基于單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘要】隨著單片機(jī)的飛速發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了從家用到航空航天的所有領(lǐng)域，這表明了單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上有多種顯示控制系統(tǒng)核心。通常，全色LED顯示器主要是基于FPGA的控制系統(tǒng)，而其他雙色或單色LED顯示器則大多使用基于ARM的設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】LED顯示屏;單片機(jī);控制系統(tǒng)

1、顯示屏控制整體設(shè)計(jì)

1.1整體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)（即PC）和下位計(jì)算機(jī)（即單片機(jī)）一起工作完成。用戶通過(guò)上位串行計(jì)算機(jī)可以編輯其中的顯示數(shù)據(jù)要求，上位串行計(jì)算機(jī)將串行數(shù)據(jù)端口傳輸發(fā)送到下位串行計(jì)算機(jī)，但是上位串行計(jì)算機(jī)和下位串行計(jì)算機(jī)之間無(wú)法直接進(jìn)行通信，因?yàn)椴煌袛?shù)據(jù)端口轉(zhuǎn)換需要不同的顯示級(jí)別，因此通常需要用戶建立多個(gè)級(jí)別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本操作系統(tǒng)主要使用rs232到4和rs485來(lái)直接實(shí)現(xiàn)相互數(shù)據(jù)通信，下位機(jī)操作采用數(shù)控單片機(jī)遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)。

1.2主控芯片一單片機(jī)

單片機(jī)（microcontrollers）是它是一種通用集成電路設(shè)計(jì)芯片。它僅僅使用了ovlsi/o技術(shù)即可集成中央處理器rocpu，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器roram，只讀讀取存儲(chǔ)器rorom，各種類型i/o控制端口和數(shù)據(jù)中斷控制系統(tǒng)以及其它具有各種數(shù)據(jù)處理控制功能的自動(dòng)計(jì)時(shí)器和其他控制功能，在電子工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用和可控制。

目前，在我國(guó)還沒(méi)有一臺(tái)單片機(jī)，但是這種新型計(jì)算機(jī)的市場(chǎng)上，它被廣泛地應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)領(lǐng)域，從家庭電器發(fā)展到航空飛行和其他監(jiān)測(cè)控制領(lǐng)域，這也就說(shuō)明了單片機(jī)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3LED顯示屏行列驅(qū)動(dòng)

該系統(tǒng)所選用的基本模塊為16*32點(diǎn)矩陣，系統(tǒng)顯示屏主要有兩基礎(chǔ)模塊。其尺寸是16*64。LED點(diǎn)矩陣顯示屏幕是由許多類型的發(fā)光二極管所構(gòu)成。由LED形成的圖像將其中的像素以矩陣形式緊密地連接在一起。如果將一個(gè)行a連接到一個(gè)電源的極點(diǎn)，將列b連接到一個(gè)電源的另一極，則（a，b）像素點(diǎn)將會(huì)被燈點(diǎn)亮。

1.3.1行掃描電路

因?yàn)樗趩纹街鳈C(jī)i/o中的接口應(yīng)用范圍非常受限，因此我們需要74hc154來(lái)重新拓寬這個(gè)接口。74hc154是4-16解碼器，該核心芯片設(shè)計(jì)能夠?qū)?6個(gè)核心線圈元件進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描和高速驅(qū)動(dòng)，以便有效節(jié)約內(nèi)存空間。74hc154解碼器首先輸出可以分別接收4位模擬二進(jìn)制編碼地址的有效復(fù)位輸入，然后將其中16個(gè)有效位址的輸出進(jìn)行互斥。74hc154的門(mén)控信號(hào)誤差輸入在廈門(mén)門(mén)控系統(tǒng)用戶可以直接使用門(mén)控信號(hào)解碼器用來(lái)消除信號(hào)誤差輸入信號(hào)。當(dāng)然，該編碼芯片也同樣功能可以被直接擴(kuò)展出來(lái)成為數(shù)字編碼器，其中這種編碼方式可以使得一個(gè)能源閥門(mén)電路同樣可以具有兩個(gè)基于andd的邏輯信號(hào)輸入。任意地點(diǎn)在選擇一個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出端子后就可以把它作為一個(gè)單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)處理輸入輸出端子，可以把74hc154用作4-16的數(shù)據(jù)分配器，以此更便于用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)單片上主機(jī)i/o輸入端口的數(shù)據(jù)擴(kuò)展。

