點(diǎn)陣式LED漢字廣告屏的設(shè)計(jì)與制作

摘要
本設(shè)計(jì)使用STC12C系列高速單片機(jī)作為主控制模塊，利用簡(jiǎn)單的外圍電路來(lái)驅(qū)動(dòng)96×16的點(diǎn)陣LED顯示屏。利用STC12C系列高速單片機(jī)本身強(qiáng)大的功能和內(nèi)部E2PROM，可以很方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲(chǔ)，并能利用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點(diǎn)陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、銀行等公共場(chǎng)所，所以本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性。
本LED顯示屏能夠以動(dòng)態(tài)掃描的方式同時(shí)顯示六個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字，并能通過(guò)上位機(jī)軟件修改顯示內(nèi)容和顯示效果等等。采用IAP在應(yīng)用可編程技術(shù)，把字符內(nèi)碼存儲(chǔ)在空閑的單片機(jī)程序存儲(chǔ)器空間，使本LED顯示系統(tǒng)能掉電存儲(chǔ)1024個(gè)字符。設(shè)計(jì)中采用了SPI接口的GB2312標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)，支持所有的國(guó)標(biāo)字符和ASCII標(biāo)準(zhǔn)字符的顯示。因?yàn)椴捎么袀鬏敺绞?，使本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性得到提升，便于多個(gè)顯示單元的級(jí)聯(lián)。

本文從LED的顯示原理入手，詳細(xì)闡述了LED動(dòng)態(tài)顯示的過(guò)程，以及硬件電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算和軟件的算法。

關(guān)鍵詞   動(dòng)態(tài)顯示  Ddynamic Display
            單 片 機(jī)  MCU
            串行傳輸  Serial Data Transfer
            點(diǎn)陣字庫(kù)  Llattice Llibrary
   

The Design and Making of
Chinese Characters Lattice LED Display
 Abstract
This design uses STC12C series MCU as a main controller, and depends on a simple external circuit to drive 96×16 the lattice LED display. By using its own powerful functions and capacity of internal E2PROM, it is easy to accomplish the MCU and PC and E2PROM for internal storage, data transmission equipment ,and it also can be used conveniently to show a variety of content changes. The other dot matrix display is widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.
The LED Display dynamic scan can show the way at the same time six 16 × 16 dot matrix Chinese characters, and PC software can modify the content and effect shows, and so on. IAP used in the application of programmable technology, the characters within the code stored in the SCM free program memory space, so that the LED display system can store 1,024 brown-out characters. SPI used in the design of the interface standard GB2312 character, to support all the GB2312 standard ASCII characters and characters of the show. Because serial transmission used, so that the system can be enhanced scalability, for a number of display units of the cascade.
   This article from the start LED display principle, elaborated on the LED display dynamic process, as well as hardware circuit design, computing and software algorithms.

Keywords   Ddynamic Display  動(dòng)態(tài)顯示   
                MCU     單 片 機(jī)   
                Serial Data Transfer  串行傳輸
                Llattice Llibrary   點(diǎn)陣字庫(kù)

