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点阵显示摘要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、串行通信、LED大屏幕显示等功能模块组成。该系统的灰度控制功能由软件实现，吸收了硬件软件的思想。该系统不仅可以实现题目要求的基本功能，还可以完全实现其部分功能。最重要的是LED显示屏的内容可以通过PC实时修改，具有一定的创新功能。关键词：单片机LED大屏幕滚动显示PC控制1。任务设计制作一个简单的LED电子显示屏，采用16行*16列*16灰度点阵显示。原理图如下：PC LED灰度电子显示屏原理框图2。要求(1)基本要求：设计制造LED电子显示屏及控制器。1)自制16行*16列*16灰度点阵显示的简易LED电子显示屏；2)自制显示控制器，扩展键盘及相应接口，实现多功能显示控制。显示屏显示16幅灰度图像(可以是渐变灰度条纹)，数字和字母亮度适中，无闪烁。3)显示屏通过按键切换显示图像、数字和字母；4)显示屏可显示由特定图像、数字或英文字母组成的三组句子，通过按键可切换显示内容；5)可以显示两组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。(2)播放部分：1)自制简易LED电子显示屏，16行*32列*256灰度点阵显示；LED显示屏亮度连续可调。3)实现信息的左右滚动显示，以及预存信息的定时循环显示；4)实现实时时间显示，显示屏数字显示为：小时：分钟：秒(如18:38:59)；5)增加到10组(每组汉字有8或16个数字和字符)预存信息，信息有掉电保护；6)实现与PC的通信，直接通过PC的串口更新显示信息(需要PC客户端程序)；7)其他功能。3.说明(1)显示格式和信息可以自定义。(2)电子显示屏的LED显示灯只允许使用8*8的LED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可选。(4)不允许使用LED集成驱动模块和集成灰度产生模块。可以使用CPLD或FPGA。2、方案演示2.1显示部分：显示部分是本次设计的核心部分。L ED8*8点阵显示有两种方案：方案一：静态显示，一帧图像中每个二极管的状态分别用0和1表示。如果为0，说明LED没有电流，即暗态；如果为1，则二极管点亮。如果每个发光二极管都有一个驱动电路，在输入一幅图像后，所有发光二极管的状态将保持到下一幅图像。对于静态显示模式，需要很多解码驱动器，引线多而复杂，成本高，可靠性低。方案二：动态显示，将一张图片分割开来，分别显示图片的各个部分，是一种动态显示模式。动态显示模式可以避免静态显示的问题。但如果设计处理不当，很容易造成低亮度和闪烁。因此，合理的设计既要保证驱动电路易于实现，又要保证图像稳定无闪烁。动态显示采用复用技术的动态扫描显示方式，复用度不是无限增加的，因为使用动态扫描显示看到稳定画面的本质是利用人眼的暂留效应、发光二极管的长度、光线的亮度等因素。我们通过实验发现，当扫描刷新频率(发光二极管停止频率)为50Hz，发光二极管导通时间1m s时，显示亮度良好，没有闪烁现象。鉴于以上原因，我们采用第二种方案2.2。数字钟是本次设计的重要组成部分。根据需要，可以通过两种方案来实现。方案一：该方案完全用软件实现

定时器结合软件实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器中对应的秒值加1；如果第二个值达到60，则清零，对应的字节值加1；如果分数达到60，子字节清零，时间字节值加1；如果时间值达到24，则时间字节被清除。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不通电时，程序将不会执行。而且由于定时器每次执行程序都要重置初始值，所以时钟的精度不高。方案二：该方案采用达拉斯公司的专用时钟芯片DS1302。芯片采用石英晶体振荡器，芯片精度不超过10ms/年，具有完整的时钟报警功能。因此可以直接用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为了保证时钟在电网电压不足或突然断电的情况下仍能正常工作，芯片内置了锂电池。当电网电压不足或突然断电时，系统自动切换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不通电，不执行程序，锂电池也能保证芯片正常工作，从而随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用第二种方案来完成数字钟的功能。2.3温度采集部分可以测量温度，这是本设计的创新部分。由于现在产品的多样化和多功能化，我们决定在系统中增加一个温度测量显示模块，方便人们的生活和人性化的设计。方案一：热敏电阻可以满足40到90的测量范围，但是热敏电阻的精度、重复性和可靠性较差，不适合检测小于1的信号。方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足-55摄氏度到125摄氏度的测量范围，DS18B20测量精度高，增量为0.5摄氏度。它可以在一秒钟内将温度转换成数字，测得的温度值存储在两个八位RAM中，单片机可以直接从中读出数据，转换成十进制，这就是温度。使用起来很方便。基于DS18b20的上述优点，我们决定选择DS18b20来测量温度。2.4显示接口芯片方案一：并口输入，占用大量I/O口资源；方案二：串口输入，用的比较少。所以我们选择串口输入。串口输入我们可以选择74hc 595、74 ls 164、 tpic 6b 595。但是驱动LED必须驱动74HC595和74LS164芯片，而TI公司的DMOS器件TPIC6B595除了具有TTL和CMOS器件中移位寄存器595的逻辑功能外，最大的特点是驱动功率高，可以直接作为LED驱动器使用。基于以上比较，我们选择TPIC6B595驱动LED点阵。2.5串行通信芯片的选择AT89S52串口采用TTL电平，所以需要有电平转换电路，可以选择1488、1489、MAX232A。方案一：采用1488或1489芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，需要正负12V电源，使用起来比较麻烦。方案二：采用单片功率电平转换芯片MAX232A，电路可以简单可靠。基于以上分析，我们选择第二种方案，选择芯片MAX232A2.6电源模块。第一种方案：使用干电池作为LED点阵系统的电源。由于点阵系统耗电量大，干电池的使用需要经常更换，不符合节约型社会的要求。点阵系统要挂在墙上，电池总量大，使用起来会有很大的安全隐患。方案二：采用200W/5V DC稳压电源作为系统电源，不仅能满足系统的需要，而且更轻便，使用更安全可靠。基于以上分析，我们决定采用方案23、总体方案3.1工作原理：采用AT89S52单片机作为本系统的中央控制模块。单片机可以通过软件对DS18B20和DS1302读取的数据进行处理，然后将数据传输给显示模块，实现温度和日历的显示。点阵电子显示器是

