户外点阵LED显示屏的设计和实现设计.doc

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1、安徽建筑工业学院毕业设计（论文）摘要 本题为自拟题目，本题为硬件设计并涉及到软件知识，主要是培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。本设计利用微处理器作为控制芯片产生所需时序，上端通过无线模块接口从PC端接收数据，下端通过微处理器控制驱动点阵LED显示器，板上有EEPROM保存显示数据，涉及到的知识有可编程逻辑器件、单片机、电子CAD、模电、计算机接口技术、微机WINDOWS平台下的编程等方面，最后完成设计和制作一个能在户外使用的大尺寸LED显示屏。AbstractThis entit

2、led personal task, entitled knowledge of hardware design and software is involved, mainly is the practice of cultivating college students innovative consciousness of humanism in collaboration with basic skills, team spirit and the style of study of integrating theory with practice; helps students en

3、gineering qualities to develop students practical problems for electronic design and production capacity. This design using microprocessor as control chip produced by needed timing, top by wireless module interface from PC end received data, bottom by microprocessor control drive lattice LED monitor

4、, Board Shang has EEPROM save displayed data, involves of knowledge has can programming logic devices, and single tablets machine, and electronic CAD, and die electric, and computer interface technology, and computer WINDOWS platform Xia of programming, area, last completed design and making a can i

5、n outdoor using of large size LED display.关键字 LED显示屏 微处理器 可编程逻辑器件 通讯接口Keywords LED display， panel microprocessor， programmable logic device， communication interface目录1、绪论11.1课题背景11.1.1选题背景11.1.2我国的发展现状及发展趋势21.2设计要求31.2.1显示屏的规格31.2.2显示颜色41.2.3显示效果41.3设计思想41.4系统框图51.4.1设计任务52、总体结构和电路设计62.1总体结构设计62.1.1

6、设计软件62.1.2主控板编程软件82.2电源设计92.3上位机PC92.4主要电路设计92.4.1主控芯片的选择102.4.2显示屏模块183、结论224、谢辞235、参考文献23附录A24附录B25户外点阵LED显示屏的设计和实现 -电路设计、印制板设计电子与信息工程学院 电子信息工程专业 2008级2班 王洁指导教师 花海安1、绪论1.1 课题背景1.1.1 选题背景1970年代最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。 从此LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各部门和千家万户。

7、到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性，工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过100mcd的LED，又称 坎德拉(cd)级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙

8、色超高亮度LED，1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。同年，东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。中国发展LED起步于七十年代，产业出现于八十年代。全国约有100多家企业，95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术， 使中

9、国LED的生产技术已向前跨进了一步。1.1.2 我国的发展现状及发展趋势1.1.2.1 我国的LED显示屏发展现状经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链，1998年中国光学光电子待业协会光电器件分会LED显示屏专业委员会成立，此协会集中了全国有代表性和影响的LED显示屏主要生产企业，成立之初有55家成员单位，目前已发展到67家，基本上包括了全国LED显示屏行业的主导企业。中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。现阶段，从事该产业的人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家，其中上游企业50余家，封装企业1000余

10、家，下游应用企业3000余家。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。2007年我国LED显示屏产业主要集中在华东和华南地区，这两个地区的产业总体规模占到全国的60%以上，这一趋势近两年更为明显。统计数据显示，2007年市场销售额在1000万元以上的企业有108家，占到85%，反映出行业内企业平均规模水平在提升；2007年市场销售额在5000万元以上的企业有38家，占30%，其销售额合计为40.8亿元，销售额占到了全行业的67.9%，反映出LED显示应用产业的集约化发

11、展趋势；2007年销售额在1亿元以上的企业有17家，占13.4%，其销售额合计28.08亿元，销售额占到了全行业的46.7%。LED显示屏是发光二极管主要应用面之一，近年来发展迅速，目前LED显示屏制作技术先进，售价低，国外公司很难在大陆竞争市场，据不完全统计，1998年我国LED显示屏生产厂商有150多家，制造各类显示屏约五万平方米，实现产值14亿元，主要生产厂家有北京兰通、南京洛普、联创健和、上海信茂、上海三思科、东北微电子、西安青松、天津数据、深圳同洲等，这些公司生产的户外屏，全彩色室内外屏都能为用户接受，推动了信息显示市场发展。1.1.2.2 我国的LED显示屏发展趋势1. 蓝色及纯绿

