LED顯示屏微處理器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)課題名稱： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：2012 年 06 月 05 日摘要 本題為自擬題目，本題為硬件設(shè)計(jì)并涉及到軟件知識，主要是培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。本設(shè)計(jì)利用微處理器作為控制芯片產(chǎn)生所需時(shí)序，上端通過無線模塊接口從pc端接收數(shù)據(jù)，下端通過微處理器控制驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣led顯示器，板上有eeprom保存顯示數(shù)據(jù)，涉及到的知識有可編程邏輯器件、單片機(jī)、電子cad、模電、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、微機(jī)windows平臺

2、下的編程等方面，最后完成設(shè)計(jì)和制作一個(gè)能在戶外使用的大尺寸led顯示屏。abstractthis entitled personal task, entitled knowledge of hardware design and software is involved, mainly is the practice of cultivating college students innovative consciousness of humanism in collaboration with basic skills, team spirit and the style of study

3、of integrating theory with practice; helps students engineering qualities to develop students practical problems for electronic design and production capacity. this design using microprocessor as control chip produced by needed timing, top by wireless module interface from pc end received data, bott

4、om by microprocessor control drive lattice led monitor, board shang has eeprom save displayed data, involves of knowledge has can programming logic devices, and single tablets machine, and electronic cad, and die electric, and computer interface technology, and computer windows platform xia of progr

5、amming, area, last completed design and making a can in outdoor using of large size led display.關(guān)鍵字 led顯示屏 微處理器 可編程邏輯器件 通訊接口keywords led display， panel microprocessor， programmable logic device， communication interface目錄1、緒論11.1課題背景11.1.1選題背景11.1.2我國的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.2設(shè)計(jì)要求31.2.1顯示屏的規(guī)格31.2.2顯示顏色41.2.3顯示效果

6、41.3設(shè)計(jì)思想41.4系統(tǒng)框圖51.4.1設(shè)計(jì)任務(wù)52、總體結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)62.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.1.1設(shè)計(jì)軟件62.1.2主控板編程軟件82.2電源設(shè)計(jì)92.3上位機(jī)pc92.4主要電路設(shè)計(jì)92.4.1主控芯片的選擇102.4.2顯示屏模塊183、結(jié)論224、謝辭235、參考文獻(xiàn)23附錄a24附錄b25戶外點(diǎn)陣led顯示屏的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) -電路設(shè)計(jì)、印制板設(shè)計(jì)電子與信息工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè) 2008級2班 王潔指導(dǎo)教師 花海安1、緒論1.1 課題背景1.1.1 選題背景1970年代最早的gap、gaasp同質(zhì)結(jié)紅、黃、綠色低發(fā)光效率的led已開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。 從此l

7、ed開始進(jìn)入多種應(yīng)用領(lǐng)域，包括宇航、飛機(jī)、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通信、消費(fèi)類產(chǎn)品等，遍及國民經(jīng)濟(jì)各部門和千家萬戶。到1996年led在全世界的銷售額已達(dá)到幾十億美元。盡管多年以來led一直受到顏色和發(fā)光效率的限制，但由于gap和gaasp led具有長壽命、高可靠性，工作電流小、可與ttl、cmos數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點(diǎn)因而卻一直受到使用者的青瞇。最近十年，高亮度化、全色化一直是led材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題。超高亮度(uhb)是指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過100mcd的led，又稱 坎德拉(cd)級led。高亮度a1gainp和ingan led的研制進(jìn)展十分迅速，現(xiàn)已達(dá)到常規(guī)材料gaa1as、g

8、aasp、gap不可能達(dá)到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國hp公司研制成ingaa1p 620nm橙色超高亮度led，1992年ingaa1p590nm黃色超高亮度led實(shí)用化。同年，東芝公司研制ingaa1p 573nm黃綠色超高亮度led，法向光強(qiáng)達(dá)2cd。1994年日本日亞公司研制成ingan 450nm藍(lán)(綠)色超高亮度led。至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍(lán)以及橙、黃多種顏色的led都達(dá)到了坎德拉級的發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了超高亮度化、全色化，使發(fā)光管的戶外全色顯示成為現(xiàn)實(shí)。中國發(fā)展led起步于七十年代，產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)于八十年代。全國約有100多家企業(yè)，95%的廠家都從事后道封裝生產(chǎn)，

