便捷式LED显示屏控制器的研究(2)bfui.docx
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1、1 绪绪论便捷式LLED显显示屏控控制器又又称基于于USBB的LEED显示示屏控制制器,是是我们综综合LEED显示示屏控制制器的发发展和UUSB的的优点提提出的一一项新型型的显示示屏控制制系统技技术。1.1 课题研究究的背景景和意义LED显显示屏是是利用发发光二极极管点阵阵模块或或像素单单元组成成的大面面积显示示屏幕,目目前,其其广泛应应用于银银行、医医院、体体育场馆馆、车站站、高速速公路、广广场等公公共场所所的信息息显示和和广告宣宣传。传统的LLED 显示屏屏的信息息输入只只能通过过数据线线与专用用电脑直直接连接接来进行行,或者者是由电电脑通过过无线或或有线数数据网络络加控制制电路的的方式实
2、实现。这这些方式式存在一一定的缺缺点和应应用局限限,如专专用电脑脑控制方方式增加加了系统统成本,而而且电脑脑需要一一直处于于开机状状态,控控制系统统本身功功耗较大大;而通通过网络络实现控控制的方方式,网网络初期期投资和和运行成成本比较较大11。USB( 通用用串行总总线) 是INTTEL、DECC、MI2CROOSOFFT、IBMM等公司司联合提提出的、最最近几年年逐步在在PC领域域广为应应用的新新型接口口技术。USB 接口通用性好、实时性强、传输方式多样、成本低、支持即插即用、易于扩展且便于使用,这些优点使其得到许多硬件厂商的青睐。目前各种类型的USB 产品已大量涌入市场,同时也被广泛地用在
3、PC机及嵌入式系统中。USB的的普及使使其成为为在各类类便携式式设备中中进行数数据传输输的一种种较好的的选择。基基于此,本本文提出出了基于于USBB的LEDD显示屏控控制系统统,它具具有传输输速度快快、更新新信息方方便、设设备安装装和配置置容易、易易于扩展展、能够够采用总总线供电电、使用用灵活等等主要优优点;便便于携带带,基本本上完善善了普通通LEDD点阵显显示牌的的功能,具具有良好好的应用用前景和和很高的的实用价价值22。与显示屏屏的发展展密切相相关的是是其核心心技术即即显示屏屏控制系系统技术术的革新新。当前前市场上上流行的的脱机LLED显显示屏控控制系统统的特点点可以概概括为两两点:第第一
4、,人人机交互互系统由由计算机机控制。每每一种显显示屏控控制系统统对应着着一种控控制软件件,LEED显示示屏用户户将要显显示的文文本或图图片通过过上位机机程序输输入计算算机,然然后由上上位机程程序提取取文本或或图片的的点阵信信息并保保存;第第二,通通讯传输输系统为为有线控控制,采采用有线线电缆作作为传输输介质多数数为RSS2322总线或或是RSS4855总线,根根据PCC机配置置的标准准串行接接口,进进行电平平转换。计计算机通通过上述述总线将将点阵信信息传送送给显示示屏扫描描控制系系统扫描描显示。上上述特点点造成了了显示屏屏对计算算机和通通信线路路的依赖赖性,无无形之中中就提高高了使用用成本,给
5、给用户带带来了不不便,某某些用户户甚至为为使用显显示屏而而不得不不专门配配备一台台计算机机,或是是要在不不方便架架设线路路的地方方铺设专专用线路路。这对对于某些些小型显显示屏用用户而言言大大提提高了其其使用成成本,某某些用户户甚至不不得不为为此而忍忍痛割爱爱,从而而极大地地影响到到LEDD显示屏屏使用的的普及。本本文提出出了一种种新的设设计方案案,即在在显示屏屏控制系系统原有有串口的的基础上上扩展标标准USSBHOSST接口口,将计计算机上上相关文文件拷到到USBB存储设设备(UU盘USSB硬盘盘),然后后USBB存储设设备插到到LEDD显示屏屏的控制制系统上上,控制制系统通通过该接接口直接接
