导带 中的电子则可逃过 PN 结的势垒进入到 P 区另一侧，于是在 PN 结稍偏于 P 区一边的地方处于高能态德尔电子与空穴相遇时，便产生发光复合，光的波长则取决于材料的禁带宽度 Eg。 由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的 LED 可以发出不同波长的光。 8 8LED 模块显示原理 8 8LED 模块由 8 行 8 列共 64 个 LED 组成，用以显示各种文字或图形， 88LED 模块外观数据如图 35 所示： 图 35 8 8LED 模块外观数据 它的工作原理如图 36，模块内部分别将各行 LED 的正极串联，将各列 LED的负极 串联，当第 x 行接通电源正极，第 y 列接通电源负极，当正向电压大于 LED 死区电压时，电流导通，对应的第 x 行第 y 列 LED 灯点亮。 8 8LED 模块的两排引脚一排是阳极引脚，分别对应模块从上到下的 8 行，另一排为阴极引脚，分别对应从左到右的 8 列，在对应引脚上给电即可使对应行列的 LED 灯点亮。 图 36 8 8LED 模块内部电路 而本设计所使用的 16 16LED 模块是由 4 块 8 8 模块组成的，同 8 8 模块一样，需要把相同行的 LED 正极串联，相同列的 LED 负极串联， 16 16 模块接线如图 37： 图 37 16 16LED 模块接线 LED 驱动电路设计 当向 LED 原件施加正向电压时，流过它的正向电流使其发光。 因此 LED 的驱动就是解决如何使其 PN 结处于正向偏置的问题。 而且为了控制它的发光强度，还要解决其正向电流的调节问题。 具体的驱动方法可以分为直流驱动、恒流驱动 和脉冲驱动： ①直流驱动 直流驱动是最简单的驱动方式， LED 的工作点由电源电压 Vcc、串联电阻 R和 LED 器件的伏安特性共同决定。 这种驱动方式适合于 LED 器件较少，发光强度恒定的情况。 例如公 交车恒定显示“ XX 路”等字样的情况。 ②恒流驱动 由于 LED 器件的正向特性较陡，加上器件的分散性，使得在同样电源电压和同样的限流电阻的情况下，各器件的正向电流并不相同，从而引起发光强度的差异。 若对 LED 器件进行恒流驱动，只要恒流值相同，发光强度就比较接近，晶体管的输出具有横流特性，所以可以用晶体管驱动 LED。 一般 LED 允许的连续工作电流在 20mA 左右，除了红色 LED 有饱和现象外，其他颜色 LED 的亮度基本上与流过的电流成比例。 ③脉冲驱动 利用人眼的视觉惰性，采用向 LED 器件重复通电的方式使之点亮，就是脉冲驱动方式。 脉冲驱动的主要应用有两个方面：扫描驱动和占空比驱动。 扫描驱动的主要目的是节约驱动器，简化电路，如 N 行 LED 共用一列数据，称其为 1/N 扫描方式。 占空比控制的目的是调节器件的发光强度，用于图像显示中的灰度控制。 以上三种驱动方式，在实际中往往是组合在一起使用的。 例如，在显示图像的驱动电路中，既使用了扫描驱动，又用到了占空比驱动和恒流驱动。 而 LED 模块的显示一般由动态扫描实现。 本设计采用 LED 列扫描方式进行显示，选用两片 74HC164 芯片进行列扫描驱动， 74HC164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输 入转并行输出。 上一片的 Q7 数据输出端接至下一片数据输入端，即可将两片级联输出 16 位信号控制列扫描。 采用两片 74HC595 移位寄存器芯片负责行输出数据， 74HC595 具有一个 8 位移位寄存器和 8 位输出锁存器，也可以将串行信号转为并行输出，达到节省 I/O 口的目的，而且可以实现数据准备与显示任务的同时进行。 上一片 74HC595 的 Q739。 接到下一片的数据输入端即可完成级联，同时输出 16 位并行信号，控制行数据输出。 一共使用 5 个 I/O 口，分别为行数据输出位、行扫描时钟位、行数据锁存位、列数据输出位、列扫描时钟位。 74HC164 负责快速轮流点亮对应列， 74HC595 负责输出对应列数据。 电路如图 38： 图 38 LED 驱动电路仿真图 然而实际中， 由于 74HC164 的输出不足以驱动 LED 模块，所以焊接时增加了三极管以增大驱动电流，并在 74HC595 及 74HC164 的输出额外添加了限流电阻以保护电路。 电源模块 由于 LED 点阵及无线接收模块运行起来较为耗电，所以需要寻找一种较为稳定、成本低廉的供电方式，由于干电池供电由于其电量小，显示时要经常更换新电池，又因为采用 USB 供电不符合本设备无线移动显示的定位，所以选择用大 容量蓄电池供电。 电源模块采用 7V 蓄电池供电， 低压差三端稳压器 LM2940 将 7V 输入电压转为 5V 电压输出，采用 47μ F 的电容和 F 的电容来分别过滤低频纹波和高频纹波，降低脉动纹波对电路的影响，提高输出电流的质量，而且在输出端添加了一个 LED 指示灯用来显示电路的通 /断电。 