9、所需管芯幾乎全部從國外進(jìn)口。通過幾個(gè)“五年計(jì)劃”的技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和部分關(guān)鍵技術(shù)， 使中國led的生產(chǎn)技術(shù)已向前跨進(jìn)了一步。1.1.2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1.2.1 我國的led顯示屏發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國led產(chǎn)業(yè)已初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，1998年中國光學(xué)光電子待業(yè)協(xié)會光電器件分會led顯示屏專業(yè)委員會成立，此協(xié)會集中了全國有代表性和影響的led顯示屏主要生產(chǎn)企業(yè)，成立之初有55家成員單位，目前已發(fā)展到67家，基本上包括了全國led顯示屏行業(yè)的主導(dǎo)企業(yè)。中國led產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了買器件、買芯片、買外延片之路后，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)外延片和芯片?，F(xiàn)階

10、段，從事該產(chǎn)業(yè)的人數(shù)達(dá)5萬多人，研究機(jī)構(gòu)20多家，企業(yè)4000多家，其中上游企業(yè)50余家，封裝企業(yè)1000余家，下游應(yīng)用企業(yè)3000余家。在“國家半導(dǎo)體照明工程”的推動(dòng)下，形成了上海、大連、南昌、廈門和深圳等國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國led產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。2007年我國led顯示屏產(chǎn)業(yè)主要集中在華東和華南地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模占到全國的60%以上，這一趨勢近兩年更為明顯。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2007年市場銷售額在1000萬元以上的企業(yè)有108家，占到85%，反映出行業(yè)內(nèi)企業(yè)平均規(guī)模水平在提升；2007年市場銷售額在5000萬元以上的企業(yè)有38

11、家，占30%，其銷售額合計(jì)為40.8億元，銷售額占到了全行業(yè)的67.9%，反映出led顯示應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的集約化發(fā)展趨勢；2007年銷售額在1億元以上的企業(yè)有17家，占13.4%，其銷售額合計(jì)28.08億元，銷售額占到了全行業(yè)的46.7%。led顯示屏是發(fā)光二極管主要應(yīng)用面之一，近年來發(fā)展迅速，目前l(fā)ed顯示屏制作技術(shù)先進(jìn)，售價(jià)低，國外公司很難在大陸競爭市場，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1998年我國led顯示屏生產(chǎn)廠商有150多家，制造各類顯示屏約五萬平方米，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值14億元，主要生產(chǎn)廠家有北京蘭通、南京洛普、聯(lián)創(chuàng)健和、上海信茂、上海三思科、東北微電子、西安青松、天津數(shù)據(jù)、深圳同洲等，這些公司生產(chǎn)的戶外屏，全彩

12、色室內(nèi)外屏都能為用戶接受，推動(dòng)了信息顯示市場發(fā)展。1.1.2.2 我國的led顯示屏發(fā)展趨勢1. 藍(lán)色及純綠色led產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。全彩色led顯示屏將是led顯示屏的重要發(fā)展方向。2. 材料、技術(shù)的成熟及市場價(jià)格的基本均衡之后，led顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為led顯示屏發(fā)展的一個(gè)新趨勢。3. 信息化社會的形成，led顯示民間的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型led顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要示訴小型led顯示民間會有較大提高。led顯示頻正在向著高亮度、全彩化，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向快速發(fā)展。1.

13、1.2.3 選題意義通過這次的課題研究可以使我們更好的掌握點(diǎn)陣式漢字led的原理及制作，以及對led顯示屏在我們的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢也有了很好的了解?，F(xiàn)代信息社會中，作為人-機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，led顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并將成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。這也意味著這次的課題研究帶給我們的是更大的發(fā)展前景，更好的發(fā)展前途。1.2 設(shè)計(jì)要求（1）顯示屏的規(guī)格為32x160或32 x192點(diǎn)陣。（2）顯示的顏色紅色兩值。（3）有多種顯示效果。（4）上位機(jī)通過rs232與顯示屏通信更新數(shù)據(jù)