6、读取UUSB存存储设备备,完成对对LEDD显示屏屏的文本本和图像像输入,使使LEDD显示屏屏与计算算机的信信息交流流更方便便。该系系统操作作简单,在在一些小小型且需需要不断断改变显显示内容容的LEED显示示屏系统统中具有有较高的的性价比比,大大大缩小了了设备的的占用空空间,而而且摆脱脱了线缆缆的束缚缚和计算算机的控控制。目目前USSB存储储设备这这类电子子信息存存储媒介介已逐步步普及,使使用USSB存储储设备作作为LEED显示示屏信息息内容的的传递媒媒介,将将会给LLED显显示屏特特别是小小型LEED显示示屏带来来一次更更深入的的普及4。1.2 本课题题的研究究方法和和主要工工作1.2.1 本
7、本课题采采用的研研究手段段通过对各各种资料料的查阅阅,完成成对本课课题的各各部分知知识的全全面了解解以及对对课题原原理的掌掌握。然然后初步步完成对对课题的的模块设计计、理论论测试、调调试和改改良,最最后通过过实验、仿仿真分析析进一步步确定最最终结果果。研究究流程如如图1-1所示示。图1-11 工作作流程图图1.2.2 本课题题要完成成的任务务本课题需需要完成成主程序序模块的的设计、UUSB主主控器模模块的设设计、显显示屏扫扫描模块块的设计计、实时时钟模块块设计、外外部存储储模块设设计和按按键指示示模块设设计。满满足U盘盘内数据据的读写写、字模模提取和和写入、LED显示以及键盘扫描等子程序运行需
8、求。即单片机控制系统的软件设计; LED点阵显示系统的软件设计;基于USB接口的单片机控制系统的软件设计;PC机与单片机实现数据通信的模块设计。确定系统统实现方方案,并并绘制出出相应的的系统原原理示意意图,软软件流程程图;结结合另一一个同学学所做的的硬件部部分的设设计进行行相应的的软件部部分设计计,具体体包括:主模块块及各子子模块程程序流程程图、程程序开发发过程文文档、程程序清单单、系统统调试等等。1.3 拟解决决的关键键技术本课题将将解决以以下问题题:1)如何何实现对对U盘数数据的读读取,即即设计UU盘数据据读取程程序;2)如何何实现将将读取的的数据通通过LEED屏显显示,即即设计显显示屏扫
9、扫描程序序;3)将上上述两个个方面结结合到一一起,即即实现读读取和显显示的两两方面功功能。2 便便捷式LLED显显示屏控控制系统统的总体体设计2.1 控制器器系统总总体结构构设计根据所确确定的方方案,此此控制系系统主要要包括:实现对对U盘数数据的读读取及存存储的模模块设计计和实现现所读取取的U盘盘数据在在LEDD屏上显显示的模模块设计计。前者者通过单单片机、UUSB转转换协议议和数据据存储器器实现。后后者通过过单片机机、数据据存储器器和LEED屏驱驱动电路路实现。该该控制系系统的结结构框图图如图22-1所所示。图2-11便捷式式LEDD显示屏屏控制器器系统框框图图中,虚虚线部分分为USSB接口
10、口LEDD显示屏屏控制系系统的结结构框图图,其中中主要包包含:LLED屏屏驱动模模块、单单片机、实时钟模块、USB协议转换电路、按键、复位、电源等。其外围部分连接到U盘接口和LED屏。2.2 U盘数数据读取取模块设计计该部分电电路用于于对U盘盘数据的的读取以以及存储储。其由由单片机机及其外外部数据据存储器器的扩展展电路、电电源电路路、串口口下载电电路、滤滤波电路路、USSB协议议转换电电路和晶晶振与复复位电路路等几个个部分组组成。主主要完成成对U盘盘数据的的读取以以及存储储的功能能。各部部分的模模块设计计将在第第三章详详细说明明。该部部分电路路框图如如图2-2所示示。图2-22 U盘盘读取电电
11、路框图图2.3 LEDD屏驱动动模块设计计从理论上上说,不不论现实实图形还还是文字字,只要要控制与与组成在在这些图图形或文文字的各各个点所所在的位位置相对对应的LLED器器件发光光,就可可以得到到我们想想要的显显示结果果,这种种同时控控制各个个发光点点亮灭的的方法称称为静态态驱动显显示方式式。例如如16xx16的的点阵共共有2556个二二极管,显显然单片片机没有有这么多多的多口口,如果果我们采采用锁存存器来扩扩展端口口,按88位的锁锁存器来来计算,16x16的点阵需要32个锁存器,这个数字很庞大,实际应用中的显示屏往往要大得多,这样在锁存器上花的成本将是很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几
