點陣電子顯示屏論文資料,點陣,電子顯示屏,論文,資料 點陣電子顯示屏制作 目錄 摘 要 4 1：方案論證與比較 5 1．1控制器部分 5 1．2 數(shù)據(jù)存儲器 5 1．3 亮度連續(xù)可調(diào) 6 1．4 顯示屏驅(qū)動電路的選擇 6 1．5 鍵盤的選擇 7 1．6 串行口的選擇 7 2．系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn) 7 2．1系統(tǒng)總框圖 7 2．2 硬件部分 8 2．2．1 采用16個LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點陣顯示 8 2．2．2 LED顯示屏驅(qū)動電路 9 2．2．3亮度連續(xù)可調(diào) 10 2．2．4 刷新頻率的計算 10 2．2．5 鍵盤 10 2．3 軟件方面 11 2．3．1 主程序的流程圖 11 2．3．2 按鍵程序 12 2．3．3 行列的掃描 13 2．3．4 人機交互 14 3．測試、結(jié)果及分析 15 3．1基本功能 15 3．2 發(fā)揮功能部分 15 3．3 其他發(fā)揮部分 15 3．4刷新頻率的測試 15 3．5 按鍵的結(jié)果測試 16 4．總結(jié) 16 參考資料： 16 摘 要 本設(shè)計使用ARM2138開發(fā)板作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動16*64的點陣LED顯示屏。利用ARM本身強大的功能和大容量的內(nèi)部存儲，可以很方便的實現(xiàn)ARM與PC機和SD卡等外圍存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的進行顯示內(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。 Abstract ARM2138 used as a main controller design and use of simple external circuit to drive 16*64 the lattice LED display. ARM itself using powerful functions and capacity of internal storage, it is easy to realize the ARM and PC and SD card for external storage, data transmission equipment and the ability to use the software for the convenience of a variety of content changes, the other dot matrix display widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.1、方案論證與比較 1．1控制器部分 方案一 采用常用的89C51控制。技術(shù)比較熟練，應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在的51系列技術(shù)硬件發(fā)展的也非常得快，也出現(xiàn)了許多功能非常強大的單片機，因此使用單片機可以實現(xiàn)要求的基本功能。但是為了實現(xiàn)多組預(yù)存信息,必須外加具有掉電存儲功能的EEPROM,這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。而且在執(zhí)行動態(tài)刷新的時候讀取EEPROM的速度慢，刷新頻率受到限制。 下面是簡單的用單片機處理的框圖（圖1）。 圖1 方案二 應(yīng)用ARM，ARM是一種功耗很低的高性能處理器，技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。方便、安全、高效。作為嵌入式領(lǐng)域中最為廣泛使用的32位處理器結(jié)構(gòu)體系，ARM已經(jīng)成為多個應(yīng)用領(lǐng)域的標準CPU。ARM處理器技術(shù)正在成為多數(shù)嵌入式高端應(yīng)用開發(fā)的首選。ARM2138芯片具有高達32KB的內(nèi)存作為數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)非?？斓淖x取速度。并具有豐富的I/O資源，而且其外圍電路簡單,在片內(nèi)即可實現(xiàn)所有控制。簡化了整個系統(tǒng)的復(fù)雜程度. 通過比較，我們選擇方案二。 1．2 數(shù)據(jù)存儲器 方案一 非易失性記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失?？墒撬械姆且资杂洃涹w均源自ROM技術(shù)。