1.3.2列驅(qū)動(dòng)電路

顯示文本數(shù)據(jù)時(shí)，可以選擇并行輸入或串行輸入。使用并行輸入時(shí)，每列數(shù)據(jù)都需要同時(shí)傳輸?？刂齐娐穼⒎浅４笄覐?fù)雜。因此，該系統(tǒng)使用串行輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)并且僅使用少量數(shù)據(jù)接線，大幅度地簡(jiǎn)化了工作流程。

2、單片機(jī)與PC機(jī)的通信方式

2.1串口通信

單片機(jī)的串行端口為ttl電平，pc的串行端口為rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)。rs-232標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的英文全名應(yīng)該是eia-rs-232c標(biāo)準(zhǔn)。在pc串口中：邏輯1為-3v-15v，邏輯0為+3v+15vo，eia-rs-232c使用正負(fù)兩個(gè)相等的電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，這與ttl的邏輯狀態(tài)截然不同。因此，為了促進(jìn)兩者之間能夠同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸和通訊的控制，必須先后實(shí)現(xiàn)rs-232c和tintinl電路的高頻電平變換。為了真正實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，我們既有可以選擇采用三極管電路，也有可以選擇采用集成芯片。其中，集成芯片的應(yīng)用可以變得更穩(wěn)定，max232芯片主要用于進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便于實(shí)現(xiàn)微控制器和pc之間的通訊。

每個(gè)引腳的簡(jiǎn)要介紹：

第一個(gè)組成部分為電荷泵集成器電路。1、2、3、4、5、6引腳及4個(gè)相應(yīng)的電容器。為了給用戶提供所需等級(jí)的rs-232串行端口，會(huì)產(chǎn)生++12v和12v的輸出電壓。會(huì)生成++12V和12V的電壓。

第二個(gè)部分就是進(jìn)行數(shù)據(jù)交流轉(zhuǎn)化的通道。它們由7、8、9、10、11、12、13、14共同構(gòu)成兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)渠道。其中，13（r11n）、12（r10ut）、11（t11iv）、14（t1out）等作為第一個(gè)數(shù)據(jù)渠道。引腳8（r2in），引腳9（r20ut），引腳10（t2in），引腳7（t20ut）則作為第二條數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in，t2in的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為rs-232的數(shù)據(jù)，從t10ut，t20ut到計(jì)算機(jī)db9插頭;db9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in，r2in輸入轉(zhuǎn)化為ttl/cmos數(shù)據(jù)，然后從r1out，r20ut輸出。

2.2WIFI通信

2.2.1IEEE802.11b協(xié)議

ieee802.11b無(wú)線局域網(wǎng)使用載波檢測(cè)和偵聽(tīng)的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息傳輸。這和我們現(xiàn)在已經(jīng)非常熟悉的ieee802.3（以太網(wǎng)原理）相近。它們之間的差異就在于以太網(wǎng)使用csma/cd技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)上所有工作站始終在進(jìn)行偵聽(tīng)，以便于查看網(wǎng)絡(luò)上任何人員是否正在發(fā)送任何消息。802.11b無(wú)線局域網(wǎng)的先進(jìn)特點(diǎn)是它們都引入了一種避免沖突的技術(shù)，從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)效率。

2.2.2WIFI傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

WIFI的全名是WirelessFidelity。802.11b會(huì)議協(xié)議通常有人認(rèn)為它只是一個(gè)wi-fi，但事實(shí)上它的wi-fi只是一種無(wú)線通信局域網(wǎng)（wlana）的注冊(cè)商標(biāo)，與其他無(wú)線技術(shù)本身完全無(wú)關(guān)。商標(biāo)，與標(biāo)準(zhǔn)本身無(wú)關(guān)。但是，人們逐漸從一開(kāi)始已經(jīng)習(xí)慣于把802.11b.0協(xié)議棧的命名更改為wiwifio。它的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)之處也就在于它的數(shù)據(jù)傳輸率非常高，幾乎人人能夠同時(shí)達(dá)到11mbps，有效的傳輸距離也非常長(zhǎng)。同時(shí)，它與各類802.11dsss上的設(shè)備完全交互相容。ieee（基于美國(guó)電子電氣技術(shù)工程師協(xié)會(huì)）802.11b新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范基于e是ieee802.11的一個(gè)重要改進(jìn)版，其最大無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載速率設(shè)定為11mbps。當(dāng)干擾較大或信號(hào)較弱時(shí)，可以稍作調(diào)整，例如5.5Mbps或2Mbps或更低的1Mbps，從而確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。最大傳輸速度為11Mbps。當(dāng)干擾