14、。（5）設(shè)計(jì)安裝顯示屏的結(jié)構(gòu)件。1.2.1 顯示屏的規(guī)格規(guī)格主要體現(xiàn)顯示屏的大小和點(diǎn)距，下面主要說明點(diǎn)距：點(diǎn)距就是2個(gè)像素點(diǎn)之間的距離。主要是取決于觀看者的距離。通常點(diǎn)距的概念用于室外屏，有p6、p7.62、p8、p10、p12、p16、p20等，以毫米mm為單位。室外屏觀看距離一般在30米內(nèi)，采用不大于p16（16mm）的模組。點(diǎn)距越密，顯示出來的字筆畫越細(xì)膩，單位面積像素點(diǎn)越多，顯示屏成本越貴。太稀疏的話，近距離看不清。對于橫幅來說，10 mm是比較合適的。有的店面為了省錢，又想做個(gè)大的橫幅，用點(diǎn)距30mm的單元板來做，可是馬路好窄，對面行人看過來，字太大了，要停下來仔細(xì)看才知道是什么內(nèi)容

15、，效果適得其反。1.2.2 顯示顏色單基色led顯示屏由一種顏色的led燈組成，僅可顯示單一顏色，如紅色、綠色、橙色等。雙基色led顯示屏由紅色和綠色led燈組成，256級灰度的雙基色顯示屏可顯示65,536種顏色（雙色屏可顯示紅、綠、黃3種顏色）。全彩色led顯示屏由紅色、綠色和藍(lán)色led燈組成，可顯示白平衡和16,777,216種顏色。根據(jù)要求顯示顏色為紅色兩值，即單基色led顯示屏。1.2.3 顯示效果圖文led顯示屏(異步屏)可顯示文字文本、圖形圖片等信息內(nèi)容?？陕?lián)網(wǎng)脫機(jī)顯示。一般由顯示單元板（模組）、條屏卡、開關(guān)電源、hub板（可選）組成。通過串口線與計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行顯示文字的更改，

16、之后可以脫開計(jì)算機(jī)工作。視頻led顯示屏(同步屏)可實(shí)時(shí)、同步地顯示各種信息，如二維或三維動(dòng)畫、錄像、電視、影碟以及現(xiàn)場實(shí)況等多種視頻信息內(nèi)容。同步屏系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)可大可小，一般由計(jì)算機(jī)、dvi顯卡、數(shù)據(jù)發(fā)送卡、同步數(shù)據(jù)接收卡、hub板、網(wǎng)線、led顯示屏等組成。系統(tǒng)始終需要聯(lián)機(jī)計(jì)算機(jī)工作，將計(jì)算機(jī)上的圖像文字顯示在led大屏幕上。根據(jù)要求顯示效果為圖文led顯示屏。1.3 設(shè)計(jì)思想為了實(shí)現(xiàn)在分析階段所涉及的邏輯模型，我準(zhǔn)備把整個(gè)系統(tǒng)分為上位機(jī)、下位機(jī)以及通訊硬件三個(gè)部分。上位機(jī)軟件部分主要完成輸入字符的代碼轉(zhuǎn)化、顯示、輸出，向用戶提供良好的操作界面等功能。下位機(jī)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收

17、、轉(zhuǎn)換、存儲等功能。通訊硬件部分主要完成上位機(jī)pc與下位機(jī)的全雙工通信。我的設(shè)計(jì)思想為：圖1- 1在我所設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中始終貫徹執(zhí)行著這個(gè)思想。1.4 系統(tǒng)框圖根據(jù)要求畫出的系統(tǒng)框圖： 圖1- 2本系統(tǒng)主要由上位機(jī)pc、主控板、顯示屏和電源組成。1.4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)本人的主要扶著任務(wù)為電路的設(shè)計(jì)，由于本次設(shè)計(jì)電路部分比較復(fù)雜，電路部分將會有幾位組員進(jìn)行共同完成。2、總體結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)22.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)本人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)電路部分，根據(jù)功能主要可以分成2個(gè)模塊：主控板和顯示屏，另外包括電源等。模塊示意圖：圖2- 1 2.1.1 設(shè)計(jì)軟件protel 99 se1.原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖

