led显示屏控制器的设计与实现毕业论文(设计)(编辑修改稿)

led显示屏控制器的设计与实现毕业论文(设计)(编辑修改稿)内容摘要：

1 2 C 5 A 6 0 S 2单 片 机EEPORM64上 位 机RS232电平转换R S 2 3 2屏 蔽线I/O口I/O口通 用 I O 口 图 LED 显示屏 系统 框图 在图 中， X0、 X1—Xn 为显示单元。 整 个显示单元由一个 32*64点阵的 LED 模块和一个 32 位宽的移位锁存器（串行 —并行转换器）构成。 所有显示单元的 16 根行线均连接到公共的行扫描驱动电路。 而每个显示单元的列数据则由 16 位移位锁存器并行输出口提供。 中 12 央微处理器 MCU 负责与所有外围设备的 协调通信，以及各种算法的处理。 MCU 通用 I/O 口来 驱动行扫描驱动电路。 通用 I/O 口模拟同步串行接口以实现和列数据锁存器（移位锁存器）之间的单向通信。 工作原理分析 单片机上电复位后，先从外部存储器 E2PROM 读取上次存储在内部的显示模式， 在 32*64 单色屏中上半屏存储时间、温度等数据。 下半屏存储的是上位机要传输过来的数据。 进入下载模式后从上位机传送来的数据经过 MAX232 串口 存放到 单片机内部的扩展数据存储区 ， 在 AT24C64 存储区中开辟 192 字节（ 1536 位）动态显示缓冲区Display_Buffer 和 32 字节的字模数据缓存区 Temp_Buffer,两个缓存区编址连续。 Display_Buffer 中的一位与 LED 的一个点阵一一对应。 遵循结构化的 程序设计思路 ,把单片机 在显示模式 时 所有工作量分为以下三个任务： (1)、 扫描显示任务：扫描显示任务负责把 Display_Buffer 中的数据依次发送到列驱动器 74HC595，并按严格的时序高电平选通十六根行扫描线（ Y0—Y15），使每一列数据对应着一个行线状态。 (2)、 移动处理任务：移动处理任务负责完成显示字符逐点阵向左移动的算法处理，这是最基本的显示效 果。 其它大部分显示效果如 ：左移六字暂停，全屏定格显示等都是以逐位左移为基础。 对显示字符的移动，实质上是对显示缓冲区 Display_Buffer 内数据的移动。 该算法是将 Display_Buffer 和 Temp_Buffer 中的数据首尾相接地左移一位，并不断把 Temp_Buffer 移入 Display_Buffe。 13 (3)、 字符更新任务：在单片机的 xdata 区开辟了 32 字节的字模数据缓存区 Temp_Buffer。 该缓存区与 Display_Buffer 编址连续。 当调用字符更新任务时，程序从 E2PROM 内码区指定位置 读取相邻两字节的汉字内码数据。 并通过一定的算法， 把上位机发送的汉字编码转换成标准的 GB2312 汉字 编码。 单片机通过 I2C 接口，向 E2PROM发送读命令和地址， 单片机 连续 读取 32 字节的全角汉字字模数据或16 字节的 ASCII 半角字模数据。 这些字模数据就存储在 32 字节的字模数据缓存区中。 字模数据缓存区 Temp_Buffer 中的数据可通过调用移动处理任务而逐位转移至动态显示缓冲区 Display_Buffer 中，这样在 LED 显示屏上就显示我们所需要的内容。 4 硬件电路设计 LED 控 制卡电路设计 LED 点阵屏控制卡是整个 LED 显示屏的核心控制器件，它集成了 STC12C5A60S2 主控 芯片、时钟芯片、温度传感器、存储芯片 、串口转换电路为一体的控制器，它是 控制 点阵屏 的核心部分 ， 各项功能的实现必须经过控制卡的控制。 通过 LED 控制卡来驱动 32*64 显示屏上面的行，列选通芯片，把十六进制汉字编码送 74HC595 显示。 本系统设计的控制卡接有标准的 T08 接口和 T12 接口，也适合 其它型号的点阵屏使用本控制卡， 因此控制卡的设计 非常重要。 图 为核心控制器件与标准的接口，其他各个部分控制电路 (见附 录 A) 14 123456789RST10RXD/1112TXD/13INT0/14INT1/15T0/16T1/17WR/18RD/19XTAL220XTAL121GND2223242526272829303132ALE/33343536373839VCC4443424140STC12C5A60S2PLCC44*189C524430PC630PC7GND10μFCJ11kΩR210kΩR4S5GNDVCCRSTRSTX1X2X1X2 18B20SCLSDA 12345678P2CON1x812345678P1CON1x8GNDGNDGNDGNDGNDENR1R2ABCDG1G2CLKSTB12345678P4CON1x812345678P3CON1x8GNDGNDGNDGNDGNDENR1R2ABCDG1G2CLKSTB12345678910P512345678910P6GNDSTBCLKR1ENDCBAR2G112PJ1GNDVCCR1 R2 G1 G2ENSTBCLKABCD 12Y1T20 接口T08 接口T08 接口单片机最小系统 图 控制卡原理图 列驱动电路 设计 本设计中 32*64 点阵 屏 的列驱动电路由 16 片 串联的 8 位移位锁存器 74HC595 构成， 如下图 所示， 通过 第一片串行数据输出脚（ SQ）接入第二片的 数据输入端 ,再从第二片的数据输出脚接入第三片 595 的 14（ SI） 脚数据输入端，这样通过多片级联就可以控制多个点阵 屏 模块的列选，再加上时钟线（ CLK） ，输出锁存数据 线 （ RST） ，多块 595 级联时也只要控制这三个控制端口我们就可以控制 32*64点阵屏的列选号的输出。 