12、色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要发展方向。2. 材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。3. 信息化社会的形成，LED显示民间的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要示诉小型LED显示民间会有较大提高。LED显示频正在向着高亮度、全彩化，标准化、规范化，产品结构多样化的方向快速发展。1.1.2.3 选题意义通过这次的课题研究可以使我们更好的掌握点阵式汉字LED的原理及制作，以及对LED显示屏在

13、我们的发展现状及发展趋势也有了很好的了解。现代信息社会中，作为人-机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并将成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。这也意味着这次的课题研究带给我们的是更大的发展前景，更好的发展前途。1.2 设计要求（1）显示屏的规格为32x160或32 x192点阵。（2）显示的颜色红色两值。（3）有多种显示效果。（4）上位机通过RS232与显示屏通信更新数据。（5）设计安装显示屏的结构件。1.2.1 显示屏的规格规格主要体现显示屏的大小和点距，下面主要说明点距：点

14、距就是2个像素点之间的距离。主要是取决于观看者的距离。通常点距的概念用于室外屏，有P6、P7.62、P8、P10、P12、P16、P20等，以毫米mm为单位。室外屏观看距离一般在30米内，采用不大于P16（16mm）的模组。点距越密，显示出来的字笔画越细腻，单位面积像素点越多，显示屏成本越贵。太稀疏的话，近距离看不清。对于横幅来说，10 mm是比较合适的。有的店面为了省钱，又想做个大的横幅，用点距30mm的单元板来做，可是马路好窄，对面行人看过来，字太大了，要停下来仔细看才知道是什么内容，效果适得其反。1.2.2 显示颜色单基色LED显示屏由一种颜色的LED灯组成，仅可显示单一颜色，如红色、绿

15、色、橙色等。双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65,536种颜色（双色屏可显示红、绿、黄3种颜色）。全彩色LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成，可显示白平衡和16,777,216种颜色。根据要求显示颜色为红色两值，即单基色LED显示屏。1.2.3 显示效果图文LED显示屏(异步屏)可显示文字文本、图形图片等信息内容。可联网脱机显示。一般由显示单元板（模组）、条屏卡、开关电源、HUB板（可选）组成。通过串口线与计算机连接，进行显示文字的更改，之后可以脱开计算机工作。视频LED显示屏(同步屏)可实时、同步地显示各种信息，如二维或三维动画、录像、电视、

16、影碟以及现场实况等多种视频信息内容。同步屏系统比较复杂，系统可大可小，一般由计算机、DVI显卡、数据发送卡、同步数据接收卡、HUB板、网线、LED显示屏等组成。系统始终需要联机计算机工作，将计算机上的图像文字显示在LED大屏幕上。根据要求显示效果为图文LED显示屏。1.3 设计思想为了实现在分析阶段所涉及的逻辑模型，我准备把整个系统分为上位机、下位机以及通讯硬件三个部分。上位机软件部分主要完成输入字符的代码转化、显示、输出，向用户提供良好的操作界面等功能。下位机软件部分主要实现数据的接收、转换、存储等功能。通讯硬件部分主要完成上位机PC与下位机的全双工通信。我的设计思想为：图1- 1在我所设计

17、的整个过程中始终贯彻执行着这个思想。1.4 系统框图根据要求画出的系统框图： 图1- 2本系统主要由上位机PC、主控板、显示屏和电源组成。1.4.1 设计任务本次设计本人的主要扶着任务为电路的设计，由于本次设计电路部分比较复杂，电路部分将会有几位组员进行共同完成。2、总体结构和电路设计22.1 总体结构设计本次设计本人负责设计电路部分，根据功能主要可以分成2个模块：主控板和显示屏，另外包括电源等。模块示意图：图2- 1 2.1.1 设计软件PROTEL 99 SE1.原理图设计系统原理图设计系统是用于原理图设计的Advanced Schematic系统。这部分包括用于设计原理图的原理图编辑器S