18、設(shè)計(jì)系統(tǒng)是用于原理圖設(shè)計(jì)的advanced schematic系統(tǒng)。這部分包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器sch以及用于修改，生成零件的零件庫編輯器schlib。2.印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)是用于電路板設(shè)計(jì)的advanced pcb。這部分包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器pcb以及用于修改，生成零件封裝的零件封裝編輯器pcblib。3.信號模擬仿真系統(tǒng)信號模擬仿真系統(tǒng)是在原理圖上進(jìn)行信號模擬仿真的spice3f5系統(tǒng)。4.可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于cupl的集成于原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的pld設(shè)計(jì)系統(tǒng)。protel99內(nèi)置編輯器：這部分包括用于顯示，編輯文本的文本編輯器te

19、xt和用于顯示，編輯電子表格的電子表格編輯器spread。其中，在我們的課題中，我們使用了原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)，印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)，protel 99 se內(nèi)置編輯器，完成了原理圖的設(shè)計(jì)，零件庫的編輯，印刷電路板的設(shè)計(jì)，零件封裝庫的編輯以及元件清單的編輯。 原理圖：在設(shè)計(jì)和實(shí)際繪制原理圖的過程中，我們遵循模塊化的設(shè)計(jì)思想。也就是說，在設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)候，應(yīng)先將整個(gè)系統(tǒng)劃分成不同的功能模塊，如：最小系統(tǒng)模塊，供電模塊等。設(shè)計(jì)硬件原理圖時(shí)應(yīng)注意的問題 雖然原理圖只是建立一個(gè)邏輯連接，但是在布局上也應(yīng)當(dāng)合理。連線盡量不要交叉，在連接兩個(gè)相距比較遠(yuǎn)的器件時(shí)，最好使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號（net label）。對于比較復(fù)雜

20、的電路，應(yīng)將其模塊化，并采用層次化設(shè)計(jì)。 pcb版圖：零件封裝在protel中，它自帶了一些常用的零件封裝，但是，它通常都是不能滿足設(shè)計(jì)者的要求的。因此，我們必須根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)際使用的器件的大小來設(shè)計(jì)零件的封裝。系統(tǒng)布局在protel99的pcb設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，它包含了自動(dòng)布局的功能，不過這樣設(shè)計(jì)出來的電路板通常都是不符合設(shè)計(jì)者要求的。在我們這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用的是預(yù)布局 + 自動(dòng)布線 + 手工調(diào)線三者相結(jié)合，是pcb設(shè)計(jì)更為完善。2.1.2 主控板編程軟件本次設(shè)計(jì)的編程主要由c語言這個(gè)計(jì)算程序設(shè)計(jì)語言來完成，它既具有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它由美國貝爾研究所的d.m.ritchie

21、于1972年推出。1978后，c語言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到c語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。其特點(diǎn)：1 c是高級語言。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實(shí)用性結(jié)合起來。c 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。2c是結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必

22、要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。c 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。3c語言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。4 c語言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如windows、dos、unix等等；也適用于多種機(jī)型。c語言對編寫需要硬件進(jìn)行操作的場合，明顯優(yōu)于其它高級語言，有一些大型應(yīng)用軟件也是用c語言編寫的。2.2 電源設(shè)計(jì)電源電路的設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)的部分，穩(wěn)定的電源可

23、以明顯的提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)電源為5v電源系統(tǒng)。由于led顯示屏幕屬于精密電子設(shè)備，所以要采用開關(guān)電源，不能采用變壓器。一般采用的開關(guān)電源是220v輸入，5v直流輸出，功率根據(jù)需要選取。主控板芯片和顯示屏模塊均使用5v直流電壓源，網(wǎng)上購買一個(gè)led顯示屏專用電源，規(guī)格為200w/5v?？紤]到當(dāng)所有的led都點(diǎn)亮?xí)r的工作電流很大，因此在電路中加入了保險(xiǎn)絲防止過流。如此大的電流在制作pcb時(shí)必須考慮到電流的走向，采用均勻供電的方式可以將電流分散的送出，防止某一處的電流過大。同時(shí)將vcc電源線盡量使用較寬的布線方式。當(dāng)電流經(jīng)過長線傳輸?shù)叫酒碾娫炊藭r(shí)，不可避免的引入了高頻干擾，所以在芯片的電源