目錄

中文摘要及關(guān)鍵詞…………………………………………………...………V
Abstract & Keywords………………….………………………….………VI
第1章 前言……………………………………………………………….……1
1．1  LED電子顯示屏概述………………………………………………1
1．2  LED電子顯示屏的分類(lèi)……………………………………………1
1．3  LED顯示屏的應(yīng)用示例……………………………………………2
1．4  設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………….………2
第2章 顯示原理及控制方式分析…………………………………...………3
2．1  LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)…………………………………………………3
2．2  LED 動(dòng)態(tài)顯示原理 ……………………………………….………3
2．3  LED常見(jiàn)的控制方式………………………………………………5
第3章 總體方案設(shè)計(jì)與分析………………………………………...………7
3．1  顯示單元的考慮…………………………………………….………7
3．2  滾屏的實(shí)現(xiàn)……………………………………………………….…7
3．3  關(guān)于可擴(kuò)展性………………………………………….……………7
3．4  微控制器的考慮…………………………………….………………7
3．5  關(guān)于點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式……………….…………………………8
3．6  關(guān)于顯示內(nèi)容的更新………………………….……………………8
3．7  總體電路結(jié)構(gòu)及工作原理…………………………….……………9
  3．7．1 硬件電路框圖……………………………………….……………9
  3．7．2 工作原理………………………………………….….…………10
第4章 硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………..…………12
4．1 顯示單元電路設(shè)計(jì)………………………………………………….12
 4．1．1 點(diǎn)陣LED模塊的選擇………………….…..……………………13
 4．1．2 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)……………………….……………...…………13
 4．1．3 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)……………………….……….………..………15
 4．1．4 行驅(qū)動(dòng)電路元件參數(shù)計(jì)算……………….……….………………16
4．2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)………………….………………………17
 4．2．1 單片機(jī)的選型…………………………….. ……………………17
 4．2．2 STC單片機(jī)在條屏運(yùn)用中的優(yōu)越性……….………………………17
 4．2．3 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)…………………….………………………19
4．3 字庫(kù)與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)…………………….……………………20
 4．3．1 字庫(kù)芯片選型………………………………………...…………20
 4．3．2 字庫(kù)芯片的使用方法………………………….…………………20
 4．3．3 字庫(kù)芯片的電氣特性………………………….…………………21
 4．3．4 字庫(kù)芯片與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)……………...……………………23
 4．3．5 字庫(kù)芯片3.3V電源設(shè)計(jì)…………………………………………23
 4．3．6  5V-3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)……………..……………………24
4．4 與上位機(jī)的通信電路設(shè)計(jì)………………….………………………25
 4．4．1 通信協(xié)議的選擇…………………………………………………25
 4．4．2  MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片特點(diǎn)……………………………………26
 4．4．3 單片機(jī)與PC間通信接口電路設(shè)計(jì)………….……………………27
4．5 對(duì)于系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇……….…………………………27
 4．5．1 對(duì)于LED顯示屏的電源要求…………….………………………27
 4．5．2 開(kāi)關(guān)電源在條屏應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)……………...……………………28
第5章 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)……………………………………..………………29
5．1 開(kāi)發(fā)工具及語(yǔ)言…………………………………….………………29
5．2 單片機(jī)軟件流程…………………………………….………………29
5．3 單片機(jī)軟件中幾個(gè)重要算法的實(shí)現(xiàn)……………….………………30
 5．3．1 顯示緩存技術(shù)與映射關(guān)系 ……………………...………………30
 5．3．2 LED點(diǎn)陣與顯示緩沖區(qū)建立連續(xù)編址映射的算法…………………30
 5．3．3 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示的算法…………………………….………………31
 5．3．4 實(shí)現(xiàn)滾屏的算法…………………………………………………31
5．4 下位機(jī)軟件有關(guān)的計(jì)算 ……………………….…………………32
 5．4．1 UART異步串行口波特率計(jì)算……………………………………32
 5．4．2 SPI同步串行口波特率計(jì)算 ……………………...………………33
 5．4．3 漢字內(nèi)碼與點(diǎn)陣地址的換算………………………..……………33
5．5 片上E2PROM的空間分配…………………………………………33
5．6 單片機(jī)與PC機(jī)間的通信協(xié)議………………………..……………34
第6章 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)……………………………………..………………35
6．1 上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境……………………………….………………35
6．2 上位機(jī)軟件流程……………………………………….……………35
6．3 上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)………………………………….……………36
 6．3．1 控件布局…………………………………………..……………36
 6．3．2  MSCOMM控件屬性……………………………....……………36
6．4 上位機(jī)軟件關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)…………………………….……………37
 6．4．1 PC機(jī)串口操作………………………………..…………………37
 6．4．2字符轉(zhuǎn)為GB2312內(nèi)碼的算法………………………...…….……38
6．5 上位機(jī)軟件使用方法及運(yùn)行環(huán)境…………………….……………39
 6．5．1 控件功能及使用方法……………………………….……………39
 6．5．2 運(yùn)行環(huán)境………………………………………………..………40
第7章 PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………..………41
7．1  PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)………………………………………..……………41
7．2  元件布局及PCB整體結(jié)構(gòu)工藝…………………………….……41
7．3  布線(xiàn)工藝與準(zhǔn)則…………………………………………...………41
7．4  PCB實(shí)物照片……………………………………..………………43
第8章 使用說(shuō)明與測(cè)試結(jié)果……………………………….………………44
8．1  LED漢字顯示屏使用說(shuō)明………………………..………………44
 8．1．1 使用環(huán)境……………………………………..…………………44
 8．1．2 安裝上位機(jī)軟件…………………………………………………44
 8．1．3 更改顯示內(nèi)容……………………………...……………………44
 8．1．4 更換顯示模式…………………………...………………………45
8．2 測(cè)試結(jié)果………………………………….…………………………45
 8．2．1 軟件測(cè)試……………………………..…………………………45
 8．2．2 實(shí)際刷新率測(cè)試…………………………………………………46
 8．2．3 實(shí)際移動(dòng)速度測(cè)試…………………….…………………………46
 8．2．4 電氣指標(biāo)測(cè)試……………………………………………………47
8．3 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況……………………….…………………………48
第9章 總結(jié)………………………………………...…………………………49
參考文獻(xiàn)…………………………………………...…………………………50
致謝……………………………………………………………………………50
附錄……………………………………………………………………………51
附圖1 并行驅(qū)動(dòng)方式電路圖……………..………………………………51
附圖2 本設(shè)計(jì)完整電路圖（串行傳輸方式）……..……………………52
附圖3  PCB元件布局…………………………...………………………53
附圖4  PCB頂層布線(xiàn)…………………………...………………………54
附圖5  PCB底層布線(xiàn)………………………...…………………………55
附圖6 元件清單………………………………..…………………………56
附圖7 本設(shè)計(jì)作品照片………………………..…………………………57
附圖8 本設(shè)計(jì)顯示效果照片………………..……………………………58
清單1 單片機(jī)程序清單……………………..……………………………59
清單2上位機(jī)軟件VB程序清單 ………...……?！?9