基于Arduino的一種電子顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《學(xué)術(shù)論文寫作》課程論文基于Arduino的一種電子顯示屏限制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名：學(xué)院(系)：專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：基于arduino的一種簡(jiǎn)易電子顯示屏設(shè)計(jì)摘要：LED顯示屏因其工作穩(wěn)定牢靠、壽命長(zhǎng)、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，在很多場(chǎng)合中應(yīng)用廣泛。加強(qiáng)顯示屏限制系統(tǒng)的牢靠性探討意義重大?；贏rduino單片機(jī)，探討設(shè)計(jì)了一種新的電子顯示屏限制系統(tǒng)。以PC機(jī)為上位機(jī)，向單片機(jī)發(fā)送顯示代碼和限制吩咐，單片機(jī)限制顯示驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示屏進(jìn)行掃描顯示。PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信采納ISP下載編程器來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用按鍵模塊通過(guò)單片機(jī)對(duì)顯示屏的顯示內(nèi)容進(jìn)行翻頁(yè)和更新限制。關(guān)鍵詞：顯示屏；牢靠性；Arduino；限制TheDesignofElectronic

DisplayControlSystembasedonArduinoAbstract:LEDdisplaysiswidelyusedinmanyoccasionsbecauseofitsadvantagessuchasstable,reliableandlonglife.Itisofgreatsignificancetostrengthen