24、引腳附近分布一定量的電容進(jìn)行濾除長線干擾。2.3 上位機(jī)pc上位機(jī)pc主要包括上位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)完成對圖形和文字的編輯，通過rs-232-c通信接口與下位機(jī)控制器（即主控板）建立通信鏈路；主控板通過與上位機(jī)協(xié)調(diào)握手信號與上位機(jī)建立通信鏈路，接收上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信息，再經(jīng)數(shù)據(jù)變換處理，驅(qū)動(dòng)掃描板電路；掃描板上led點(diǎn)陣屏幕就顯示出上位機(jī)所傳送的圖形或文字。各個(gè)單元相互協(xié)調(diào)配合，完成led顯示屏的顯示變換功能。由于本次設(shè)計(jì)主體為電路設(shè)計(jì)，在這里就不再詳細(xì)描述上位機(jī)軟件開發(fā)過程。其他3個(gè)模塊為本人本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，將會在第二章進(jìn)行詳細(xì)描述分析。2.4 主要電路設(shè)計(jì)主控板模塊是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，電

25、路主要芯片是單片機(jī)，主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、功放緩沖電路、鍵盤電路、溫度測量電路、溫度控制電路、供電電路、時(shí)鐘電路和串口通信電路。2.4.1 主控芯片的選擇單片機(jī)和fpga比較：單片機(jī)是集成了cpu，rom，ram和i/ o口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制,因此又叫微控制器(mcu)。單片機(jī)品種齊全,型號多樣 cpu 從8，16，32到64位，多采用risc 技術(shù)，片上i/o非常豐富，有的單片機(jī)集成有a/ d，“ 看門狗”，pwm，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。隨著超大規(guī)

26、模集成電路的發(fā)展，nmos工藝單片機(jī)被cmos代替，并開始向hmos過渡。供電電壓由5v 降到3v，2v甚至到1v，工作電流由ma降至a ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。fpga（fieldprogrammable gate array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在pal、gal、cpld等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（asic）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。兩者的區(qū)別，本質(zhì)是軟件和硬件的區(qū)別。單片機(jī)設(shè)計(jì)屬軟件范疇；它的硬件（單片機(jī)芯片）是固定的，通過軟件編程語言描述軟件指令在硬件芯片上的執(zhí)行。fp

27、ga設(shè)計(jì)屬硬件范疇，它的硬件（fpga）是可編程的，是一個(gè)通過硬件描述語言在fpga芯片上自定義集成電路的過程。由于本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不需要處理太多的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)的改變也不是很頻繁，對于這些要求單片機(jī)就可以達(dá)到，而相對于fpga幾十元到上百元的價(jià)格，單片機(jī)就體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢了，所以本次設(shè)計(jì)主控芯片選單片機(jī)。單片機(jī)的介紹：本次設(shè)計(jì)選擇stc89c54, stc是在深圳的一家8051單片機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)公司。stc系列的單片機(jī)現(xiàn)在在中國的51單片機(jī)市場上占有較大比例。宏晶科技現(xiàn)已成長為全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計(jì)公司,現(xiàn)提供專用mcu設(shè)計(jì)服務(wù).深圳宏晶科技有限公司是專業(yè)單片機(jī)供應(yīng)商，致力于提供處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先

28、地位的，高性能stc系列mcu和sram其產(chǎn)品已通過國際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)sgs（瑞士通用公證行）的多項(xiàng)認(rèn)證：1eft測試認(rèn)證：過4kv快速脈沖干擾2綠色環(huán)保認(rèn)證：無鉛認(rèn)證 stcmcu性能特點(diǎn)在于： 89c系列：工作頻率040m相當(dāng)于普通8051的080m，flash程序儲存4k-64k，ram數(shù)據(jù)儲存512b1280b，內(nèi)部集成eeprom 2k16k及看門狗和專用復(fù)位電路，帶a/d功能。12c系列：單時(shí)鐘/機(jī)器周期。超小封裝。2-4路pwm，8-10位高速a/d轉(zhuǎn)換。 flash程序儲存512b60k，ram數(shù)據(jù)儲存256b1280b，集成eeprom及硬件wdt。產(chǎn)品都有為低功耗。有isp和

