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1、 参考资料 LEDLED 显示系统设计毕业论文显示系统设计毕业论文 目 录 摘 要 III ABSTRACTABSTRACT IV 1 绪 论 1 1 1 LED 显示屏的广泛应用 1 1 2 最新的 LED 显示屏技术 1 1 3 本课题的主要容 1 第 2 章 系统硬件方案论证与选择 3 2 1 上位机部分方案选择 3 2 2 通信部分方案选择 3 2 3 控制部分方案选择 4 2 4 显示部分方案选择 4 2 5 最终确定硬件设计方案 6 第 3 章 系统硬件设计 7 3 1 硬件整体设计概述及功能分析 7 3 2 控制单元设计 7 3 3 行驱动模块设计 9 3 4 列驱动模块设计 1
2、1 3 5 单片机 ISP 下载编程器 13 3 6 USB 电源接口 14 3 7 MAX232 串口通信电路 14 3 8 系统总电路图 15 第 4 章 系统软件设计 17 4 1 系统软件方案选择 17 参考资料 4 2 系统软件程序设计 17 第 5 章 系统调试 21 5 1 系统硬件部分调试 21 5 2 系统软件调试 21 5 3 系统联合调试及结果 22 5 4 调试结果分析 23 第 6 章 结 论 24 参考文献 25 附录 1 硬件原理图 26 附录 2 设计程序 27 附录 3 系统仿真图 33 致 谢 34 参考资料 第 1 章 绪 论 1 1 LED 显示屏的广泛
3、应用 LED 显示屏可以显示变化的数字 文字 图形图像 不仅可以用于室环境还可以用于 室外环境 具有投影仪 电视墙 液晶显示屏无法比拟的优点 LED 点阵显示屏以亮度高 工作电压低 功耗小 小型化 寿命长 耐冲击和性能稳 定的优点迅速成长为平板显示的主流产品 在信息显示领域得到了广泛的应用 LED 的发 展前景极为广阔 目前正朝着更高亮度 更高耐气候性 更高的发光密度 更高的发光 均匀性 可靠性 全色化方向发展 LED 显示屏的应用涉及社会经济的许多领域 主要包 括 1 证券交易 金融信息显示 2 机场航班动态信息显示 3 港口 车站旅客 引导信息显示 4 体育场馆信息显示 5 道路交通信息显
4、示 6 调度指挥中心信 息显示 7 邮政 电信 商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示 8 广告 媒体新产品等 1 2 最新的 LED 显示屏技术 随着液晶 LCD 产品价格的下降 LCD 显示器也呈现出多样化的发展趋势 尺寸越 来越大 宽屏逐渐成为消费热点 个性化产品层出不穷 多媒体应用需求已经显现 黑 插入技术取得进展 计算机应用向多媒体应用靠拢 平板显示器与若干视听设备相连的 技术需求增加 如高分辨多媒体接口 HDMI 等数字传输技术 已开始应用在 LCD 显示器上 高分辨多媒体接口 HDMI 全称是 High Definition Multimedia Interface 是 20
5、06 初年日立 松下 飞利浦 索尼 汤姆逊 东芝和 Silicon Image 等 7 家公司联合发布 的接口规 包括高清晰支持 高速传输以及与电脑的更简易的连接方法 HDMI 只需一条 线就可以传输数字音频和视频数据 使消费者能够方便地体验到高品质的家庭影院效果 HDMI 接口技术引起了计算机行业的关注 因为 HDMI 定位于标准数字多媒体接口 在应用 方面 HDMI 与低电压交流电计算机的画面控制终端的连接更加简单和方便 有利于计算 机与消费电子类产品实现真正意义上的融合 目前许多高清数字电视生产商都在产品中 采用了 HDMI 接口 HDMI 也已经被运用到计算机媒体播放器 DVD 播放器
6、 DVD 录音设备 有线电视机顶盒 卫星电视机顶盒以及 A V 接收器中 也被应用在游戏机和便携式摄像 机中 1 3 本课题的主要容 针对本课题的特点 对论文的容和结构将做如下安排 1 初步方案的论证和选择 搜集题目的有关资料 并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进 参考资料 行分析比较 最终选定了以 PC 机为上位机 单片机为核心控制器件 外加译码电路和驱 动电路的设计方案 2 方案实现 以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想 选择器件时要从功能和电 气特性两方面来选择和论证 经过对比选择选定 AT89S51 单片机为核心控制器件 由串 并转换器 74HC138 和锁
7、存器 74HC573 为译码电路器件 74HC595 为驱动电路器件 论文列 出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法 3 软件编写 根据硬件特点和设计要求 软件选用 C 语言编写 程序按功能分为静态显示 动态 显示 通信等几个功能上相对独立的模块 然后按照所划分的模块逐个编写和调试 最 后将独立的模块整合起来 4 验证与测试 调试分为硬件调试 软件调试和系统联合调试几步来进行 在硬件调试中发现有单 片机端口驱动能力不足 驱动电路工作不稳定等问题 在软件调试中出现程序整合工作 不协调等问题 通过分析 查找找出了问题原因并设法将其解决 5 结论 设计完成后对设计中所遇到的问题 经验教训 以及自
8、己的想法进行总结 参考资料 第 2 章 系统硬件方案论证与选择 大多数的 LED 显示屏都在户外 所以对硬件的质量要求非常的高 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 根据显示系统的功能特点确定系 统硬件由显示屏部分 控制部分 通信系统及上位机四部分组成 上位机通过通信部分 向控制部分发送控制指令和显示容代码 控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控 制显示部分的显示容和显示方式 3 上位机 上位机 通信部分 通信部分 控制部分 控制部分 显示部分 显示部分 图 2 1 系统硬件组成框
