多功能点阵式led显示器-工学学士毕业论文.doc
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1、AbstractThis system to STC12C5A60S2 singlechip 8LED dot matrix, the 32X32 dot matrix display of modules. Based on the basic requirements, the topic of advertising lights display system focuses on design. In addition, this system by software to realize most function, absorbs the hardware and software
2、 of thoughts, most functions through software to achieve simple, the circuit, the system stability is greatly increased. LED display with its flexible fabrics, showing stability, low power consumption, long life, mature technology, low cost characteristics at the station, securities, sports venues,
3、highways and various interior and exterior shows the information release, public occasions propaganda, environmental parameters in real time, major activities countdown etc widely application. This design mainly STC12C5A60S2 singlechip, using a serial transmission, dynamic scanning technology, makin
4、g a paragraph of multi-function screen with modular LED. Is proved by practice, this system shows the error is small, stable performance, reasonable structure. This system has succeeded in carrying through the function of the static and dynamic display completely.Key Words: STC12C5A60S2 microcontrol
5、ler; LED; 32X32 bitm1.绪论1.1 课题背景目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用
6、PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。1.2 系统的性能要求点阵LED显示的功能要求:1、显示静态字体。2、显示动态字体。1.3系统的总体设计方案本设计要求用单片机控制一个32*32点阵显示屏,完成相应的汉字显示。方案一:DSP(digital singnal processor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处
7、理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快810倍,完成一次乘加运算快1630倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外,DSP器件提供JTAG接口,具有更先进的开发手段,批量生产测试更方便,开发工具可实现全空间透明仿真,不占用用户任何资源。芯片内置544字的高速SRAM。外部可寻址60K字程序/数据及I/O,令周期在25ns50ns之间,实时性处理比16位单片机快2倍以上,可取代一般的单片机。TMS320F206除了具有TMS320C203的功
8、能外,内置32K字零等待快闪存储器,可满足单片设计的要求,能最大限度减少用户板的体积。软件配有C51/链接C编译器、C源码调试器。方案二:单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。方案一 DSP价格相比其它几种较贵,所以被淘汰。方案二 单片机相比第一种方案中DSP,价格便宜且好C51程序,更适合本次方案。 因为考虑到方案要求低,只需要显示汉字,再
9、加上单片机成本低廉且符合方案要求,故选择方案二。2.硬件系统的组成2.1 总体设计框图由于LED显示屏的特性及作用,大多数的LED显示屏都是放在户外的,所以对硬件的质量要求非常的高。也为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计,既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图2-1所示为总体设计框图。图2-1 总体设计框图2.1.1器件的选择与采购在元件的选择上首先我偏重于选择比较知名公司生产的电子元件产品,它不仅在质量上有保证,而且平时的学习过程中也都大部分学过,对此产品有比较多的了解,避免了不同型号产品使用功能不相同而带来的麻烦。其次我看元器件的性价比
10、如何,有些产品虽然价格稍微低,但是却用着不方便,这对做毕业设计的同学来说无疑是泼了一盆冷水,如在单片机型号选择上,我没有选用80C51而选择了STC12C5A60S2,这是因为80C51不支持在线编程,远没有 STC12C5A60S2编程方便,STC12C5A60S2只要外接ISP现在线再配同相应的烧写软件就可以在任何一台计算机上实现程序的烧写,方便之处无可否认。表2-1 器件清单名称个数STC12C5A60S2单片机18*8点阵屏1674HC595811.0592MHz晶振130p陶瓷电容210F电解电容1常开动合按键1电阻若干导线若干芯片底座若干2.2 单片机的最小系统2.2.1控制模块S
11、TC12C5A60S2/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(250K/S),针对电机控制,强干扰场合。STC12C5A60S2主要功能特性:1、增强型8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051;2、工作电压:STC12C5A60S2系列工作电压:5.5V- 3.3V(5V单片机);STC12LE5A60S2系列工作电压:3.6V- 2.2V(3V单片机);3、工
12、作频率范围:0 - 35MHz,相当于普通8051的 0420MHz;4、用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K等;5、片上集成1280字节RAM;6、通用I/O口(36/40/44个),复位后为准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口) ;可设置成四种模式:准双向口/弱上拉,推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不超过55mA;7、 ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即
13、可完成一片;8、有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM);9、 看门狗;10、内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时,复位脚可直接1K电阻到地);11、外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器;5V单片机为1.32V,误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V,误差为+/-3%;12、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;常温下内部R/C振荡器频率为:5.0V单片机为:11MHz15.5MHz; 3.3V单片机