29、iap功能，強(qiáng)抗干擾和降低emi性能。15f系列有stc最少引腳8引腳的單片機(jī).最顯著的特點(diǎn)就是支持isp在線下載功能。stc89c51rc/rd+ 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/ 高速/ 低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期和6 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期可任意選擇，最新的d 版本內(nèi)部集成max810 專用復(fù)位電路。其特點(diǎn)：加密性強(qiáng),很難解密或破解,解密費(fèi)用很高、國內(nèi)能解密的人少,一般的仿制者望而退步。超強(qiáng)抗干擾: 1 、高抗靜電(esd保護(hù)) 2 、輕松過 2kv/4kv快速脈沖干擾 3 、寬電壓,不怕電源抖動(dòng) 4 、寬溫度范圍,-4085 5

30、、i/o 口經(jīng)過特殊處理 6 、單片機(jī)內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理 7 、單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路經(jīng)過特殊處理 8 、單片機(jī)內(nèi)部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理 9 、單片機(jī)內(nèi)部的看門狗電路經(jīng)過特殊處理 三大降低單片機(jī)時(shí)鐘對外部電磁輻射的措施: 1 、禁止ale輸出 2 、如選 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期,外部時(shí)鐘頻率可降一半 3 、單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器增益可設(shè)為 1/2gain超低功耗: 1 、掉電模式:典型功耗0.1a 2 、空閑模式:典型功耗2ma 3 、正常工作模式:典型功耗4ma-7ma 4 、掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于電池供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等 圖2- 2 圖2-3 單片機(jī)的內(nèi)部資源：一

31、個(gè)8位的cpu一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路4kb的flash rom512字節(jié)的內(nèi)部ram可擴(kuò)展的64kb外部ram和rom的控制電路2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器26個(gè)特殊功能寄存器（雙數(shù)據(jù)指針）4個(gè)8位并行i/0口1個(gè)全雙工串行口5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級內(nèi)部硬件看門狗電路一個(gè)spi串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程單片機(jī)引腳介紹：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏極開路雙向i/o口，每引腳可吸收8個(gè)ttl門電流。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4個(gè)ttl門電流。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出

32、4個(gè)ttl門電流。p3口：p3口管腳是8個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。p3口也可作為at89s51的一些特殊功能口，即第二功能引腳功能說明如下：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）p3.5 t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/pro

33、g：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。/vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。下面介紹電路，主控板主要包括三個(gè)電路：復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、串口通信電路。（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電

34、路和時(shí)鐘電路。所謂最小硬件系統(tǒng)是指單片機(jī)能工作所必須具備的硬件條件，它包括四個(gè)部分，如圖2-6所示：電源電路：芯片接上5v電源，即40腳接5v電源的正，20腳接地。時(shí)鐘電路：18、19腳接晶體振蕩器和電容構(gòu)成時(shí)鐘電路，如圖所示。復(fù)位電路：為保證單片機(jī)正常工作，必須有復(fù)位電路，電路復(fù)位后程序從頭開始運(yùn)行。要使電路復(fù)位，只要在復(fù)位引腳上加兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。圖2-4（2）串口通信電路本次設(shè)計(jì)要求上位機(jī)pc能夠下載程序到單片機(jī)，這就要求實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和pc的通信。隨著單片機(jī)和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在測控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，由pc機(jī)和多臺單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)已成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)

35、方向。它結(jié)合了單片 機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和微機(jī)對圖形處理、顯示的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，windows環(huán)境下后臺微機(jī)在數(shù)據(jù)庫管理上具有明顯的優(yōu)勢。二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)監(jiān)測或控制，而形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。硬件結(jié)構(gòu)和單片機(jī)的通1s 程序設(shè)計(jì)單片機(jī)和pc 機(jī)的串行通信一般采用rs-232、rs-422或b3-485總線標(biāo)準(zhǔn)接口， 也有采用非標(biāo)準(zhǔn)的20nnjl 電流環(huán)的。為保證通信的可靠，在選擇接口時(shí)必須注意：(1)通信的速率；(2)通信距離：(3)抗干擾能力；(4)組網(wǎng)方式。本文主要介紹采用rs-232接口與單片 機(jī)通信的方法。1、rs-232電平轉(zhuǎn)換和