只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫入，而且寫入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫入數(shù)據(jù)時需要的時間長，擦寫次數(shù)低,寫數(shù)據(jù)功耗大等缺點。 方案二 選用SD卡，其利用記憶性半導(dǎo)體進行存儲,具有大容量、高速度、非易失性、可在線擦寫特性的存儲器。而且具有成熟的SPI協(xié)議來實現(xiàn)與ARM的連接.很容易實現(xiàn)與ARM的數(shù)據(jù)交互傳遞,而且使用SD卡可以實現(xiàn)脫機使用與存儲.在更新顯示信息的時候,只需要用SD卡傳遞.而不需要連機,更新信息方便快捷,更加有利于實際應(yīng)用。 基于以上各種對比,我們選用方案二。 1．3 亮度連續(xù)可調(diào) 方案一 通過在軟件中調(diào)節(jié)刷新頻率。刷新頻率高的時候,連續(xù)點亮的時間短,顯示屏亮度低,當(dāng)刷新頻率調(diào)低時,連續(xù)點亮的時間延長,顯示屏變亮。因此通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)顯示屏亮度的調(diào)整。但是由于軟件調(diào)節(jié)亮度變化不連續(xù).不能實現(xiàn)連續(xù)的亮度調(diào)節(jié)。并且會出現(xiàn)閃爍。調(diào)節(jié)的效果不明顯，故不采用此方案。 方案二 通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓,實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)線形電壓調(diào)整,從而控制三極管使顯示屏壓降發(fā)生改變。從而達到連續(xù)調(diào)節(jié)亮度的目的。電位器的調(diào)節(jié)范圍較大，因此用此方法來調(diào)節(jié)。 1．4 顯示屏驅(qū)動電路的選擇 方案一 在禁止使用專用的LED控制芯片的情況下采用通用芯片74LS595，其具有8位鎖存、串—并移位寄存器和三態(tài)輸出，可以用它的鎖存功能實現(xiàn)硬件電路對數(shù)據(jù)的刷新。但是需要更多的控制信號，而且芯片的級聯(lián)不方便。 方案二 由于ARM提供了足夠的內(nèi)存來做為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)對顯示數(shù)據(jù)進行存儲，我們可以用移位寄存器74HC164和譯碼器74HC138來實現(xiàn)LED點陣顯示的行列控制.其特點是控制信號簡單，級聯(lián)方便，芯片數(shù)量少。 綜合考慮，我們采用方案二。 1．5 鍵盤的選擇 方案一 采用專門的鍵盤芯片7289,其可用很少的接口來擴展更多的鍵盤，能夠外接8個LED，64個按鍵。但是在本系統(tǒng)中只是使用較少的按鍵，而且ARM有豐富的I/O口資源，因此使用7289會浪費按鍵資源，增加成本。 方案二 利用I/O口直接連接的獨立式鍵盤,每鍵都有相應(yīng)的I/O口對應(yīng),編程容易控制.實現(xiàn)方便.又因為ARM有足夠的I/O口資源.可使用獨立式鍵盤。 因此方案二為最佳方案。 1．6 串行口的選擇 方案一 采用RS485來進行長距離（1200M）的傳輸，RS-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)忍攸c而被廣泛應(yīng)用.但RS485總線存在自適應(yīng)、自保護功能脆弱等缺點，如不注意一些細節(jié)的處理，常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障而且總線本身存在許多的局限性，效率低，實時性差，通信的可靠性低，應(yīng)用不靈活。 方案二 采用RS232來進行串行的傳輸, 用串行通訊的好處是簡單，抗干擾性強.由于本系統(tǒng)設(shè)有SD卡存儲器,因此不需要遠距離傳輸,因此RS232已經(jīng)足夠滿足要求。并且可直接和PC機接口，不用外加協(xié)議轉(zhuǎn)換電路。 綜上所述，方案二比較合理。 2、系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn) 2．1系統(tǒng)總框圖 點陣顯示屏 控制電路 ARM （LPC2138） PC機 SD卡 SPI 串 口 鍵盤模塊/指示燈 圖2 整個系統(tǒng)以ARM(LPC2138)為控制中心如上圖2所示,系統(tǒng)主要通過SPI協(xié)議來外接入SD卡存儲器,實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲量的擴展。通過ARM控制器發(fā)出的信號使LED矩陣驅(qū)動電路驅(qū)動LED點陣顯示屏。通過鍵盤電路控制ARM輸出數(shù)據(jù)的變化。