14、为: 8MHz12MHz ;精度要求不高时,可选择使用内部时钟,但因为有制造误差和温漂,以实际测试为准;13、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14、 2个时钟输出口,可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟,可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟;15、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,并新增支持上升沿中断的PCA模块,Power Down模式可由外部中断醒,INT0/P3.2,INT1/P3.3, T0/P3.4
15、, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3);16、PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列,2路); 17、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;19、 STC12C5A60S2系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口,RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2),TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3);20、工作温度范
16、围:-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级);21、封装:PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48。I/O口不够时,可用2到3根普通I/O口线外接;74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口,或用双CPU,三线通信,还多了串口。STC12C5A60S2引脚功能:如图2-2所示为STC12C5A60S2 芯片引脚图:图2-2 STC12C5A60S2 引脚2.2.2单片机的复位电路由10uf电容和10K电阻组成上电复位电路,由按键和100电阻接在单片机的RST端组成手动复位电路,如图2-3所示。图2-3复位电路复位:是单
17、片机的初始化操作,以便使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的状态,并从这个状态开始工作。当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁存时,也可按复位键重新启动。单片机复位后,PC内容初始化为0000H,那么单片机就从0000H单元开始执行程序。片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。2.2.3 振荡电路模块由无源晶振11.0592Mhz和2个30pf的陶瓷电容组成单片机的振荡电路,如图2-4所示。(本系统使用晶振为11.0592MHz)图2-4振荡电路2.3电源电路模块用LM7805稳压芯片将12V输出为直流5V的稳定电压,如图2-5所示。7805是一种固定电压(5V)
18、三端集成稳压器,利用7805为驱动芯片、三极管、单片机提供稳定的电压源,成本低廉,硬件设计简单、高效,因而选用此方案为32*32点阵提供电源。 图2-5 直流5V电源电路2.4电平转换模块此处选用的是美信公司的MAX232电平转换芯片,该芯片的RS232电平转换为TTL电平或TTL电平转换为RS232电平的电路图,具体如图2-6所示。图2-6 PC与单片机的电平转换电路2.5显示模块LED显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的,要构成大屏幕的LED显示屏就需要多个发光二极管。构成LED屏幕的方法有两种,一是由单个的发光二极管逐点连接起来,二是选用一些由单个发光二极管构成的LED点阵子模块构成
19、大的LED点阵模块。这两种屏幕构成方法各有有缺点,单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可,检修的成本较低,缺点在于连接线路复杂;而点阵模块构成的方法却正好与之相反,模块构成省约了大量的连线,不过当一个LED出现问题时同在一个模块的所有LED都必须被更换。这就加大了维修的成本。两种方法相比较,决定采取模块构成的方法来制作一个LED点阵显示屏。LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关,目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低(仅1.5-3V), 能主动发光且有一定亮度,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐冲击、抗振动、寿命长(
20、 10万小时),所以在大型的显示设备中, 目前尚无其他的显示方式与 LED显示方式匹敌。2.5.1显示原理汉字显示屏广泛应用与汽车报站器,广告屏等。本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作,考虑到电路元件的易购性,没有使用8*8的点阵发光管模块, 而是直接使用了1024个高量度发光管,组成了32行32列的发光点阵。同时为了降低制作难度,仅作了一个字的轮流显示,实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。 选取串口输入,使用较少。74HC595有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。三态。8位串行输入, 8位串行或并行输出存储状态寄存器,三种状态输出寄存器可以直接清除 100MH
21、z的移位频率, 并行输出,总线驱动。串行输出,标准,中等规模集成电路。综合以上比较,我们选取74HC595来驱动LED点阵。 汉字显示的原理: 我们以选择PCtoLCD2002软件的字宽和字高分别是32,即定义一个字由32行32列的点阵组成显示,如图2-7所示PCtoLCD2002所示。即国标汉字库中的每一个字均由1024点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素,而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字, 也可以显示在1024像素范围内的任何图形。 图2-7所示PCtoLCD2002图2-8显示汉字“光”的点阵图形我们以显示汉字“光”为例,来说明其扫描原理,如图2
22、-8所示: 在中文宋体字库中,每一个字由32行32列的点阵组成显示。如果用8位的STC12C5A60S2单片机控制,由于单片机的总线为8位,一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部,上部由16*32点阵组成,下部也由16*32点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分,即第0列的P00-P07口。方向为P00到P07 ,显示汉字“大”时,P05点亮,由上往下排列,为P0.0 灭,P0.1 灭, P0.2 灭P0.3 灭, P0.4 灭, P0.5 亮,P0.6 灭,P0.7 灭。即二进制00000100,转换为16进制为 04H.。上半部第一列完成后,继续扫描下
23、半部的第一列,为了接线的方便,我们仍设计成由上往下扫描,即从P27向P20方向扫描,从上图可以看到,这一列全部为不亮, 即为00000000,16进制则为00H。 然后单片机转向上半部第二列,仍为P05点亮,为00000100,即16进制04H.这一列完成后继续进行下半部分的扫描,P21点亮,为二进制00000010,即16进制02H.依照这个方法,继续进行下面的扫描,一共扫描64个8位,在PCtoLCD2002的选项里设置如图2-9所示,图2-9PCtoLCD 选项可以得出汉字“光”的扫描代码为:0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0
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