36、pc 機(jī)的接口電路 rs-232是早期為公用電話網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平與itlcmos電乎完全不同。邏輯0規(guī)定為+5-+15v 之間，邏輯1規(guī)定為-5-15v 之間。由于rs-232發(fā)送和接收之間有公共地，傳輸采用非平衡模式，因此共模噪聲會耦合到信號系統(tǒng)中，其標(biāo) 準(zhǔn)建議的最大通信距離為15米但實(shí)際應(yīng)用中我們在300bi：s 的速率下可以達(dá)到300米。rs-232規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換可以采用以下三種方式。一、采用mcl488和mcl489芯片的轉(zhuǎn)換接口 mcl488和mcl489芯片為早期的rs-232至ttl 邏輯電平的轉(zhuǎn)換

37、芯片。該電路的不便之處是需要12v 電壓，并且功耗較大，不適合用于低功耗的系統(tǒng)。 二、采用max232芯片的轉(zhuǎn)換接口max232是maxim 公司生產(chǎn)的，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的rs-232轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5v 電壓轉(zhuǎn)換為rs-232接口所需 的10v 電壓，尤其適用于沒有12v 的單電源系統(tǒng)。與此原理相同的芯片還有max202、 ad 公司的addtl01以及inl2只sil 公司的icl232芯片。三、采用分立元件實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換接口采用分立元件實(shí)現(xiàn)的rs-232-ttl電平的轉(zhuǎn)換接口電路，其特點(diǎn)是利用pc 機(jī)的bs-232接口的腳信號出(也可用、腳)來供給負(fù)

38、電源，fc 機(jī)的、腳在非發(fā)送邏輯0電平時(shí)均為1電平(-10v 左右)，其驅(qū)動(dòng)能力為 20ma，利用這個(gè)特性，用一個(gè)二極管和電解電容，即在電解電容上獲取了rs-232通信所 需的負(fù)電源。該電路簡單、功耗小，在沒有專用芯片時(shí)不失為一種替代方法。上述介紹的rs232至ttl 電平轉(zhuǎn)換的方法可以適用于大多數(shù)通信系統(tǒng)，在一些特 殊應(yīng)用場合需要諸如靜電保護(hù)、多收發(fā)器(如與modem 連接)時(shí)可采用max238(4驅(qū)動(dòng)、4 接收)或max3221t t15kv 靜電保護(hù))等芯片。圖2-4（3）功放緩沖電路單元板/模組是由多塊串接在一起的，而控制信號是比較弱的，在信號傳遞過程中需要將它的功率進(jìn)行放大，在這我使

39、用了74hc245。圖2-6第1腳dir，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，dir=“1”高電平時(shí)信號由“a”端輸入“b”端輸出，dir=“0”低電平時(shí)信號由“b”端輸入“a”端輸出。第29腳“a”信號輸入輸出端，a1=b1、a8=b8，a1與b1是一組，如果dir=“1”g=“0”則a1輸入b1輸出，其它類同。如果dir=“0”g=“0”則b1輸入a1輸出，其它類同。第1118腳“b”信號輸入輸出端，功能與“a”端一樣，不再描述。第19腳g，使能端，若該腳為“1”a/b端的信號將不導(dǎo)通，只有為“0”時(shí)a/b端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。第10腳gnd，電源地。第20腳vcc，電源正極。圖2-52

40、.4.2 顯示屏模塊顯示屏模塊主要組成有l(wèi)ed顯示屏、行驅(qū)動(dòng)、列驅(qū)動(dòng)和電源。系統(tǒng)框圖：圖2-8led顯示屏的選擇：led顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的led顯示屏就需要多個(gè)發(fā)光二極管。構(gòu)成led屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來，二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的led點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的led點(diǎn)陣模塊。這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時(shí)只需更換一個(gè)二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個(gè)led出現(xiàn)問題時(shí)同在一個(gè)模塊