通過RS232的串行口來實現(xiàn)ARM與PC上位機的通訊。整個電路由+5V的電源模塊供電。 2．2硬件部分 2．2．1 采用16個LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點陣顯示 點陣顯示屏由16個8×8點陣LED顯示模塊。16片8×8點陣LED顯示模塊利用總線形組成一個16×64的LED點陣，用于同時顯示4個16×16點陣漢字或8個16×8點陣的字母﹑字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。 2．2．2 LED顯示屏驅(qū)動電路 采用74HC138三-八譯碼器和74HC164移位寄存器。將從ARM里出來的列信號通過8個164級聯(lián)而成的64位的信號輸出端連接到16*64的點陣LED的輸入端，作為點陣的行驅(qū)動信號。通過164移位這64位的信號，來控制顯示內(nèi)容的變化。再從ARM輸出三個信號分別輸入到2個級聯(lián)的74HC138譯碼器，然后輸出16位行信號，經(jīng)過16個1K的電阻，再輸入到16個PNP（8550）三極管的B極來進行對行信號的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個470歐姆的電阻，得到的信號作為點陣LED 的行輸入信號。通過對138的三個輸入信號進行控制，改變行信號。由138和164的信號，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字。 行驅(qū)動電路：每個LED管亮需要7mA的電流，那么64個同時亮就需要448mA的電流，所以我們要對列進行驅(qū)動，我們采用晶體管8550對列信號進行放大，使LED點陣能夠正常顯示。其驅(qū)動電路如下圖3： 圖3 列驅(qū)動電路：此電路是由集成電路74HC164構(gòu)成的，它具有一個8位串入并出的移位寄存器，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。電路圖如圖4。 圖4 2．2．3亮度連續(xù)可調(diào) 用一個10K的電位器和KSB834的三極管組成，可以對LED的壓降進行調(diào)節(jié)，以到達連續(xù)改變亮度。此是作為對亮度的調(diào)節(jié)的方法。 2．2．4 刷新頻率的計算 根據(jù)人眼的視覺的暫留特性，50HZ是適宜的刷新頻率，所以CPU的刷新頻率一般不低于60HZ，但是刷新頻率太高的話，會使顯示屏的亮度降低，所以刷新頻率有最高值要求，本設(shè)計最高刷新頻率為600HZ。 2．2．5 鍵盤 鍵盤是使用比較簡單的獨立式鍵盤，而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊電路圖如圖5： 圖5 鍵盤各項功能如下： 顯示模式鍵：鍵可以模式選擇五種模式，預(yù)存漢字、預(yù)存符號、SD卡信息、時鐘和PC數(shù)據(jù)顯示。 滾動模式鍵：可以控制二種滾動模式，在正常顯示模式下實現(xiàn)左、右滾動。 循環(huán)模式鍵：可以控制定時循環(huán)模式。 時間調(diào)整鍵：即時間設(shè)定鍵，在時鐘顯示模式下，可配合加減鍵循環(huán)設(shè)置時、分、秒。 定時鍵：按下時，顯示當(dāng)前的循環(huán)間隔的時間，可利用加減鍵進行間隔控制調(diào)整。 刷新頻率鍵：按下后，顯示刷新頻率，可利用加減鍵調(diào)整。 滾動速度鍵：按下后可以顯示當(dāng)前的速度，利用加減鍵調(diào)節(jié)滾動速度。 加、減鍵：配合其他鍵，在各種模式下，實現(xiàn)調(diào)整。 復(fù)位鍵：復(fù)位系統(tǒng)。 2．3軟件方面 本系統(tǒng)的顯示處理采用動態(tài)掃描法，而鍵盤處理采用查詢法并注意按鍵的消抖處理。整個程序可以分為鍵盤掃描、點陣行列的掃描、串口傳輸和SD卡的存儲與讀取。 2．3．1 主程序的流程圖 見下圖6。 開始 初始化寄存器、變量、I/O 按鍵處理子程序模塊 是否按鍵按下？ 是 否 處理命令子程序 模塊 是否收到串口命令？ 是 否 圖6 2．3．2按鍵程序 本系統(tǒng)中的按鍵程序分為按鍵掃描子程序和按鍵功能執(zhí)行子程序。而且在按鍵中使用了定時器Time0來實現(xiàn)按鍵消抖的功能。 按鍵掃描子程序的流程圖如圖7： 清中斷 按鍵掃描、讀I/O口 是否有鍵按下？ 計數(shù)器清0 否 是 計數(shù)器加1 計數(shù)器是否大于10？ 否 置按鍵有效標志 是 中斷結(jié)束 圖7 按鍵子程序模塊的流程圖如圖8： 判斷鍵值 點亮相應(yīng)的LED 執(zhí)行相應(yīng)的模塊 清零按鍵有效標志 圖8 2．3．3 行列的掃描 本系統(tǒng)中利用ARM中的Time1來實現(xiàn)點陣顯示屏的行列的掃描，其軟件的流程圖如下圖9： 清中斷 送掃描行數(shù)據(jù) 掃描當(dāng)前行 行數(shù)加1 中斷結(jié)束 圖9 2．