基于51系列单片机的led显示屏的设计学位论文.doc
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1、AbstractScreen control system including input interface circuit, signal control, transform processing circuit, cascade expansion circuit and output interface circuit to the specific technology, involving many. Often used MCS - 51 series microcontroller control, the design USES is STC12C5A60S2 chip c
2、ontrol, technology applications, better at 51 series technology now hardware development is also very fast, also appeared many function very powerful microcontroller, so using SCM can realize the basic function requirement. Unit screen can receive from controller (master control circuit board) or hi
3、gher level display element module transmission of data information and order down information, and can put these data information and order information without any change to teleport to next level again, thus display module unit can be expanded to more display board display unit, used to display mor
4、e display content.Keywords: MCS -51series microcontroller ; 8x8bitmapscreen; Circuit design1.概述目前LED点阵屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕,系统自带字库。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。LED点阵屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。显示
5、和动态效果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动,该方法比较方便。另外,由于受到存储器本身的局限,其特殊字符或图案也往往难以显示,同时显示内容也不能随意更改。LED电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统,是目前国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。在我国改革开放之后,特别是进入90年代国民经济高速增长,对公众场合发布信息的需求日益强烈,LED显示屏的出现正好适应了这一市
6、场形势,因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高,生产也得到了迅速的发展,并逐步形成产业,成为光电子行业的新兴产业领域。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏,到图像显示屏的发展过程。LED点阵屏:LED就是light emitting diode ,发光二极管的英文缩写,简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,又叫电子显示屏或者飘字屏幕,由LED点阵组成,通过红色或绿色灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频,内容可以随时更换,各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成,负责发光显示;控制
7、系统通过控制相应区域的亮灭,可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容,恒舞动卡主要是播放动画的;电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。LED点阵屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展,是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是:亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。 大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场,包
8、括:图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。在表2中列出了LED显示的各种用途。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等;无源显示一般采用翻牌的方法。如今,超高亮度AlGaInP、TS-AlGaAs、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色,可完全满足实现全色大屏幕显示的要求。LED点阵屏可按像素尺寸装配成各种结构,小像素直径一般小于5mm,单色显示的每个像素用一个T-1(3/4)的LED灯,双色显示的每个像素为双色的T-1(3/4)的LED灯,全色显示则需要3个T-1红、绿、蓝色灯,或者装配一个多芯片的T-1(3/4)的LED灯作为一个像素。大像素则是通过把许多
9、T-1(3/4)红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。用InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和ALGaAS(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色,可以提供逼真的全色性能,而且具有较大的颜色范围包括:蓝绿、绿红等,与国际电视系统委员会(NTSC)规定的电视颜色范围基本相符。2.主要模块2.1单片机模块STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(25
10、0K/S),针对电机控制,强干扰场合。是一款增强型8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051。用户应用程序空间较广:8K /16K / 20K / 32K 等。时钟源:外部高精度晶体/时钟,内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟 。共4个16位定时器,两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增
11、支持上升沿中断的PCA模块,A/D转换, 10位精度ADC,共8路,转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,可再用定时器或PCA软件实现多串口。 STC12C5A60S2系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口,RxD2/P1.2,TxD2/P1.3。为确保单片机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机正常工作所需要的供电电压为+5V,由于单片机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC在特定的工作电压范围内以及晶体振荡器稳定工作时,复
12、位信号才被撤除,单片机开始正常工作。目前为止,单片机复位电路主要有四种类型:(1)微分型复位电路;(2)积分型复位电路;(3)比较器型复位电路;(4)看门狗型复位电路由STC12C5A60S2单片机芯片组成的最小系统如下图所示:图2-1 单片机组成的最小系统2.2 LED驱动模块点阵屏是 LED显示屏的一种,一个分支,LED显示屏分为:直插型LED显示屏,一般为户外和半户外屏;一种为表面贴装型,简称表贴,有表贴三拼一和表贴三合一,一般为室内显示屏;其次就是点阵显示屏,封装方式类似于5050和表贴三合一,一颗灯里分别封装有1颗、两颗、三颗芯片,也就分别对应单色、双色和全彩色。点阵屏一般是有8点8
13、点的小模块组成的,所以叫模块,模组和单元板的称呼分别对应户外显示屏和室内显示屏。LED模块就是把LED按一定规则排列在一起再封装起来,加上一些防水处理组成的产品,就是LED模组。所述的四边形模块的主视面上可带有用于模糊模块拼接界限的装饰结构。本设计从视觉和光学的角度出发,利用发光管的余晖和人眼的视觉暂留效益,使人看上去觉得是同时在点亮多个灯。从而显示出变化的数字、文字、图形图像等。一般的点阵显示屏用于室内,大多见于低端的单双色,用来滚动显示文字和图片(双色可播放视频),也有全彩色。点阵显示屏的价格比较低,散热不是很好,效果一般,所以彩屏用的很少2.3 数据控制存储模块74HC595是硅结构的C
14、MOS器件,兼容低电压TTL电路,遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器,三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。74HC595具有一个8位串行输入并行输出的移位寄存器和一个8位输出锁存器,在正常使用时SCLR为高电平, G为低电平。74HC595是一款低噪声、低功耗、高速的COMS移位寄存器,能够驱动15个LS-TTL的负载。该器件包含一个8位串行输入,并行输出的移位寄存器及带有三态输出控制的8位D型存储器。移位寄存器和存储器分别由独立的时钟提供信号。移位寄存器内置直接清零,串行输入和用于级联的串行输出功能。时钟的上升沿触发移位寄存器和存储器。如果同一个
15、时钟提供信号,则移位寄存器的状态必须比存储器提前一个脉冲信号它的使用方法很简单, 数据在SHcp的上升沿输入,在STop的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起,则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入(Ds),和一个串行输出(Q7),和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使能OE()时(为低电平),存储寄存器的数据输出到总线。 8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器,具有高阻关断状态。由于占用MCU的I/O口线少,硬件结构简单,因此应用广泛。如图2-2:图2-2 74HC595引脚图主要引脚介绍: 14脚:串行数据
16、输入端列接MCU-P0.0,行接MCU-P0.1。 11脚:移位时钟接MCU-P0.4。 12脚:输出锁存器的送入信号接MCU-P0.3。 13脚:使能信号控制端接MCU-P0.2本设计中74HC595主要应用于驱动点阵屏,以1616点阵为例:传送一行共二个字节。串行输入,并行输出,总线驱动;标准中等规模集成电路 595移位寄存器有一个串行移位输入(Ds),和一个串行输出(Q7),和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使用OE()时(为低电平),存储寄存器的数据输出到总线。 参考数据 Cpd决定动态的能耗, PdCpdVCCf1+(CLVCC2f0) F1输
17、入频率,CL输出电容 f0输出频率(MHz) Vcc=电源电压2.4 LED字模软件模块在通过软件实现的技术中,目前有许多字模生成软件,软件打开后输入汉字,点“生成字模”(如图2-3),十六进制数据的汉字代码即可自动生成,把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。在通过硬件实现字模提取的技术中,有在单片机系统中增加硬汉字库的方法,主控器发送的汉字是其机内码,用两个字节来表示一个汉字。根据机内码,显示单元控制模块从汉字库中查取显示字模,实现汉字显示。由于带有硬汉字库,进行动态文字显示时,通用智能显示单元仅接受汉字的机内码即可,这样数据通讯量大大减少。因此,“动态文字显示速度快”。 字模信息是
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