18、CH以及用于修改，生成零件的零件库编辑器SCHLIB。2.印刷电路板设计系统印刷电路板设计系统是用于电路板设计的Advanced PCB。这部分包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改，生成零件封装的零件封装编辑器PCBLIB。3.信号模拟仿真系统信号模拟仿真系统是在原理图上进行信号模拟仿真的SPICE3F5系统。4.可编程逻辑设计系统可编程逻辑设计系统是基于CUPL的集成于原理图设计系统的PLD设计系统。PROTEL99内置编辑器：这部分包括用于显示，编辑文本的文本编辑器TEXT和用于显示，编辑电子表格的电子表格编辑器SPREAD。其中，在我们的课题中，我们使用了原理图设计系统，印

19、刷电路板设计系统，PROTEL 99 SE内置编辑器，完成了原理图的设计，零件库的编辑，印刷电路板的设计，零件封装库的编辑以及元件清单的编辑。 原理图：在设计和实际绘制原理图的过程中，我们遵循模块化的设计思想。也就是说，在设计电路图的时候，应先将整个系统划分成不同的功能模块，如：最小系统模块，供电模块等。设计硬件原理图时应注意的问题 虽然原理图只是建立一个逻辑连接，但是在布局上也应当合理。连线尽量不要交叉，在连接两个相距比较远的器件时，最好使用网络标号（NET LABEL）。对于比较复杂的电路，应将其模块化，并采用层次化设计。 PCB版图：零件封装在PROTEL中，它自带了一些常用的零件封装，

20、但是，它通常都是不能满足设计者的要求的。因此，我们必须根据系统中实际使用的器件的大小来设计零件的封装。系统布局在PROTEL99的PCB设计系统中，它包含了自动布局的功能，不过这样设计出来的电路板通常都是不符合设计者要求的。在我们这个系统的设计中，采用的是预布局 + 自动布线 + 手工调线三者相结合，是PCB设计更为完善。2.1.2 主控板编程软件本次设计的编程主要由C语言这个计算程序设计语言来完成，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统

21、应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。其特点：1 C是高级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。2C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用

22、户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。3C语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。4 C语言适用范围大。适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。2.2 电源设计电源电路的设计贯穿于整个系统每个的部分，稳定的电源可以明显的提高整个系统的可靠性，系统电源为5V电源系统。由于LED显示屏幕属于精密电子设备，所以要采用开关电源

23、，不能采用变压器。一般采用的开关电源是220V输入，5V直流输出，功率根据需要选取。主控板芯片和显示屏模块均使用5V直流电压源，网上购买一个LED显示屏专用电源，规格为200W/5V。考虑到当所有的LED都点亮时的工作电流很大，因此在电路中加入了保险丝防止过流。如此大的电流在制作PCB时必须考虑到电流的走向，采用均匀供电的方式可以将电流分散的送出，防止某一处的电流过大。同时将VCC电源线尽量使用较宽的布线方式。当电流经过长线传输到芯片的电源端时，不可避免的引入了高频干扰，所以在芯片的电源引脚附近分布一定量的电容进行滤除长线干扰。2.3 上位机PC上位机PC主要包括上位机软件。上位机软件负责完成

24、对图形和文字的编辑，通过RS-232-C通信接口与下位机控制器（即主控板）建立通信链路；主控板通过与上位机协调握手信号与上位机建立通信链路，接收上位机传送的数据信息，再经数据变换处理，驱动扫描板电路；扫描板上LED点阵屏幕就显示出上位机所传送的图形或文字。各个单元相互协调配合，完成LED显示屏的显示变换功能。由于本次设计主体为电路设计，在这里就不再详细描述上位机软件开发过程。其他3个模块为本人本次设计的重点，将会在第二章进行详细描述分析。2.4 主要电路设计主控板模块是本次设计的重点，电路主要芯片是单片机，主要包括单片机最小系统、功放缓冲电路、键盘电路、温度测量电路、温度控制电路、供电电路、时