theresearchofthereliabilityofelectronic

displaycontrolsystem.Hereintroducesanewkindofelectronic

displaycontrolsystembasedonArduinomicrocontroller.System

uses

PC

as

upper

computer.PC

send

control

commands

and

display

code

it

has

stored

to

the

Arduino

microcontroller.And

arduino

microcontroller

receives

and

deals

with

control

command

and

display

code

which

are

from

PC.Then

drives

scan

display

of

the

display

screen.Communication

between

PC

and

themicrocomputer

can

be

implemented

by

using

ISP

download

programmer.At

last,page

and

update

the

content

which

is

displayed

of

the

billboard

by

using

the

key

module

and

all

is

based

on

the

single

chip

microcomputer.Keywords:electronic

display;reliability;Arduinomicrocontroller系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)采納模塊化設(shè)計(jì)，既能滿意模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)兼容，如圖1.1所示。系統(tǒng)硬件由Arduino限制系統(tǒng)，顯示掃描電路，顯示屏，鍵盤掃描電路及數(shù)據(jù)傳輸部分以及上位機(jī)六部分組成。上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸部分向MCU系統(tǒng)發(fā)送顯示代碼和限制吩咐，MCU系統(tǒng)執(zhí)行顯示吩咐并將顯示代碼處理后限制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。而按鍵也可以通過(guò)鍵盤掃描電路對(duì)顯示進(jìn)行限制。圖1.1系統(tǒng)硬件組成框圖限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)限制系統(tǒng)的核心是Arduino單片機(jī)。Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺(tái)，具有運(yùn)用類似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。ArduinoUNO是系列的一個(gè)版本。UNO的處理器核心是ATmega328，具有14路數(shù)字IO口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSPheader和一個(gè)復(fù)位按鈕。選定肯定數(shù)量的IO口作為限制口，限制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出【2】。依據(jù)功能選擇肯定的單片機(jī)端口添加外圍的器件，詳細(xì)電路如圖2.1所示。在該系統(tǒng)中，數(shù)字接口主要用作LED顯示數(shù)據(jù)的行限制輸出以及矩陣鍵盤的限制。詳細(xì)接法為：矩陣鍵盤的x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4分別接10、11、12、A0、A1、A2、A3、A4接口，點(diǎn)陣模塊的連接如圖2.2所示。圖2.1限制部分電路圖圖2.2點(diǎn)陣—單片機(jī)連接圖驅(qū)動(dòng)單元3.1行驅(qū)動(dòng)單元譯碼電路的功能是為了解決單片機(jī)I/O端口不足。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器74HC138和鎖存器74HC573。四個(gè)138級(jí)聯(lián)成8線-32線譯碼器，三級(jí)管Q1-Q16接顯示屏H1-H8解決了顯示屏供電不足的問(wèn)題。鎖存器573的Q3,Q7分別接138的G2B，G2A使能端，實(shí)現(xiàn)對(duì)138的使能限制，達(dá)到鎖存功能，Q4,Q5,Q6分別接138的A,B,C端，A,B,C為138譯碼器的三個(gè)地址輸入。詳細(xì)電路如圖3.1所示圖3.1行驅(qū)動(dòng)單元電路行譯碼采納的是芯片74HC138。假如不采納譯碼電路完全依靠單片機(jī)的端口輸出來(lái)限制LED顯示屏顯示，須要很多個(gè)端口。而采納了譯碼電路后僅僅須要少量端口便可實(shí)現(xiàn)限制顯示。大大削減了I/O口的占用數(shù)目，為單片機(jī)擴(kuò)展其他功能預(yù)留下來(lái)了空間。74HC138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)，供應(yīng)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）【4】。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持全部輸出為高。表174HC138集成譯碼器功能表3.2列驅(qū)動(dòng)單元列驅(qū)動(dòng)電路由74HC595構(gòu)成，它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器的限制是各自獨(dú)立的，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)，達(dá)到重疊處理的目的【5】。各管腳說(shuō)明見表3-2。數(shù)據(jù)在SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。假如兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖【6】。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（DS），和一個(gè)串行輸出（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線引用自《ATmega128通用試驗(yàn)板手冊(cè)引用自《ATmega128通用試驗(yàn)板手冊(cè)》表3.274HC595管腳說(shuō)明管腳編號(hào)管腳名說(shuō)明1、2、3、4、5、6、7、15QA-AH三態(tài)輸出管腳8GND電源地9SQH串行數(shù)據(jù)輸出管腳10SCLR移位寄存器清零端11SCK數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線12RCK輸出存儲(chǔ)器鎖存時(shí)鐘線13OE輸出訪能14SI數(shù)據(jù)線15VCC電源端工作依次：?jiǎn)纹瑱C(jī)先送1個(gè)8位數(shù)據(jù)到第一個(gè)595的內(nèi)部移位寄存器->然后數(shù)據(jù)會(huì)送到內(nèi)部的輸出寄存器->輸出,當(dāng)MR（10引腳）為高電平，OE（13引腳）為低電平常，數(shù)據(jù)在SHCP上升沿進(jìn)入移位寄存器，在STCP上升沿輸出到并行端口。