點(diǎn)陣電子顯示屏制作

1、 點(diǎn)陣電子顯示屏制作目錄 TOC o h z HYPERLINK l _Toc145760256 摘 要 PAGEREF _Toc145760256 h 1 HYPERLINK l _Toc145760257 1：方案論證與比較 PAGEREF _Toc145760257 h 2 HYPERLINK l _Toc145760258 11控制器部分 PAGEREF _Toc145760258 h 2 HYPERLINK l _Toc145760259 12 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 PAGEREF _Toc145760259 h 2 HYPERLINK l _Toc145760260 13 亮度連續(xù)可調(diào) PA

2、GEREF _Toc145760260 h 2 HYPERLINK l _Toc145760261 14 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的選擇 PAGEREF _Toc145760261 h 3 HYPERLINK l _Toc145760262 15 鍵盤的選擇 PAGEREF _Toc145760262 h 3 HYPERLINK l _Toc145760263 16 串行口的選擇 PAGEREF _Toc145760263 h 3 HYPERLINK l _Toc145760264 2系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc145760264 h 3 HYPERLINK l _Toc1457602

3、65 21系統(tǒng)總框圖 PAGEREF _Toc145760265 h 3 HYPERLINK l _Toc145760266 22 硬件部分 PAGEREF _Toc145760266 h 4 HYPERLINK l _Toc145760267 221 采用16個(gè)LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點(diǎn)陣顯示 PAGEREF _Toc145760267 h 4 HYPERLINK l _Toc145760268 222 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc145760268 h 4 HYPERLINK l _Toc145760269 223亮度連續(xù)可調(diào) PAGEREF _Toc145

4、760269 h 5 HYPERLINK l _Toc145760270 224 刷新頻率的計(jì)算 PAGEREF _Toc145760270 h 5 HYPERLINK l _Toc145760271 225 鍵盤 PAGEREF _Toc145760271 h 5 HYPERLINK l _Toc145760272 23 軟件方面 PAGEREF _Toc145760272 h 5 HYPERLINK l _Toc145760273 231 主程序的流程圖 PAGEREF _Toc145760273 h 5 HYPERLINK l _Toc145760274 232 按鍵程序 PAGEREF

5、 _Toc145760274 h 6 HYPERLINK l _Toc145760275 233 行列的掃描 PAGEREF _Toc145760275 h 6 HYPERLINK l _Toc145760276 234 人機(jī)交互 PAGEREF _Toc145760276 h 7 HYPERLINK l _Toc145760277 3測(cè)試、結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc145760277 h 7 HYPERLINK l _Toc145760278 31基本功能 PAGEREF _Toc145760278 h 7 HYPERLINK l _Toc145760279 32 發(fā)揮功能部分 P

6、AGEREF _Toc145760279 h 7 HYPERLINK l _Toc145760280 33 其他發(fā)揮部分 PAGEREF _Toc145760280 h 7 HYPERLINK l _Toc145760281 34刷新頻率的測(cè)試 PAGEREF _Toc145760281 h 8 HYPERLINK l _Toc145760282 35 按鍵的結(jié)果測(cè)試 PAGEREF _Toc145760282 h 8 HYPERLINK l _Toc145760283 4總結(jié) PAGEREF _Toc145760283 h 8 HYPERLINK l _Toc145760284 參考資料：

7、PAGEREF _Toc145760284 h 8摘 要本設(shè)計(jì)使用ARM2138開發(fā)板作為主控制模塊，利用簡(jiǎn)單的外圍電路來驅(qū)動(dòng)16*64的點(diǎn)陣LED顯示屏。利用ARM本身強(qiáng)大的功能和大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)ARM與PC機(jī)和SD卡等外圍存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點(diǎn)陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、銀行等公共場(chǎng)所，所以本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性。AbstractARM2138 used as a main controller design and use of simple external circuit to drive 16*64 the

8、 lattice LED display. ARM itself using powerful functions and capacity of internal storage, it is easy to realize the ARM and PC and SD card for external storage, data transmission equipment and the ability to use the software for the convenience of a variety of content changes, the other dot matrix

9、 display widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.1、方案論證與比較11控制器部分方案一 采用常用的89C51控制。技術(shù)比較熟練，應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在的51系列技術(shù)硬件發(fā)展的也非常得快，也出現(xiàn)了許多功能非常強(qiáng)大的單片機(jī)，因此使用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)要求的基本功能。但是為了實(shí)現(xiàn)多組預(yù)存信息,必須外加具有掉電存儲(chǔ)功能的EEPROM,這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。而且在執(zhí)行動(dòng)態(tài)刷新的時(shí)候讀取EEPROM的

