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1、. . . . 摘要: LED大屏幕显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘显示、温度采集、串口通信、LED大屏幕显示等功能模块组成。本系统的灰阶控制功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，本系统不仅可以实现题目要求的基本功能,同时发挥部分也得到完全的实现,最主要的是LED显示屏的容可以通过PC机进行实时修改，而且有一定的创新功能。 关键字：单片机 LED大屏幕 滚屏显示 PC机控制Summary :LED large screen display system, AT89S52 microcontroller as the core, the keyboard and display
2、, the temperature acquisition, serial communication, LED large screen display function module. Gray-scale control of the system functions implemented by software, hardware and software of the absorption of the idea, this system can achieve the requirements of the subject not only to the basic functi
3、on, but also play a part to be fully realized, the most important is the LED display contents can be modified in real time via a PC, but also has some innovative features.Key words: SCM scrolling LED large screen display PC control.1.设计任务1.1任务设计并制作一台简易LED电子显示屏，16行*16列*16灰阶点阵显示，原理示意图如下：LED灰阶显示控制显示器控制
4、器串行口键盘接口数据存储器PC机键盘LED灰阶电子显示屏原理框图1.2要求：设计并制作LED电子显示屏和控制器。1) 自制一台简易16行*16列*16灰阶点阵显示的LED电子显示屏；2) 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示16灰阶图像（可以是渐变灰阶条纹）、数字和字母亮度适中，应无闪烁。 3) 显示屏通过按键切换显示图像、数字和字母；4) 显示屏能显示3组特定图像、数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示容；5) 能显示2组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示容。1.3说明（1）显示格式和显示信息可以自定义。（2）电子显示屏LED显示灯只允许使用8*8 L
5、ED点阵显示模块。(3) 显示屏的显示控制方案和控制器的选择方案任选。(4) 不允许使用LED集成驱动模块和集成灰阶产生模块，可用CPLD或FPGA。2、方案2.1 显示部分: 显示部分是本次设计最核心的部分，我们运用动态显示，对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管
6、发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz, 发光二极管导通时间1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。 2.2数字时钟本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正
7、确的时间。2.3 温度采集部分能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。2.4 显示接口芯片的选择选取串口输入，使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用TI 公
8、司的DMOS 器件TPIC6B595 , 除具有TTL 和CMOS 器件中移位寄存器595 的逻辑功能外, 其最大的特点是驱动功率大, 可直接用作LED的驱动。2.5 串口通讯芯片的选择AT89S52串行口采用的是TTL电平，因此必须的有电平转换电路，可以选择单电源电平转换芯片MAX232A可以使电路变得简单，可靠。2.6 电源模块 采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠 3、总体方案3.1 工作原理: 利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来
9、进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。3.2 总体设计：设计总体框图如图14、系统硬件设计4.1 AT89S52单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。图24.2 温度测量模块图3 DS18B20测量电路温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温围为-55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625，采用寄生电
10、源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图3所示。4.3 时钟模块时钟模块采用DS1302芯片，DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一
11、个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4图4 时钟电路4.4 键盘模块键盘、状态显示模块：为了使软件编程简单，本设计利用可编程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc,按键的另一端接地。当有键按下时，与该键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图5图5 键盘电路4.5 LED显示模块点阵数据串行输入, 器件为 移位寄存器TPIC6B595, 门控和扫
12、描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以48个L ED 点阵构成一个L ED 显示单元, 采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分, 分别来自于行、列移位寄存器, 行数据是扫描数据, 16 行中每次只有一行被驱动, 采用逐行扫描方式, 列数据则为汉字的点阵码。对于字符和图形显示也可以用点阵处理, 其显示原理和方法相同.电路如图6 图6 LED显示电路4.6灰阶控制 256阶灰度控制方法对于LED 发光灯, 灰度控制方法主要有驱动电流控制法和驱动脉冲占空比控制法。占空比控制法是在一定的显示重复扫描频率下, LED 器件的亮度可由发光时间Tu 与扫描周期T 的比Tu/T 进行
13、控制。在相同的LED 正向电流作用下, Tu 越长发光能量越大, 只要周期性扫描的速度足够快的话, 人眼发觉不了1 个周期不发光的部分, 只是感觉LED 的亮度更高。本设计采用占空比控制法。 图像扫描方法在图像扫描显示过程中, 每次传输和显示的只是带有8 bit 灰度级的某一列数据的1 bit, 这样传输并显示8次, 就可以反映出8 bit 的灰度级。具体方法为:首先扫描显示16 行各列8 bit 灰度值的D0 比特, 其次扫描显示16行各列的D1比特, 依此类推, 直到显示16 行各列灰度值的D7 bit。各部分按顺序重复上述过程, 直到整屏扫描显示完, 对于16 行各列1 bit 的扫描细
14、节过程为: 从第一行开始, 首先送这一行各列D0 位灰度值数据到各列移位寄存器锁存器, 然后, 送第2 行各列的D0 位数据, 同时显示第1 行数据。依次类推, 直到显示第16 行各列的D0位数据, 同时开始第1 行的D1 位数据。重复8 次扫描显示16 行。每比特扫描时间如下图2所示，整个扫描过程可以如图3所示。方案一、通过FPGA来实现灰阶控制， 是在FPGA 设计工具中利用译码器产生一系列OE 脉宽的具体电路图。E2E10 来自计数器； H1， H2， H4， H8， H16， H32， H64， H128，H256 为译码器译出的不同脉宽的OE 信号源。H1为一个时钟周期， H2 为半
15、个时钟周期， 以此类推，H256 为1/256 个时钟周期2。这一系列脉冲需要进入数据选择器进行分时输出， 最终输出的只有OE一条线。表1 是OE 脉冲分配表。因为H1 最宽， H1 输出时LED 最亮， 所以在这里不是将H1连续输出， 而是分散开， 其目的是提高显示屏的扫描频率， 降低频闪， 使屏幕图像看上去更加稳定。方案二、通过单片机软件扫描来实现LED不同灰阶的现实，从而达到显示图像的效果。由于缺少FPGA的开发工具，所以采用方案二。4.7亮度连续可调控制通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。调节电位器实现线形电压调整,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节围较大，因此用此方法来调节。4.8电源选择200W/5V的直流稳压电源更加安全，电路图如图7 图7 电源电路4.9 PC机通讯 硬件连接设计 MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的
