點陣式LED漢字廣告屏的設(shè)計與制作

摘要
本設(shè)計使用STC12C系列高速單片機(jī)作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動96×16的點陣LED顯示屏。利用STC12C系列高速單片機(jī)本身強大的功能和內(nèi)部E2PROM，可以很方便的實現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲，并能利用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場、銀行等公共場所，所以本設(shè)計具有很強的現(xiàn)實應(yīng)用性。
本LED顯示屏能夠以動態(tài)掃描的方式同時顯示六個16×16點陣漢字，并能通過上位機(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)碼存儲在空閑的單片機(jī)程序存儲器空間，使本LED顯示系統(tǒng)能掉電存儲1024個字符。設(shè)計中采用了SPI接口的GB2312標(biāo)準(zhǔn)字庫，支持所有的國標(biāo)字符和ASCII標(biāo)準(zhǔn)字符的顯示。因為采用串行傳輸方式，使本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性得到提升，便于多個顯示單元的級聯(lián)。

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

關(guān)鍵詞   動態(tài)顯示  Ddynamic Display
            單 片 機(jī)  MCU
            串行傳輸  Serial Data Transfer
            點陣字庫  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  動態(tài)顯示   
                MCU     單 片 機(jī)   
                Serial Data Transfer  串行傳輸
                Llattice Llibrary   點陣字庫

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……………………………………………1
1．3  LED顯示屏的應(yīng)用示例……………………………………………2
1．4  設(shè)計任務(wù)…………………………………………………….………2
第2章 顯示原理及控制方式分析…………………………………...………3
2．1  LED點陣模塊結(jié)構(gòu)…………………………………………………3
2．2  LED 動態(tài)顯示原理 ……………………………………….………3
2．3  LED常見的控制方式………………………………………………5
第3章 總體方案設(shè)計與分析………………………………………...………7
3．1  顯示單元的考慮…………………………………………….………7
3．2  滾屏的實現(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)于點陣數(shù)據(jù)的存儲方式……………….…………………………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……………………………………………..…………12
4．1 顯示單元電路設(shè)計………………………………………………….12
 4．1．1 點陣LED模塊的選擇………………….…..……………………13
 4．1．2 列驅(qū)動電路設(shè)計……………………….……………...…………13
 4．1．3 行驅(qū)動電路設(shè)計……………………….……….………..………15
 4．1．4 行驅(qū)動電路元件參數(shù)計算……………….……….………………16
4．2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計………………….………………………17
 4．2．1 單片機(jī)的選型…………………………….. ……………………17
 4．2．2 STC單片機(jī)在條屏運用中的優(yōu)越性……….………………………17
 4．2．3 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計…………………….………………………19
4．3 字庫與單片機(jī)的接口設(shè)計…………………….……………………20
 4．3．1 字庫芯片選型………………………………………...…………20
 4．3．2 字庫芯片的使用方法………………………….…………………20
 4．3．3 字庫芯片的電氣特性………………………….…………………21
 4．3．4 字庫芯片與單片機(jī)的接口設(shè)計……………...……………………23
 4．3．5 字庫芯片3.3V電源設(shè)計…………………………………………23
 4．3．6  5V-3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計……………..……………………24
4．4 與上位機(jī)的通信電路設(shè)計………………….………………………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……………………………………26
 4．4．3 單片機(jī)與PC間通信接口電路設(shè)計………….……………………27
4．5 對于系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇……….…………………………27
 4．5．1 對于LED顯示屏的電源要求…………….………………………27
 4．5．2 開關(guān)電源在條屏應(yīng)用中的優(yōu)勢……………...……………………28
第5章 單片機(jī)軟件設(shè)計……………………………………..………………29
5．1 開發(fā)工具及語言…………………………………….………………29
5．2 單片機(jī)軟件流程…………………………………….………………29
5．3 單片機(jī)軟件中幾個重要算法的實現(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 實現(xiàn)動態(tài)顯示的算法…………………………….………………31
 5．3．4 實現(xiàn)滾屏的算法…………………………………………………31
5．4 下位機(jī)軟件有關(guān)的計算 ……………………….…………………32
 5．4．1 UART異步串行口波特率計算……………………………………32
 5．4．2 SPI同步串行口波特率計算 ……………………...………………33
 5．4．3 漢字內(nèi)碼與點陣地址的換算………………………..……………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……………………………………..………………35
6．1 上位機(jī)軟件開發(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………………………………….……………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)軟件使用方法及運行環(huán)境…………………….……………39
 6．5．1 控件功能及使用方法……………………………….……………39
 6．5．2 運行環(huán)境………………………………………………..………40
第7章 PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………..………41
7．1  PCB設(shè)計平臺………………………………………..……………41
7．2  元件布局及PCB整體結(jié)構(gòu)工藝…………………………….……41
7．3  布線工藝與準(zhǔn)則…………………………………………...………41
7．4  PCB實物照片……………………………………..………………43
第8章 使用說明與測試結(jié)果……………………………….………………44
8．1  LED漢字顯示屏使用說明………………………..………………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 測試結(jié)果………………………………….…………………………45
 8．2．1 軟件測試……………………………..…………………………45
 8．2．2 實際刷新率測試…………………………………………………46
 8．2．3 實際移動速度測試…………………….…………………………46
 8．2．4 電氣指標(biāo)測試……………………………………………………47
8．3 設(shè)計任務(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)動方式電路圖……………..………………………………51
附圖2 本設(shè)計完整電路圖（串行傳輸方式）……..……………………52
附圖3  PCB元件布局…………………………...………………………53
附圖4  PCB頂層布線…………………………...………………………54
附圖5  PCB底層布線………………………...…………………………55
附圖6 元件清單………………………………..…………………………56
附圖7 本設(shè)計作品照片………………………..…………………………57
附圖8 本設(shè)計顯示效果照片………………..……………………………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