10、速度慢，刷新頻率受到限制。下面是簡(jiǎn)單的用單片機(jī)處理的框圖（圖1）。圖1方案二 應(yīng)用ARM，ARM是一種功耗很低的高性能處理器，技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。方便、安全、高效。作為嵌入式領(lǐng)域中最為廣泛使用的32位處理器結(jié)構(gòu)體系，ARM已經(jīng)成為多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)CPU。ARM處理器技術(shù)正在成為多數(shù)嵌入式高端應(yīng)用開發(fā)的首選。ARM2138芯片具有高達(dá)32KB的內(nèi)存作為數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)非常快的讀取速度。并具有豐富的I/O資源，而且其外圍電路簡(jiǎn)單,在片內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)所有控制。簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度.通過比較，我們選擇方案二。12 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器方案一 非易失性記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失?？墒撬?/p>

11、的非易失性記憶體均源自ROM技術(shù)。只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫入，而且寫入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫入數(shù)據(jù)時(shí)需要的時(shí)間長(zhǎng)，擦寫次數(shù)低,寫數(shù)據(jù)功耗大等缺點(diǎn)。方案二 選用SD卡，其利用記憶性半導(dǎo)體進(jìn)行存儲(chǔ),具有大容量、高速度、非易失性、可在線擦寫特性的存儲(chǔ)器。而且具有成熟的SPI協(xié)議來實(shí)現(xiàn)與ARM的連接.很容易實(shí)現(xiàn)與ARM的數(shù)據(jù)交互傳遞,而且使用SD卡可以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)使用與存儲(chǔ).在更新顯示信息的時(shí)候,只需要用SD卡傳遞.而不需要連機(jī),更新信息方便快捷,更加有利于實(shí)際應(yīng)用?；谝陨细鞣N對(duì)比,我們選

12、用方案二。13 亮度連續(xù)可調(diào)方案一 通過在軟件中調(diào)節(jié)刷新頻率。刷新頻率高的時(shí)候,連續(xù)點(diǎn)亮的時(shí)間短,顯示屏亮度低,當(dāng)刷新頻率調(diào)低時(shí),連續(xù)點(diǎn)亮的時(shí)間延長(zhǎng),顯示屏變亮。因此通過調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)顯示屏亮度的調(diào)整。但是由于軟件調(diào)節(jié)亮度變化不連續(xù).不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的亮度調(diào)節(jié)。并且會(huì)出現(xiàn)閃爍。調(diào)節(jié)的效果不明顯，故不采用此方案。方案二 通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓,實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)線形電壓調(diào)整,從而控制三極管使顯示屏壓降發(fā)生改變。從而達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)亮度的目的。電位器的調(diào)節(jié)范圍較大，因此用此方法來調(diào)節(jié)。 14 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的選擇方案一 在禁止使用專用的LED控制芯片的情況下采用通用芯片74LS595，其具

13、有8位鎖存、串并移位寄存器和三態(tài)輸出，可以用它的鎖存功能實(shí)現(xiàn)硬件電路對(duì)數(shù)據(jù)的刷新。但是需要更多的控制信號(hào)，而且芯片的級(jí)聯(lián)不方便。方案二 由于ARM提供了足夠的內(nèi)存來做為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)對(duì)顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，我們可以用移位寄存器74HC164和譯碼器74HC138來實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示的行列控制.其特點(diǎn)是控制信號(hào)簡(jiǎn)單，級(jí)聯(lián)方便，芯片數(shù)量少。綜合考慮，我們采用方案二。15 鍵盤的選擇方案一 采用專門的鍵盤芯片7289,其可用很少的接口來擴(kuò)展更多的鍵盤，能夠外接8個(gè)LED，64個(gè)按鍵。但是在本系統(tǒng)中只是使用較少的按鍵，而且ARM有豐富的I/O口資源，因此使用7289會(huì)浪費(fèi)按鍵資源，增加成本。方案二 利用I/O

14、口直接連接的獨(dú)立式鍵盤,每鍵都有相應(yīng)的I/O口對(duì)應(yīng),編程容易控制.實(shí)現(xiàn)方便.又因?yàn)锳RM有足夠的I/O口資源.可使用獨(dú)立式鍵盤。因此方案二為最佳方案。16 串行口的選擇方案一 采用RS485來進(jìn)行長(zhǎng)距離（1200M）的傳輸，RS-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)忍攸c(diǎn)而被廣泛應(yīng)用.但RS485總線存在自適應(yīng)、自保護(hù)功能脆弱等缺點(diǎn)，如不注意一些細(xì)節(jié)的處理，常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障而且總線本身存在許多的局限性，效率低，實(shí)時(shí)性差，通信的可靠性低，應(yīng)用不靈活。方案二 采用RS232來進(jìn)行串行的傳輸, 用串行通訊的好處是簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng).由于本系統(tǒng)設(shè)有SD

