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1、 题 目: 多功能LED显示屏控制卡的设计摘 要随着大规模集成电路和计算机技术的开展，LED显示屏作为一种新兴的显示媒体得到了高速的开展。它与传统的显示媒体相比拟，以其亮度高、显示效果好、故障低、能耗少、显示内容多样、性价比高等优势已广泛应用于各行各业。本系统兼顾同步和异步的特点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通等诸多领域，成为信息传播的有力工具之一，是目前国际上较为先进的显示媒体。LED控制卡也能应用于交通、汽车、数字图像、网络等新型科学技术中。 关键词：LED显示屏；控制卡；ATMEGA16；RS232接口 1TitleAbstractWith large scale integrat
2、ed circuit and computer technology development, as a kind of new media, the display of the high-speed development quickly. compared with the media traditional, its high brightness, and shows good effect, low energy consumption, and fault display content, high performance-to-price diversity advantage
3、 has been widely used in many fields.According to the led control card and display system specific requirements, access to information, analysis and design scheme concluded. Namely, the system structure, system overall workflow, software design and the control system of serial design.This system is
4、used for control processor ATMEGA16, to outer circuit, use and RS232 interface, computer real-time communication through computer users with special software to show that the content of the format to edit, sending data display card set. After sending it can be controlled the mode display user input
5、automatically. In addition, the software system and LED display also made the system analysis and design, according to the actual application requirements, complete the LED display control system design. And the LED display control card and combine the written procedures to the LED display and make
6、system analysis.This system both synchronous and asynchronous characteristics, It widely used in commercial advertising, sports, transportation and so on. It is a powerful tool for information dissemination, is one of the international advanced display media. Leds control card also can be applied to
7、 transport, automobile, digital image, and network .It is the new science and technology. Keywords: ATMEGA16单片机介绍ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32
8、 个通用I/O 口线，32 个通用工作存放器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比拟模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。3.2.2 ATmega16 引脚功能及介绍端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位 10双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时
9、将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能.端口C(PC7.PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使
10、系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.端口D(PD7.PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，那么端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不
11、能保证可靠复位。XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2 反向振荡放大器的输出端。AVCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。ATmega16 引脚电路图如图3.2所示：11 图3.2 ATMEGA16引脚结构图3.2.3 根本AVR硬件线路AVR单片机是增强型内置FLASH的RISC(ReducedInstruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机，硬件采用哈佛(Harward)结构，到达一个时钟周期可以执行一条指令，绝大局
12、部指令都为单周期指令。支持在系统编程ISP，其中MEGA系列还支持在应用编程IAP。内置的FLASH程序存储器可擦写1 000次以上，给用户的开发生产和维护带来方便。可擦写10万次的E2PROM，为掉电后数据的保存带来方便。AVR单片机有丰富的片内资源，如RTC，WATCHDOG，AD转换器，PWM，USART，SPI，TWI接口等，IO口功能强、驱动能力强。根本的硬件电路包括以下几局部：复位线路、晶振线路、AD转换滤波线路、ISP下载接口、JTAG仿真接口及电源电路。复位线路图如图3.3所示： 12S0RESET图3.3 复位线路Mega16已经晶振电路Mega16已经内置RC振荡线路，可以
13、产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡，在一些要求较高的场合，比方要与RS232通信需要比拟精确的波特率时，建议使用外部的晶振线路。早期的90S系列，晶振两端均需要接22pF左右的电容。Mega系列实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的标准化，我们仍建议接上。电源电路图如图3.5所示：13图3.5 电源电路AVR单片机最常用的是5V与3.3V两种电压。本线路以开关切换两种电压，并且以双色二极管指示5V时为绿灯，3.3V时为红灯。二极管D1防止用户插错电源极性。D2可以允许用户将电压倒灌入此电路内，不会损坏1117ADJ。其中二极管D1是IN4007是
14、整流管，D2是IN4148是高速开关二极管。1117ADJ的特性为1脚会有50uA的电流输出，12脚会有1.25V电压。利用这个特点，可以计算出输出电压：当SW开关打向左边时，R6上的电流为 1.25/0.33 = 3.78ma 。R8上的电流为1117ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+3.78=3.83ma. 可以计算得R8上的电压为3.84V。 于是得出VCC=1.25+3.83=5.08V。误差在2%以内。当SW开关打向右边时，R6上的电流为 1.25/0.62 = 2.02ma 。R8上的电流为1117ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+2.02=2.07ma.
15、可以计算得R8上的电压为2.07V。 于是得出VCC=1.25+2.07=3.32V。误差在1%以内。使用1%精度的电阻，可以控制整个输出电压误差在3%以内。 14其他的AD转换滤波线路、ISP下载接口及JTAG仿真接口在本设计中不是研究的范围，就先不讨论。3.2.4 74HC595介绍74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位存放器和一个存储器，三态输出功能。 移位存放器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储存放器中去。如果两个时钟连在一起，那么移位存放器总是比存储存放器早一个脉冲。 移位存放器有一个串行移位输入Ds，和一个串行输出Q7,和一个异步的低电平复位，存储存放器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时为低电平，存储存放器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位存放器，具有高阻关断状态。三态。输出能力：并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路。引脚电路图如图3.6所示： 图3.6 引脚电路图3.3 控制卡原理图介绍本设计中所用的主芯片为ATmega16， 它的内核具有丰富的指令集和32 个通用工作存放器。所有的存放器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的存