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。 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 15 境造成电磁污染，重则使系统时钟紊乱，逻辑错误。 为避免此 问题 ，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。 Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77GND8Q739。 9MR10SHcp11STcp12OE13DS14Q015VCC16174HC595Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77GND8Q739。 9MR10SHcp11STcp12OE13DS14Q015VCC16274HC595GND GNDGB64GB65GB66GB67GB68GB69GB70GB71GB72GB73GB74GB75GB76GB77GB78GB79VCCGNDVCCGNDVCCVCCR1RSTCLKSD 图 两片 74HC595 级联图 行 驱 动电路设计 32*64 点阵屏共用 16 片 138 级联 ，通过总线驱动芯片 74HC245驱动 行 /列 信号，从总线上的低 4 位输出的行号经两片 138 级联后形成 4/16 线译码器后生成 16 条行选信号， 具体电路如图 所示。 再经过驱动管驱动对应的行线。 一条线上要带动 32 列的 LED 灯同时发光时，按每一 LED 器件 15mA 电流计算， 32 个 LED 同时 发光时，需要 480mA 的电流，选用三极管 8550 作为驱动管可以满足要求。 74HC138为 3线 —8线译码器，其工作原理 为：当 一个选通端（ G1）为高电平，另外两个选通端 G2A 和 G2B 为低电平时，可将地址端（ A、B、 C）的二进制编码在Ｙ０至Ｙ７对应的输出端以低电平译出 ，当数据超过８位之后，电平拉高后可对１６数据操作。 两片级联后的138 电路如下 ： 16 A1B2C3G2A4G2B5G16Y07GND8Y19Y210Y311Y412Y513Y614Y715VCC16U374HC138A1B2C3G2A4G2B5G16Y07GND8Y19Y210Y311Y412Y513Y614Y715VCC16U274HC138VCC VCCGNDGNDA0 B0 C0 OE1 D0 D0C0B0A0OE2OE2 图 两片 74HC138 级联电路图 时钟模块电路 设计 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、 月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源 /后背电源双电源引脚， 同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力，可以对时间进行不掉电 保存。 图 为 时钟 模块 电路 ： VCC1X12X23GND4RST5I/O6SCLK7VCC28DS1302U2DS130210PC810pC9VCCGND10kΩR31 2BT1CR1220GNDVCCGND12Y2 图 DS1302 时钟电路图 温度驱动电路 设计 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片 17 支持 “一线总线差为 177。 2176。 C。 现场温度直 ”接口的温度传感器。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 现在新一代的 “DS1820”体积更小、更经济、更灵活。 DS18B20 支持 “一线总线 ”接口，测量范围55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C 范围内 ,精度为 177。 176。 C。 DS1822 的精度较 接以 “一线总线 ”的数字方式传 输， 见图 所示这种方式 大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度 测量，如 ： 环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 本设计通过 不断 采集 DS18B20 的 I/O 口 输 出的数据送入显示函数实时更新采集过来的温度然后送 LED 显示屏显示。 GNDEI/OBVCCCDS1DS18B2010kΩR9GNDVCC18B20 图 温度 采集 电路 MAX232串行通信电路设计 要使上位机能对条屏进行参数设置，显示内容更新等操作，就离不开和上位机的通信。 有并行和串行两种通信方式，为了节约传输线成本。 本设计采用 RS232C 串行通信方式。 如图 所示 的 与 口接入单片机的数据输入端和数据输出端 ，通过 LED 灯的闪烁判断数据是否 已 传输 到下位 机。 RS232C 是由美国电子工业协会（ EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广泛的标准总线。 现在，计算机上的串行通信端口（ RS232C）是标准配置端口， 已经得到。