41、的所有l(wèi)ed都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個(gè)led點(diǎn)陣顯示屏。本次設(shè)計(jì)顯示屏規(guī)格為160x32，采用32x16的封裝顯示屏10塊。一個(gè)3216的led顯示屏行和列各有16和8支引腳，不能單靠51單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)所以必須要對單片機(jī)的端口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。經(jīng)常采用的端口擴(kuò)展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行譯碼。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有74ls154（4線-16線譯碼器）、74ls164（8位串并轉(zhuǎn)換器）、74hc595等。51系列單片機(jī)端口低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)20ma，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的）

42、，基本上沒有驅(qū)動(dòng)能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)led顯示屏顯示。2.4.2.1 行驅(qū)動(dòng)采用74hc138和4953來驅(qū)動(dòng)行。74hc138介紹：74hc138是一款高速cmos器件，74hc138引腳兼容低功耗肖特基ttl（lsttl）系列。 圖2-974hc138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（a0, a1和a2），并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出（y0至y7）。74hc138特有3個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（e1和e2）和一個(gè)高有效（e3）。除非e1和e2置低且e3置高，否則74hc138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74hc138芯片和1個(gè)反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行

43、擴(kuò)展，組合成為一個(gè)1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74hc138亦可充當(dāng)一個(gè)8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。4953介紹：4953的作用：行驅(qū)動(dòng)管，功率管 每一顯示行需要的電流是比較大的，要使用行驅(qū)動(dòng)管，每片4953可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)顯示行 。其內(nèi)部是兩個(gè)cmos管，1、3腳vcc，2、4腳控制腳，2腳控制7、8腳的輸出，4腳控制5、6腳的輸出，只有當(dāng)2、4腳為“0”時(shí)，7、8、5、6才會輸出，否則輸出為高阻狀態(tài)（漏極開路）。圖2-6行驅(qū)動(dòng)原理圖圖2-72.4.2.2 列驅(qū)動(dòng)采用7

44、4hc595芯片作為列驅(qū)動(dòng)芯片。74hc595介紹：74hc595的作用：led驅(qū)動(dòng)芯片，8位移位鎖存器 用于驅(qū)動(dòng)顯示列，每片74hc595可以驅(qū)動(dòng)8列，多片74hc595串接在一起，串行列數(shù)據(jù)信號ri（data）、鎖存信號stb、串行時(shí)鐘信號clk都在這個(gè)芯片上圖2-8第8腳gnd，電源地。第16腳vcc，電源正極第14腳data，串行數(shù)據(jù)輸入口，顯示數(shù)據(jù)由此進(jìn)入，必須有時(shí)鐘信號的配合才能移入。第13腳en，使能口，當(dāng)該引腳上為“1”時(shí)qaqh口全部為“1”，為“0”時(shí)qaqh的輸出由輸入的數(shù)據(jù)控制。第12腳stb，鎖存口，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)在傳入寄存器后，只有供給一個(gè)鎖存信號才能將移入的數(shù)據(jù)送q

45、aqh口輸出。第11腳clk，時(shí)鐘口，每一個(gè)時(shí)鐘信號將移入一位數(shù)據(jù)到寄存器。第10腳sclr，復(fù)位口，只要有復(fù)位信號，寄存器內(nèi)移入的數(shù)據(jù)將清空，顯示屏不用該腳，一般接vcc。第9腳dout，串行數(shù)據(jù)輸出端，將數(shù)據(jù)傳到下一個(gè)。第15、17腳，并行輸出口也就是驅(qū)動(dòng)輸出口，驅(qū)動(dòng)led。圖2-93、結(jié)論盡管在我們不懈的努力下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，取得了的成功，但是我們也存在著許多的缺陷和不足之處。由于我們?nèi)狈ο到y(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程缺乏了解，在設(shè)計(jì)中我們走了許多彎路。第一次制版的失誤更是讓我們真正的認(rèn)識到經(jīng)驗(yàn)的重要性。由于對pcb布線布局的不深了解，使的印制板遲遲不能完成。其次是顯示板的pcb設(shè)計(jì)。一方面我們對點(diǎn)陣很陌生，太不了解它了。另一方面我們太不細(xì)心，把點(diǎn)陣的位置放錯(cuò)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我繪制電路板的水平得以非常大的提高，protel 99se軟件的應(yīng)用更加熟練。在軟件部分的設(shè)計(jì)上我們也存在很多不