12、乎不采用这种设计,而采用另一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描描的意思思简单地地说就是是逐行轮轮流点亮亮,这样样扫描电电路就可可以实现现多行的的同名列列公用一一套驱动动器。先先送出对对应第一一行发光光管亮灭灭的数据据并所存存,然后后选通第第一行并并使其点点亮一定定的时间间,然后后熄灭;然后第第二行;以此类类推,反反复轮回回。当这这样轮回回的速度度足够快快(每秒秒24次以以上),由由于人眼眼的视觉觉暂留现现象,就就能够看看到显示示屏上稳稳定的图图形了。该部分电电路用于于将读取取的U盘盘数据通通过LEED屏显显示出来来。主要要完成将将存储在在外部扩扩展存储储器中的的数据通通过LEED屏显显示出来来
13、的功能能。各部部分的电电路设计计将在第第三章详详细说明明。该部部分电路路框图如如图2-3所示示。图2-33 LEED显示示屏驱动动电路原原理框图图2.4 存储器器模块设设计LED点点阵显示示屏是利利用连续续刷屏来来实现显显示所要要求内容容的,单单片机从从U盘读读取数据据的速度度比较慢慢,LEED显示示屏速度度跟不上上。要解解决这个个难题,我我们想到到了采用用74HHC573锁锁存器和和62CC2566静态数数据存储储器RAAM对单单片机存存储空间间进行扩扩展。外部数数据存储储器622C2556为332K字字节的88位数据据宽度的的RAMM存储器器,622C2556 的的单片机机寻址范范围为00
14、0000H7FFFFHH,可用来来进行单单片机的的外部数数据存储储器的扩扩展。存存储器相相当于一一个中转转站,单单片机从从U盘读读取数据据写入存存储器,存存储器再再把数据据显示在在LEDD屏上。该该部分电电路框图图如图22-4所所示。图2-44 存储储器模块块原理框框图2.5 本章小小结传统的LLED 显示屏屏的信息息输入只只能通过过数据线线与专用用电脑直直接连接接来进行行,或者者是由电电脑通过过无线或或有线数数据网络络加控制制电路的的方式实实现。这这些方式式存在一一定的缺缺点和应应用局限限,如专专用电脑脑控制方方式增加加了系统统成本,而而且电脑脑需要一一直处于于开机状状态,控控制系统统本身功
15、功耗较大大;而通通过网络络实现控控制的方方式,网网络初期期投资和和运行成成本比较较大。通通过本章章的介绍绍,基于于可移动动存储器器的多路路LEDD显示屏屏控制系系统,采采用体积积小、性性能高的的微处理理器组成成前级驱驱动及控控制电路路,可靠靠地读取取体积小小、容量量大的移移动存储储器(UU盘)中中的内容容。USSB接口口的LEED显示示屏是具具有很大大的开发发意义,通通过U盘盘来更改改LEDD屏显示示的汉字字是一个个质的飞飞跃,给给我在日日常生活活生产中中使用LLED屏屏带来了了很大的的方便,而而且也能能使LEED屏的的使用越越来越普普及化。3便捷式式LEDD屏控制制系统的的软件设计计如上一章
16、章中所述述,便捷捷式LEED显示示屏控制制器系统统主要分分为读UU盘模块块设计、LLED点点阵显示示模块设设计、存存储模块块设计。本本章主要要完成控控制器系系统的软软件设计计。 整个软件件设计主主要分以以下7个模块块:主程程序模块块、U盘数数据读取取模块、LEDD点阵显显示模块块、存储器器模块、实时钟钟模块、数据通通信模块块、按键输输入模块块等。下下面对各各模块的的设计进进行阐述述。3.1软软件程序序编辑语语言及开开发环境境选择以往的单单片机系系统,其其控制程程序大多多是用相相应单片片机的汇汇编指令令编制,虽虽然其执执行效率率高,但但其可读读性和可可移植性性却较差差,直接接影响其其软、硬硬件的