25、钟电路和串口通信电路。2.4.1 主控芯片的选择单片机和FPGA比较：单片机是集成了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

26、到1V，工作电流由mA降至A ，这在便携式产品中大有用武之地。FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。两者的区别，本质是软件和硬件的区别。单片机设计属软件范畴；它的硬件（单片机芯片）是固定的，通过软件编程语言描述软件指令在硬件芯片上的执行。FPGA设计属硬件范畴，它的硬件（FPGA）是可编程的，是一个通过硬件描述语言在FPGA芯片上自定义集成电路的过

27、程。由于本次设计的产品不需要处理太多的数据，以及数据的改变也不是很频繁，对于这些要求单片机就可以达到，而相对于FPGA几十元到上百元的价格，单片机就体现出一定的优势了，所以本次设计主控芯片选单片机。单片机的介绍：本次设计选择STC89C54, STC是在深圳的一家8051单片机设计生产公司。STC系列的单片机现在在中国的51单片机市场上占有较大比例。宏晶科技现已成长为全球最大的8051单片机设计公司,现提供专用MCU设计服务.深圳宏晶科技有限公司是专业单片机供应商，致力于提供处于业内领先地位的，高性能STC系列MCU和SRAM其产品已通过国际权威认证机构SGS（瑞士通用公证行）的多项认证：1E

28、FT测试认证：过4KV快速脉冲干扰2绿色环保认证：无铅认证 STCMCU性能特点在于： 89C系列：工作频率040M相当于普通8051的080M，FLASH程序储存4K-64K，RAM数据储存512B1280B，内部集成EEPROM 2K16K及看门狗和专用复位电路，带A/D功能。12C系列：单时钟/机器周期。超小封装。2-4路PWM，8-10位高速A/D转换。 FLASH程序储存512B60K，RAM数据储存256B1280B，集成EEPROM及硬件WDT。产品都有为低功耗。有ISP和IAP功能，强抗干扰和降低EMI性能。15F系列有STC最少引脚8引脚的单片机.最显著的特点就是支持ISP在

29、线下载功能。STC89C51RC/RD+ 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/ 高速/ 低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051 单片机，12 时钟/ 机器周期和6 时钟/ 机器周期可任意选择，最新的D 版本内部集成MAX810 专用复位电路。其特点：加密性强,很难解密或破解,解密费用很高、国内能解密的人少,一般的仿制者望而退步。超强抗干扰: 1 、高抗静电(ESD保护) 2 、轻松过 2KV/4KV快速脉冲干扰 3 、宽电压,不怕电源抖动 4 、宽温度范围,-4085 5 、I/O 口经过特殊处理 6 、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理 7 、单片机内部的时钟电路经过特殊处理

30、 8 、单片机内部的复位电路经过特殊处理 9 、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理 三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施: 1 、禁止ALE输出 2 、如选 6 时钟/机器周期,外部时钟频率可降一半 3 、单片机时钟振荡器增益可设为 1/2Gain超低功耗: 1 、掉电模式:典型功耗0.1A 2 、空闲模式:典型功耗2mA 3 、正常工作模式:典型功耗4mA-7mA 4 、掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池供电系统,如水表、气表、便携设备等 图2- 2 图2-3 单片机的内部资源：一个8位的CPU一个片内振荡器及时钟电路4KB的Flash ROM512字节的内部RAM可扩展的64KB外部R

31、AM和ROM的控制电路2个16位定时器/计数器26个特殊功能寄存器（双数据指针）4个8位并行I/0口1个全双工串行口5个中断源，两个优先级内部硬件看门狗电路一个SPI串行接口，用于芯片的在系统编程单片机引脚介绍：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每引脚可吸收8个TTL门电流。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。P3口：P3口管脚是8个内部带上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也