3．4 人機交互 在本系統(tǒng)中通過串口與PC機實現(xiàn)人機交互，通過PC機就可以控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新。串口實現(xiàn)程序流程圖如下圖10： 清中斷標志 接收命令存儲 判斷命令包結(jié)束標志 否 是 置有效命令標志 中斷結(jié)束 圖10 3、測試、結(jié)果及分析 觀察系統(tǒng)運行狀況，并輔助示波器、萬用表得到以下結(jié)果。 3．1基本功能 表1 要實現(xiàn)的功能 測試的結(jié)果 LED顯示 實現(xiàn)了16*64的點陣顯示 顯示屏無閃爍，亮度適中 達到要求 按鍵控制切換數(shù)字和字母 實現(xiàn)了此功能 能顯示特定漢字和字符 能實現(xiàn) 3．2發(fā)揮功能部分 表2 功能 是否實現(xiàn)？描述 亮度連續(xù)可調(diào) 實現(xiàn) 滾屏顯示 能實現(xiàn)左右滾屏 實時時間顯示 實現(xiàn) 預(yù)存信息 能擴展到10組（每組漢字8個或16個字符） 掉電保護 實現(xiàn) 與PC機通信 可用PC控制操作，參數(shù)設(shè)置 3．3 其他發(fā)揮部分 表3 功能 是否實現(xiàn)？描述 多字體顯示 實現(xiàn)，非預(yù)置信息可選兩種不同的字體 滾屏顯示 實現(xiàn)了上下滾屏 陰陽字 實現(xiàn) 混合顯示 實現(xiàn)了字符漢字混合顯示 SD卡擴展存儲器 實現(xiàn)了可脫機更新信息 時鐘 實現(xiàn)本地時間調(diào)整 循環(huán) 實現(xiàn)了多條信息首尾相連，連續(xù)水平左滾動顯示 其他 增加了一些參數(shù)的設(shè)置：速度、間隔、刷新頻率 3．4刷新頻率的測試 經(jīng)調(diào)整，刷新頻率范圍從60HZ到600HZ，達到使亮度適中的刷新頻率。 3．5按鍵的結(jié)果測試 經(jīng)測試，結(jié)果和預(yù)先設(shè)定好的一致。 4、總結(jié) 本系統(tǒng)完成了LED點陣電子顯示屏和控制器的制作。經(jīng)調(diào)試，顯示屏的顯示亮度適中，并能實現(xiàn)持續(xù)可調(diào)，滾屏顯示和實時時間顯示。SD卡的擴展，是存儲容量大大的增大，實現(xiàn)了海量存儲，并具有掉電保護功能。通過和PC機的通訊，使顯示的信息能實時的更新。也實現(xiàn)了顯示屏的多字體顯示。整個系統(tǒng)簡潔，可靠性高，性能穩(wěn)定。本系統(tǒng)達到了設(shè)計的基本要求和發(fā)揮部分的要求，并且在其他發(fā)揮項目中擴充了很多設(shè)計。 經(jīng)過本次設(shè)計，對ARM芯片功能有了更深層次的理解。設(shè)計中還有欠缺的方面，今后的學(xué)習(xí)工作中會加以注意。 參考資料： [1]吳金戎 沈慶陽 郭庭吉 、8051單片機實踐與應(yīng)用 北京：清華大學(xué)出版社2002 [2]胡漢才、單片機原理及其接口技術(shù) 北京：清華大學(xué)出版社 1995 [3]馬忠梅 籍順心 張凱 馬巖、單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第3版） 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2003 [4]周立功 張華、深入淺出ARM7-PC213X/214X　北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2005 [5]王田苗、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā) 北京：清華大學(xué)出版社 2005 [6]黃智偉 王彥等、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程 北京：電子工業(yè)出版社 張桂青教授點評： 該參賽作品論文寫作規(guī)范，方案具體、數(shù)據(jù)翔實，采用組委會推薦的ARM2138開發(fā)板作為主控制模塊ARM實現(xiàn)題目的基本要求和發(fā)揮設(shè)計。原理圖設(shè)計正確，測試步驟具體，測試結(jié)果真實可信。采用SD卡存儲顯示的信息是該設(shè)計的最大創(chuàng)新，有新意。現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，作品采用16*64點陣LED，做工精良，近似產(chǎn)品。近乎完美地實現(xiàn)了設(shè)計要求中的基本要求和發(fā)揮部分。尤其上位機軟件設(shè)計也非常完善。可任意輸入漢字或字符，有6種字體可設(shè)，實現(xiàn)陰陽字，滾動速度可控，遠程讀取控制器參數(shù)和數(shù)據(jù)等。作為學(xué)生短時間實現(xiàn)的作品，無論是工作量還是設(shè)計難度，都非常難得。