3.2总体设计总体设计的总体框图如图1所示4、系统硬件设计(单元电路设计与分析)4.1 AT89S52单片机最小系统最小系统包括晶振电路、复位开关和电源。图2是AT89S52单片机的最小系统。4.2测温模块图3 DS18B20测量电路测温传感器采用DALLAS公司的DS18B20单总线数字温度传感器，其测温范围为-55~125，可编程9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625。采用寄生电源工作模式，CPU只需要一根端口线就可以和DS18B20通信，占用CPU端口线少，可以节省很多。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，包含一个实时时钟/日历和31字节的静态RAM，通过简单的串行接口与MCU通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、日、日、月、年信息，闰年天数可自动调整。可以通过AM/PM执行时钟操作表明DS1302决定采用24小时制或12小时制。DS1302与单片机之间的通信可以简单地采用同步串行方式。只需要三个端口线1复位2 I/O数据线3 SCLK串行时钟/RAM读/数据以一个字节或多达31个字节写入。DS1302工作时功耗低，保存数据和时钟信息时功耗小于1mW。其接线电路如图4所示。时钟电路4.4键盘模块、键盘和状态显示模块：为了使软件编程简单，本设计采用了可编程芯片8255。该方法如表1所示。PA接口连接按键，PC接口控制用于状态显示的LED点阵。每个按键通过10K上拉电阻连接到电源Vcc，按键的另一端接地。当一个按键被按下时，与该按键相连的PA口相应位变为低电平，单片机检测到这种变化后进入相应的按键处理程序，点亮程序中的LED点阵。电路如图54.5所示LED显示模块的点阵数据串行输入，器件为移位寄存器TPIC6B595。栅极控制和扫描信号通常以16个点为一行并行处理。在点阵显示中，用48的L ED点阵构成一个L ED显示单元，采用行共正列共负的排列方式。驱动器分为两部分：分别是行和列移位寄存器。行数据是扫描数据，16行一次只驱动一行，采用逐行扫描方式，列数据是汉字点阵码。对于字符和图形的显示，也可以使用点阵，其显示原理和方法相同。该电路如图6.6 LED显示电路4.6灰度控制4.6.1 256灰度控制方法。对于LED照明灯，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。占空比控制方法是在一定的显示重复扫描频率下，通过发光时间Tu与扫描周期T的比值Tu/T来控制LED器件的亮度。在同样的LED正向电流作用下，Tu越长，发光能量就越大。只要周期性扫描速度足够快，人眼就可以检测不到的部分一个周期发光，但就是感觉LED的亮度更高。本设计采用占空比控制方法。4.6.2图像扫描法在图像扫描显示过程中，8位灰度的一列数据每次只传输显示1位，这样8位灰度就可以通过8次传输显示来体现。具体方法是：首先扫描显示16行、16列8位灰度值的D0位，其次扫描显示16行、16列D1位，以此类推，直到显示16行、16列灰度值的D7位。每个部分依次重复上述过程，直到扫描并显示整个屏幕。对于具有1位的16行和16列的扫描细节，从第一行开始，首先将该行和列的D0位灰度值数据发送到每个列移位寄存器的锁存器，然后将第二行的D0位数据

E2…E10来自专柜；H1、H2、H4、H8、H16、H32、H64、H128和H256是由解码器翻译的具有不同脉冲宽度的OE信号源。H1是一个时钟周期，H2是半个时钟周期，以此类推，H256是1/256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，最后输出的只有OE线。表1是运行经验脉冲分配表。因为H1最宽，H1输出时LED最亮，H1在这里不是连续输出，而是分散的。其目的是增加显示屏的扫描频率，减少频闪，使屏幕图像看起来更稳定。方案二、通过扫描单片机软件实现LED不同灰度的现实，从而达到显示图像的效果。由于缺乏FPGA开发工具，采用了第二种方案。4.7亮度连续可调控制方案一在软件中调节刷新频率。当刷新频率较高时，持续点亮时间较短，显示屏亮度较低。当刷新频率降低时，持续发光时间延长，显示屏变得更亮。因此，可以通过调节占空比来调节显示屏的亮度。然而，连续亮度水平可以由于通过软件调节的亮度的不连续变化而无法实现。它会眨眼睛。调整效果不明显，不采用该方案。第二种方案通过调节电位器来改变电压，实现亮度调节。调节电位器实现线性电压调节，从而控制三极管改变显示屏的压降。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节范围较大，所以采用这种方法进行调节。4.8电源选用200W/5V DC稳压电源更安全。电路图如图7所示。电源电路4.9 PC通讯4.9.1硬件连接设计。MAX232是标准串行通信接口。对于一般的双向通信，只需要串行输入端口RXD(第3针)、串行输出TXD(第2针)和地线(第7针)。MAX232的逻辑电平如表2所示。图8。4.9.2软件设计串行通信。用VC在PC上编写上位机软件实现单片机的控制，实现对LED显示内容和真实感模式的控制。4.10总体电路系统总体电路如下：图9总体电路5、系统软件设计5.1主程序5.2显示子程序流程5.3显示时间子程序流程5.4与PC的串行通信程序5.5温度测量流程图

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