15、卡存儲(chǔ)器,因此不需要遠(yuǎn)距離傳輸,因此RS232已經(jīng)足夠滿足要求。并且可直接和PC機(jī)接口，不用外加協(xié)議轉(zhuǎn)換電路。綜上所述，方案二比較合理。2、系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)21系統(tǒng)總框圖點(diǎn)陣顯示屏點(diǎn)陣顯示屏控制電路控制電路ARM （LPC2138）ARM （LPC2138）PC機(jī)PC機(jī)SD卡 SPISD卡串串口鍵盤模塊/指示燈鍵盤模塊/指示燈圖2整個(gè)系統(tǒng)以ARM(LPC2138)為控制中心如上圖2所示,系統(tǒng)主要通過SPI協(xié)議來外接入SD卡存儲(chǔ)器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的擴(kuò)展。通過ARM控制器發(fā)出的信號(hào)使LED矩陣驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示屏。通過鍵盤電路控制ARM輸出數(shù)據(jù)的變化。通過RS232的串行口來實(shí)現(xiàn)ARM

16、與PC上位機(jī)的通訊。整個(gè)電路由+5V的電源模塊供電。22硬件部分221 采用16個(gè)LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點(diǎn)陣顯示點(diǎn)陣顯示屏由16個(gè)88點(diǎn)陣LED顯示模塊。16片88點(diǎn)陣LED顯示模塊利用總線形組成一個(gè)1664的LED點(diǎn)陣，用于同時(shí)顯示4個(gè)1616點(diǎn)陣漢字或8個(gè)168點(diǎn)陣的字母字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。222 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路采用74HC138三-八譯碼器和74HC16

17、4移位寄存器。將從ARM里出來的列信號(hào)通過8個(gè)164級(jí)聯(lián)而成的64位的信號(hào)輸出端連接到16*64的點(diǎn)陣LED的輸入端，作為點(diǎn)陣的行驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過164移位這64位的信號(hào)，來控制顯示內(nèi)容的變化。再?gòu)腁RM輸出三個(gè)信號(hào)分別輸入到2個(gè)級(jí)聯(lián)的74HC138譯碼器，然后輸出16位行信號(hào)，經(jīng)過16個(gè)1K的電阻，再輸入到16個(gè)PNP（8550）三極管的B極來進(jìn)行對(duì)行信號(hào)的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個(gè)470歐姆的電阻，得到的信號(hào)作為點(diǎn)陣LED 的行輸入信號(hào)。通過對(duì)138的三個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行控制，改變行信號(hào)。由138和164的信號(hào)，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字

18、。行驅(qū)動(dòng)電路：每個(gè)LED管亮需要7mA的電流，那么64個(gè)同時(shí)亮就需要448mA的電流，所以我們要對(duì)列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，我們采用晶體管8550對(duì)列信號(hào)進(jìn)行放大，使LED點(diǎn)陣能夠正常顯示。其驅(qū)動(dòng)電路如下圖3： 圖3列驅(qū)動(dòng)電路：此電路是由集成電路74HC164構(gòu)成的，它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。電路圖如圖4。圖4223亮度連續(xù)可調(diào)用一個(gè)10K的電位器和KSB834的三極管組成，可以對(duì)LED的壓降進(jìn)行調(diào)節(jié)，以到達(dá)連續(xù)改變亮度。此是作為對(duì)亮度的調(diào)節(jié)的方法。224 刷新頻率的計(jì)算根據(jù)人眼的視覺的暫留特性，50HZ是適宜的刷新頻率，所以CPU的刷新頻率一

19、般不低于60HZ，但是刷新頻率太高的話，會(huì)使顯示屏的亮度降低，所以刷新頻率有最高值要求，本設(shè)計(jì)最高刷新頻率為600HZ。225 鍵盤鍵盤是使用比較簡(jiǎn)單的獨(dú)立式鍵盤，而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊電路圖如圖5： 圖5鍵盤各項(xiàng)功能如下：顯示模式鍵：鍵可以模式選擇五種模式，預(yù)存漢字、預(yù)存符號(hào)、SD卡信息、時(shí)鐘和PC數(shù)據(jù)顯示。滾動(dòng)模式鍵：可以控制二種滾動(dòng)模式，在正常顯示模式下實(shí)現(xiàn)左、右滾動(dòng)。循環(huán)模式鍵：可以控制定時(shí)循環(huán)模式。時(shí)間調(diào)整鍵：即時(shí)間設(shè)定鍵，在時(shí)鐘顯示模式下，可配合加減鍵循環(huán)設(shè)置時(shí)、分、秒。定時(shí)鍵：按下時(shí)，顯示當(dāng)前的循環(huán)間隔的時(shí)間，可利用加減鍵進(jìn)行間隔控制調(diào)整。刷新頻率鍵：按下后，顯示刷新頻率