32、可作为AT89S51的一些特殊功能口，即第二功能引脚功能说明如下：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时/计数器0外部输入）P3.5 T1（定时/计数器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程

33、序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。/VPP：当保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。下面介绍电路，主控板主要包括三个电路：复位电路、时钟电路、串口通信电路。（1）单片机最小系统，包括复位电路和时钟电路。所谓最小硬件系统是指单片机能工作所必须具备的硬件条件，它包括四个部分，如图2-6所示：电源电路

34、：芯片接上5V电源，即40脚接5V电源的正，20脚接地。时钟电路：18、19脚接晶体振荡器和电容构成时钟电路，如图所示。复位电路：为保证单片机正常工作，必须有复位电路，电路复位后程序从头开始运行。要使电路复位，只要在复位引脚上加两个机器周期以上的高电平。图2-4（2）串口通信电路本次设计要求上位机PC能够下载程序到单片机，这就要求实现单片机和PC的通信。随着单片机和微机技术的不断发展，特别是网络技术在测控领域的广泛应用，由PC机和多台单片机构成的多机网络测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片 机在实时数据采集和微机对图形处理、显示的优点。同时，windows环境下后台微机在数据库

35、管理上具有明显的优势。二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。硬件结构和单片机的通1S 程序设计单片机和PC 机的串行通信一般采用RS-232、RS-422或B3-485总线标准接口， 也有采用非标准的20nnJL 电流环的。为保证通信的可靠，在选择接口时必须注意：(1)通信的速率；(2)通信距离：(3)抗干扰能力；(4)组网方式。本文主要介绍采用RS-232接口与单片 机通信的方法。1、RS-232电平转换和PC 机的接口电路 RS-232是早期为公用电话网络数据通信而制定的标准，其逻辑电平与ITLCMOS电乎完全

36、不同。逻辑0规定为+5-+15V 之间，逻辑1规定为-5-15V 之间。由于RS-232发送和接收之间有公共地，传输采用非平衡模式，因此共模噪声会耦合到信号系统中，其标 准建议的最大通信距离为15米但实际应用中我们在300bi：s 的速率下可以达到300米。RS-232规定的电平和一般微处理器的逻辑电平不一致，必须进行电平转换，实现逻辑电平转换可以采用以下三种方式。一、采用MCl488和MCl489芯片的转换接口 MCl488和MCl489芯片为早期的RS-232至TTL 逻辑电平的转换芯片。该电路的不便之处是需要12V 电压，并且功耗较大，不适合用于低功耗的系统。 二、采用MAX232芯片的

37、转换接口MAX232是MAXIM 公司生产的，包含两路驱动器和接收器的RS-232转换芯片。芯片内部有一个电压转换器，可以把输入的+5v 电压转换为RS-232接口所需 的10V 电压，尤其适用于没有12V 的单电源系统。与此原理相同的芯片还有MAx202、 AD 公司的ADDtl01以及INl2只SIL 公司的ICl232芯片。三、采用分立元件实现的转换接口采用分立元件实现的RS-232-TTL电平的转换接口电路，其特点是利用PC 机的BS-232接口的脚信号出(也可用、脚)来供给负 电源，FC 机的、脚在非发送逻辑0电平时均为1电平(-10V 左右)，其驱动能力为 20mA，利用这个特性，

38、用一个二极管和电解电容，即在电解电容上获取了RS-232通信所 需的负电源。该电路简单、功耗小，在没有专用芯片时不失为一种替代方法。上述介绍的RS232至TTL 电平转换的方法可以适用于大多数通信系统，在一些特 殊应用场合需要诸如静电保护、多收发器(如与MODEM 连接)时可采用MAX238(4驱动、4 接收)或MAX3221t t15Kv 静电保护)等芯片。图2-4（3）功放缓冲电路单元板/模组是由多块串接在一起的，而控制信号是比较弱的，在信号传递过程中需要将它的功率进行放大，在这我使用了74HC245。图2-6第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B