17、扩扩展和升升级44。CC语言早早期用于于编写UUNIXX操作系系统,它它是一种种结构化化的语言言,可产产生紧凑凑代码。CC语言可可用许多多机器级级的函数数直接控控制和操操作单片片机的硬硬件而不不必通过过汇编语语言,与与汇编语语言相比比,C语语言主要要有以下下一些优优点。不要求求了解单单片机的的指令系系统,仅仅要求对对其存储储器结构构有初步步了解;寄存器器分配、存存储器寻寻址及数数据类型型等细节节可由编编译器管管理;程序由由不同的的函数构构成,便便于程序序的结构构化和模模块化;程序的的可读性性及可移移植性较较高;关键字字及运算算符可用用近似人人的思维维方式使使用;程序编编制及调调试时间间显著缩缩
18、短,大大大地提提高了编编程效率率;C语言言提供的的库包含含许多标标准的子子程序,具具有较强强的数据据处理能能力;C语言是是一种非非常便于于使用的的计算机机高级编编程语言言,使用用C语言言进行单单片机 尤其其是MCCS-551系列列单片机机的开发发具有极极大的优优势。因因此,国国外从220世纪纪80年年代中后后期就已已经开始始了将CC语言向向80551单片片机上移移植的步步伐。经经过Keeil/Fraankllin, Arrcheeadees, IARR,BSSO/TTaskkingg等公司司的努力力,到了了20世世纪900年代,针针对80051的的C语言言开始日日趋成熟熟,逐渐渐成为专专业化的
19、的实用高高级语言言。上述述公司都都各自开开发了基基于80051单单片机的的C语言言编译器器,其中中Keiil公司司开发的的编译器器以其使使用方便便、生成成代码紧紧凑及支支持几乎乎所有基基于80051的的单片机机等优点点,并完完整的实实现了AANSII的C语语言标准准,从而而成为当当今使用用最为广广泛的MMCS-51系系列单片片机C语语言开发发软件。 用C551编制制程序时时,同样样应遵循循结构化化、模块块化的设设计方法法。因此此,在编编程时,可可将任务务分成若若干模块块,对每每个模块块分别进进行编制制及调试试,最后后有机结结合成一一个完整整的控制制程序。本设计中中,编程程语言采采用高级级与汇编
20、编语言混混合编程程的形式式,程序序主体采采用C551语言言编写,但但在对速速度要求求苛刻的的部分采采用汇编编语言编编写。开开发环境境选用目目前流行行的Keeil uViisioon3。KeiilSooftwwaree公司推推出的KKeill uVVisiion33是一款款可用于于多种80551MCCU的集集成开发发环境(IDEE),该该IDEE同时也也是PKK51及及其它开开发套件件的一个个重要组组件。除除增加了了源代码码、功能能导航器器、模板板编辑以以及改进进的搜索索功能外外,uVVisiion33还提供供了一个个配置向向导功能能,加速速了启动动代码和和配置文文件的生生成。此此外其内内置的仿
21、仿真器可可模拟目目标MCCU,包包括指令令集、片片上外围围设备及及外部信信号等。uVVisiion33提供逻逻辑分析析器,可可监控基基于MCCUI/O引脚脚和外设设状态变变化下的的程序变变量。uuVissionn3提供供对多种种最新的的80551类微微处理器器的支持持,包括括AnaaloggDevvicees的AADuCC83xx和ADDuC884x,以以及Innfinneonn的XCC8666等。3.2主主程序模模块设计计3.2.1主程程序模块块实现的的功能主程序模模块实现现的功能能为:单单片机能能根据相相应的按按键扫描描控制进进入对应应的应用用程序。3.2.2 程序序设计思思想及说说明本设
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