9、图 2 1 上位机部分方案选择 其中系统采用现在已经非常普遍的 PC 机作为上位机 这样对该显示系统的硬件要求 便降低了 增加了系统的通用性 上位机的作用是存储并处理显示容 然后通过通信系 统传送到控制系统驱动显示 LED 显示上位机的容一般有实时显示和存储显示两种方法 实时显示及上位机屏幕上 的容同时显示在 LED 显示屏上 上位机上容变化 LED 显示屏也跟着变化 存储显示是将 显示容处理过后存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏显示 9 两种显示方法相比 较 实时显示屏幕能及时反应上位机容的变化 显示的效果和容的实时性好多用于新闻 播报 实况转播用 但实时显示硬件开销大 对通信系统要求高
10、 工艺复杂 成本高 存储显示虽实时性不高但硬件开销小 成本低廉 课题设计题目对显示的实时性要求较 低且所设计的显示屏尺寸不时显示的容不多 所以实时显示就没有必要 所以上位机选 择存储显示的方法 控制 LED 显示屏的显示容 2 2 通信部分方案选择 通信部分要满足的设计要求就是稳定 快速 简单易实现 因为通常情况下显示屏 和上位机的距离不会很远 所以通信距离的要求不是很高 ISP In System Programming 在系统编程 通过下载电缆直接对安装在用户目标 板上的器件编程 给电子产品的设计和生产带来许多革命性的变化 目前 比较成熟的 ISP 下载器大多是基于串口或者并口通信的 但是
11、也存在着以下问题 1 用户 PC 机的 主频 硬件和操作系统不同 可能会造成控制信号错误 2 不同的厂商提供不同的 ISP 下载器 互不兼容 给嵌入式开发带来不便 3 限于串 并口的通信协议 ISP 数据传输速率较低 影响嵌入式产品的开发 而 USB ISP 完美地解决了这些问题 它具 参考资料 有较强的易用性 可靠性和兼容性 数据传输速率也较快 基于以上原因 本设计选择了一种将单片机和 USB 总线相结合 进行 ISP 下载的方法 2 3 控制部分方案选择 控制部分是整个系统的核心部分 其功能为与上位机通信接收上位机发送的数据和 控制指令处理过后控制显示部分显示容 1 单片机 单片机是集成了
12、 CPU ROM RAM 和 I O 口的微型计算机 它有很强的接口性能 非 常适合于工业控制 因此又叫微控制器 MCU 单片机品种齐全 型号多样 CPU 从 8 16 32 到 64 位 多采用 RISC 技术 片上 I O 非常丰富 有的单片机集成有 A D 看门狗 PWM 显示驱动 函数发生器 键盘控制等 它们的价格也高低不等 这样极 大地满足了开发者的选择自由 除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点 随着超 大规模集成电路的发展 NMOS 工艺单片机被 CMOS 代替 并开始向 HMOS 过渡 供电电压 由 5V 降到 3V 2V 甚至到 1V 工作电流由 mA 降至 A 这在便携式
13、产品中大有用武之 地 4 2 DSP 芯片 DSP 又叫数字信号处理器 顾名思义 DSP 主要用于数字信号处理领域 非常适合高 密度 重复运算及大数据容量的信号处理 现在已经广泛应用于通信 便携式计算机和 便携式仪表 雷达 图像 航空 家用电器 医疗设备等领域 DSP 具有修正的哈佛结构 多总线技术以及流水线结构 将程序与数据存储器分开 使用多总线 取指令和取数据 同时进行 以及流水线技术 这使得速度有了较大的提高 DSP 区别于一般微处理器的另 一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令 一般微处理器用软件实现乘法 逐条执行指令 速度慢 而 DSP 依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算 而且还具有专门的
14、信号处理指令 如 TM320 系列的 FIRS LMS MACD 指令等 5 两种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能 但单片机的技术门槛较低开 发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用 现在市场上常用的单片机主要有 MCS 51 AVR ARM PIC 等 其中应用最广泛的单片机首推 Intel 的 51 系列 由于产品 硬件结构合理 指令系统规 加之生产历史 悠久 有先入为主的优势常作为单片机学 习的教材 且 51 系列的 I O 脚的设置和使用非常简单 当该脚作输入脚使用时 只须将 该脚设置为高电平 复位时 各 I O 口均置高电平 当该脚作输出脚使用时 则为高电 平或低电平均
15、可 所以在控制部分方案的选择中选定 51 系列单片机作为控制部分的核心 器件 2 4 显示部分方案选择 显示部分包括了一块至少可以显示一个汉字的显示屏 以及驱动该显示屏的驱动电 参考资料 路 由于单片机的 I O 口有限要不能直接用 I O 口来驱动 LED 显示屏 所以需要对单片 机 IO 口进行扩展增加单片机并行输出的能力 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 如图 2 2 所示 二是选用一些由单个发光二极管构成的 LED 点阵子模块构成大的 LED 点阵
16、模块 目前市场上普遍采用的点阵模块有 8 8 16 16 几种 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 为了避免 模块的缺点 选择点阵数较小的模块来减小出现这一问题的风险 所以构建一个 16 16 的 LED 点阵屏选用四块 8 8 点阵模块 图 2 2 LED 点阵图 一个 16 16 的 LED 显示屏行和列各有 16 支引脚 不能单靠 51 单片机的端口驱动所 以必须要对单片机的端口个数进行扩展 经常采用的端口扩展方法是用串并转换芯片进 行译码 常用的串并转换芯片有 74LS154 4 线 16 线译码器 74HC138 8 位串并转换 器 74HC595 等 51 系列单片机端口低电平时 吸入电流可达 具有一定的驱 动能力 而为高电平时