39、”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。第29脚“A”信号输入输出端，A1=B1、A8=B8，A1与B1是一组，如果DIR=“1”G=“0”则A1输入B1输出，其它类同。如果DIR=“0”G=“0”则B1输入A1输出，其它类同。第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第19脚G，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。第10脚GND，电源地。第20脚VCC，电源正极。图2-52.4.2 显示屏模块显示屏模块主要组成有LED显示屏、行驱动、列驱动和电源。系统框图：图2-8LED显示屏的

40、选择：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

41、示屏。本次设计显示屏规格为160X32，采用32X16的封装显示屏10块。一个3216的LED显示屏行和列各有16和8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）、74LS164（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20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力，所以单片机不能直接驱动LED显示屏显示。2.4.2.1 行驱动采用74HC138和49

42、53来驱动行。74HC138介绍：74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。 图2-974HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端

43、作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。4953介绍：4953的作用：行驱动管，功率管 每一显示行需要的电流是比较大的，要使用行驱动管，每片4953可以驱动2个显示行 。其内部是两个CMOS管，1、3脚VCC，2、4脚控制脚，2脚控制7、8脚的输出，4脚控制5、6脚的输出，只有当2、4脚为“0”时，7、8、5、6才会输出，否则输出为高阻状态（漏极开路）。图2-6行驱动原理图图2-72.4.2.2 列驱动采用74HC595芯片作为列驱动芯片。74HC595介绍：74HC595的作用：LED驱动芯片，8位移位锁存器 用

44、于驱动显示列，每片74HC595可以驱动8列，多片74HC595串接在一起，串行列数据信号RI（DATA）、锁存信号STB、串行时钟信号CLK都在这个芯片上图2-8第8脚GND，电源地。第16脚VCC，电源正极第14脚DATA，串行数据输入口，显示数据由此进入，必须有时钟信号的配合才能移入。第13脚EN，使能口，当该引脚上为“1”时QAQH口全部为“1”，为“0”时QAQH的输出由输入的数据控制。第12脚STB，锁存口，当输入的数据在传入寄存器后，只有供给一个锁存信号才能将移入的数据送QAQH口输出。第11脚CLK，时钟口，每一个时钟信号将移入一位数据到寄存器。第10脚SCLR，复位口，只要有

45、复位信号，寄存器内移入的数据将清空，显示屏不用该脚，一般接VCC。第9脚DOUT，串行数据输出端，将数据传到下一个。第15、17脚，并行输出口也就是驱动输出口，驱动LED。图2-93、结论尽管在我们不懈的努力下完成了毕业设计，取得了的成功，但是我们也存在着许多的缺陷和不足之处。由于我们缺乏系统开发的经验，对系统设计的过程缺乏了解，在设计中我们走了许多弯路。第一次制版的失误更是让我们真正的认识到经验的重要性。由于对PCB布线布局的不深了解，使的印制板迟迟不能完成。其次是显示板的PCB设计。一方面我们对点阵很陌生，太不了解它了。另一方面我们太不细心，把点阵的位置放错。这次毕业设计使我绘制电路板的水

46、平得以非常大的提高，protel 99se软件的应用更加熟练。在软件部分的设计上我们也存在很多不足，例如我们在做系统仿真时还有许多小的毛刺没有消除，整合后的程序还不够简化，较为繁杂，占用较多的硬件资源。本系统完成后，只是实现了一些简单的功能，这些功能用单片机实现。如果系统再做大一点，如增加显示屏面积，实现彩色和灰度时，数据量就会增大，再用低速的单片机就不太合适了，我想这时就要用高集成度、高速度的PLD芯片来处理。历时几个月的毕业设计结束了, 在老师的指导下我们顺利地完成了硬件部分及软件部分的设计, 并且调试成功。自从毕业设计刚刚开始的时候, 我们的指导老师花老师就告诉我们:这次毕业设计的主要目的不是为了提高某一方面的知识, 而是要使我们对系统设计有一个总体的认识, 让我们了解一下一个完整的系统的设计需要做哪些工作, 有哪些步骤。以前我们上课、做实验、实习都只是为了增加我们某