20、，可利用加減鍵調(diào)整。滾動(dòng)速度鍵：按下后可以顯示當(dāng)前的速度，利用加減鍵調(diào)節(jié)滾動(dòng)速度。加、減鍵：配合其他鍵，在各種模式下，實(shí)現(xiàn)調(diào)整。復(fù)位鍵：復(fù)位系統(tǒng)。23軟件方面本系統(tǒng)的顯示處理采用動(dòng)態(tài)掃描法，而鍵盤處理采用查詢法并注意按鍵的消抖處理。整個(gè)程序可以分為鍵盤掃描、點(diǎn)陣行列的掃描、串口傳輸和SD卡的存儲(chǔ)與讀取。231 主程序的流程圖見下圖6。開始開始初始化寄存器、變量、I/O初始化寄存器、變量、I/O按鍵處理子程序模塊是否按鍵按下？是按鍵處理子程序模塊是否按鍵按下？否處理命令子程序模塊是否收到串口命令？處理命令子程序模塊是否收到串口命令？否圖6232按鍵程序本系統(tǒng)中的按鍵程序分為按鍵掃描子程序和按鍵功

21、能執(zhí)行子程序。而且在按鍵中使用了定時(shí)器Time0來實(shí)現(xiàn)按鍵消抖的功能。按鍵掃描子程序的流程圖如圖7：清中斷清中斷按鍵掃描、讀I/O口按鍵掃描、讀I/O口是否有鍵按下？是否有鍵按下？計(jì)數(shù)器清0否計(jì)數(shù)器清0是計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)器是否大于10？否計(jì)數(shù)器是否大于10？置按鍵有效標(biāo)志是置按鍵有效標(biāo)志中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖7按鍵子程序模塊的流程圖如圖8：判斷鍵值判斷鍵值點(diǎn)亮相應(yīng)的LED點(diǎn)亮相應(yīng)的LED執(zhí)行相應(yīng)的模塊執(zhí)行相應(yīng)的模塊清零按鍵有效標(biāo)志清零按鍵有效標(biāo)志圖8233 行列的掃描本系統(tǒng)中利用ARM中的Time1來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣顯示屏的行列的掃描，其軟件的流程圖如下圖9：清中斷清中斷送掃描行數(shù)據(jù)送掃描行數(shù)據(jù)掃

22、描當(dāng)前行掃描當(dāng)前行行數(shù)加1行數(shù)加1中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖9234 人機(jī)交互在本系統(tǒng)中通過串口與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過PC機(jī)就可以控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新。串口實(shí)現(xiàn)程序流程圖如下圖10：清中斷標(biāo)志清中斷標(biāo)志接收命令存儲(chǔ)接收命令存儲(chǔ)判斷命令包結(jié)束標(biāo)志判斷命令包結(jié)束標(biāo)志否是置有效命令標(biāo)志置有效命令標(biāo)志中斷結(jié)束中斷結(jié)束圖103、測(cè)試、結(jié)果及分析觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并輔助示波器、萬用表得到以下結(jié)果。31基本功能表1要實(shí)現(xiàn)的功能測(cè)試的結(jié)果LED顯示實(shí)現(xiàn)了16*64的點(diǎn)陣顯示顯示屏無閃爍，亮度適中達(dá)到要求按鍵控制切換數(shù)字和字母實(shí)現(xiàn)了此功能能顯示特定漢字和字符能實(shí)現(xiàn)32發(fā)揮功能部分表2功能是否實(shí)現(xiàn)？描述亮度連續(xù)可調(diào)實(shí)現(xiàn)滾屏顯示能實(shí)現(xiàn)左右滾屏實(shí)時(shí)時(shí)間顯示實(shí)現(xiàn)預(yù)存信息能擴(kuò)展到10組（每組漢字8個(gè)或16個(gè)字符）掉電保護(hù)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信可用PC控制操作，參數(shù)設(shè)置33 其他發(fā)揮部分表3功能 是否實(shí)現(xiàn)？描述多字體顯示 實(shí)現(xiàn)，非預(yù)置信息可選兩種不同的字體滾屏顯示 實(shí)現(xiàn)了上下滾屏陰陽(yáng)字 實(shí)現(xiàn)混合顯示 實(shí)現(xiàn)了字符漢字混合顯示SD卡擴(kuò)展存儲(chǔ)器 實(shí)現(xiàn)了可脫機(jī)更新信息時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)本地時(shí)間調(diào)整循環(huán)實(shí)現(xiàn)了多條信息首尾相連，連續(xù)水平左滾動(dòng)顯示其他增加了一些參數(shù)的設(shè)置：速度、間隔、刷新頻率34刷新頻率的測(cè)試經(jīng)調(diào)整，刷新頻率范圍從60HZ到600HZ，達(dá)到使亮度適中的刷新頻率。35按鍵的結(jié)果測(cè)試經(jīng)測(cè)試，結(jié)果和預(yù)先設(shè)定好