詳細(xì)電路如圖3.2所示圖3.2列驅(qū)動(dòng)單元電路3.3按鍵模塊矩陣鍵盤用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)，它能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。矩陣鍵盤的編程方法：（1）先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。先從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再?gòu)腜1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來(lái)就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。運(yùn)用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。（2）依據(jù)按鍵的特征編碼，查表得到按鍵的依次編碼。將16個(gè)按鍵的特征編碼依據(jù)按鍵排列的依次排成一張?zhí)卣骶幋a與依次編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，然后用當(dāng)前讀得的特征編碼來(lái)查表，當(dāng)表中有該特征編碼時(shí)，它所在的位置就是對(duì)應(yīng)的依次編碼。矩陣鍵盤電路如圖3.3所示。圖3.3矩陣鍵盤電路4.程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的狀況下，軟件可以分為主程序，通信程序，靜態(tài)顯示子程序，各種特效顯示子程序，鍵盤限制程序等五個(gè)主要部分組成。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。靜態(tài)顯示程序特效顯示程序靜態(tài)顯示程序特效顯示程序主程序鍵盤限制程序通信程序圖4.1軟件功能結(jié)構(gòu)框圖4.1主程序系統(tǒng)軟件采納C語(yǔ)言編寫，依據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示，按鍵限制三大功能。其通信程序接收上位機(jī)數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過(guò)限制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。主程序的工作流程如圖4.2所示。圖4.2主程序流程圖4.2左移顯示程序顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示2種種顯示方式。其中左移程序調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦?。顯示采納的是列掃描的顯示方式，選通一列后依據(jù)列與數(shù)據(jù)元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系第i列對(duì)應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個(gè)元素。將對(duì)應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出詳細(xì)做法為將元素向右邏輯移位后再與0X01相與，所得結(jié)果通過(guò)單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來(lái)顯示所需畫面。動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖4.3所示，依據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原理通過(guò)變更實(shí)際LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的左右移動(dòng)。顯示數(shù)據(jù)與列的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：第i列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為數(shù)組中i和第2×i個(gè)數(shù)據(jù)。顯示數(shù)組中，第1至16個(gè)元素的第8至第1位LED顯示屏中的第1至第8行。同理第17至32個(gè)元素的第8至第1位LED顯示屏中的第9至第16行。所以將元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生左移動(dòng)的效果。起先起先讀入顯示數(shù)組顯示顯示數(shù)組元素邏輯左移一位移位次數(shù)是否為16NY圖4.3左移程序流程圖4.3矩陣按鍵程序的設(shè)計(jì)4*4矩陣鍵盤有8個(gè)引腳，4個(gè)一組，分別對(duì)應(yīng)行和列，通過(guò)按鍵掃描的方法，對(duì)不同行（列）分別輸入凹凸電平，然后讀取不同列（行）上的電平，從而知道鍵盤上的某一按鍵按下。例如，當(dāng)?shù)?行輸出低電平，其他行輸出高電平，分別讀取依次列上的狀態(tài)，假如第1列為低，結(jié)果為（1,1），按鍵為1，假如第2列為低，則結(jié)果為（1,2）按鍵為2。5系統(tǒng)調(diào)試對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行調(diào)試，利用簡(jiǎn)潔的限制程序測(cè)試矩陣按鍵是否能限制13號(hào)數(shù)字接口上的LED等的亮滅。發(fā)覺有時(shí)限制不了，說(shuō)明焊接存在虛焊狀況，然后剛好補(bǔ)救，將覺得可能虛焊的點(diǎn)又重新焊了一次，再次測(cè)試，沒有問(wèn)題了。然后矩陣按鍵與單片機(jī)的連接進(jìn)行了檢查，方法是接入電源試運(yùn)行，發(fā)覺有時(shí)運(yùn)行不穩(wěn)定，說(shuō)明接線有時(shí)會(huì)存在接觸不良現(xiàn)象，于是換用了插口比較緊的接線，也解決了這一問(wèn)題。在軟件調(diào)試過(guò)程中，協(xié)作對(duì)應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，檢查是否正確，發(fā)覺有些模塊執(zhí)行結(jié)果和預(yù)想的不一樣，于是通過(guò)單步運(yùn)行以及設(shè)置斷點(diǎn)等方法，找到緣由并加以改正，最終得到正確的運(yùn)行結(jié)果。6.結(jié)語(yǔ)為了在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加電子廣告屏系統(tǒng)的牢靠性，基于Arduino為核心，以串并轉(zhuǎn)換器74HC138和鎖存器74HC573為行驅(qū)動(dòng)器，串并轉(zhuǎn)換器74HC138和鎖存器74HC573為列驅(qū)動(dòng)器，以4×4矩陣鍵盤為限制鍵盤重新設(shè)計(jì)一個(gè)電子顯示屏限制系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)軟件將限制代碼和顯示代碼發(fā)送到Arduino單片機(jī)中，然后由Arduino單片機(jī)和矩陣鍵盤限制電子顯示屏的顯示。通過(guò)實(shí)踐，本限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性及易操作性能夠滿意電子顯示屏的顯示要求。引用文獻(xiàn)：[1]張校珩.單片機(jī)C語(yǔ)言編程100例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.01：56～57.[2]戴祿君,劉戰(zhàn)峰.基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[