具体仿真电路如图 39： IN1O UT3GND2L M 2 9 4 0 C T 5 .0C10 .4 7 u FC24 7 u FC34 7 u FR13 .3 kD1L E D R E D7 .2 V 5V 图 39 电源模块仿真电路图 4 软件系统设计 软件开发平台及开发语言介绍 Keil 开发平台 Keil IDE uVision3 集成开发坏境是 Keil Software 公司开发的基于 80C51 内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具。 Keil 是目前最流行的开发 5l 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境 (uVision)将这些部分组合在一起。 可以完成从工程建立和管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。 尤其 C 编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项 ，在开发大型项目时非常理想。 Proteus 仿真平台 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于 单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真软件 )，从 原理图 布图、 代码 调试到单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将 电 路仿真 软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 805 HC1 AVR、 ARM、 808MSP430 和 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 等， 2020 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面，它也支持 IAR、 Keil和 MATLAB 等多种编译器。 C 语言 C 语言，是一种通用的、程序式的程序语言，广泛用于系统与应用软件的开 发。 具有高效、灵活、功能丰富、表达力强和较高的移植性等特点，在程序员中备受青睐。 C 语言是由 UNIX 的研制者丹尼斯里奇和肯汤普逊于 1970 年研制出的B 语言的基础上发展和完善起来的。 目前， C 语言编译器普遍存在于各种不同的操作系统中，例如 UNIX、 MSDOS、 Microsoft Windows 及 Linux 等。 C 语言的设计影响了许多后来的程序语言，例如 C++、 Java、 C等。 后来于 1980 年代，为了避免各开发厂商用的 C 语言语法产生差异，由美国国家标准局（ American National Standard Institution）为 C 语言订定了一套完整的国际标准语法，称为 ANSIC，作为 C 语言的标准。 1980 年代至今的有关程序开发工具，一般都支持符合 ANSIC 的语法。 上位机软件设计 根据设计要求，上位机只需拥有向单片机发送显示数据及简单的控制指令的功能即可。 这些功能使用现有软件即可达成。 显示数据的提取可以由字模提取软件完成，而串口发送数据的功能则可由串口调试助手完成。 字模提取 LED 显示屏显示的内容涉及到多种文字、图形，各种文字又有大小、字体等属性，建立单片机字库的传统方法有使用硬件字库和使用 UCDOS 的点阵字库两种方法。 这些字库均非矢量字库，大小固定、字体单 一，有较大的局限性，且使用起来需要进行换算，非常麻烦。 目前越来越多的显示屏需要显示美观多样的文字，因此可以利用 Windows 系统自带的矢量字库，不但文字大小可以随意改变，而且字体多种多样，具有很高的使用价值。 在 Windows 环境下提取字模的工作原理是先将汉字或英文字符以图片的方式显示出来，再利用取点法去读取字符的字模，提取字模的具体步骤如下： ①根据要生成字模的点阵大小，按像素显示设置相应的图片框的大小，比如16 1 24 2 32 16 等； ②选择字体类型，字体类型可以选择 Windows 系统自带的矢 量字体，也可以选择其他下载字体； ③调整汉字在图片框中的大小、位置； ④按照汉字内码的顺序，依次将汉字显示在图片上，读取汉字的点阵信息，将该信息存入字库文件； ⑤重复第④步，直到提取完所有汉字。 在软件设计时，通常如果显示的字符不大于 16 16 点阵，则直接采用点阵字库；在显示大于 16 16 的字符时，采用矢量字库。 提取汉字字模的程序流程图如图 41 所示： 根 据 输 入 字 符 内码 ， 计 算 其 在 G B字 库 中 的 位 置根 据 D o t 设 置h z _ b i t （ ） 的 大 小D o t ＜ 1 7。 根 据 D o t 打 开相 应 的 字 库 文 件将 字 模 数 据 存 入h z _ b i t （ ） 变 量根 据 参 数 r e v o l v e处 理 旋 转 矩 阵根 据 参 数 m i r r o r处 理 镜 像 矩 阵将 输 入 字 符 显示 在 图 片 框 上将 字 模 数。