点阵式led汉字广告屏的设计与制作.doc

点阵式LED汉字广告屏的设计与制作

摘要
本设计使用STC12C系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动96×16的点阵LED显示屏。利用STC12C系列高速单片机本身强大的功能和内部E2PROM，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。
本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示六个16×16点阵汉字，并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。采用IAP在应用可编程技术，把字符内码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储1024个字符。设计中采用了SPI接口的GB2312标准字库，支持所有的国标字符和ASCII标准字符的显示。因为采用串行传输方式，使本系统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。

本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的算法。

关键词   动态显示  Ddynamic Display
            单 片 机  MCU
            串行传输  Serial Data Transfer
            点阵字库  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  动态显示   
                MCU     单 片 机   
                Serial Data Transfer  串行传输
                Llattice Llibrary   点阵字库

目录

中文摘要及关键词…………………………………………………...………V
Abstract & Keywords………………….………………………….………VI
第1章 前言……………………………………………………………….……1
1．1  LED电子显示屏概述………………………………………………1
1．2  LED电子显示屏的分类……………………………………………1
1．3  LED显示屏的应用示例……………………………………………2
1．4  设计任务…………………………………………………….………2
第2章 显示原理及控制方式分析…………………………………...………3
2．1  LED点阵模块结构…………………………………………………3
2．2  LED 动态显示原理 ……………………………………….………3
2．3  LED常见的控制方式………………………………………………5
第3章 总体方案设计与分析………………………………………...………7
3．1  显示单元的考虑…………………………………………….………7
3．2  滚屏的实现……………………………………………………….…7
3．3  关于可扩展性………………………………………….……………7
3．4  微控制器的考虑…………………………………….………………7
3．5  关于点阵数据的存储方式……………….…………………………8
3．6  关于显示内容的更新………………………….……………………8
3．7  总体电路结构及工作原理…………………………….……………9
  3．7．1 硬件电路框图……………………………………….……………9
  3．7．2 工作原理………………………………………….….…………10
第4章 硬件电路设计……………………………………………..…………12
4．1 显示单元电路设计………………………………………………….12
 4．1．1 点阵LED模块的选择………………….…..……………………13
 4．1．2 列驱动电路设计……………………….……………...…………13
 4．1．3 行驱动电路设计……………………….……….………..………15
 4．1．4 行驱动电路元件参数计算……………….……….………………16
4．2 单片机控制系统电路设计………………….………………………17
 4．2．1 单片机的选型…………………………….. ……………………17
 4．2．2 STC单片机在条屏运用中的优越性……….………………………17
 4．2．3 单片机系统电路设计…………………….………………………19
4．3 字库与单片机的接口设计…………………….……………………20
 4．3．1 字库芯片选型………………………………………...…………20
 4．3．2 字库芯片的使用方法………………………….…………………20
 4．3．3 字库芯片的电气特性………………………….…………………21
 4．3．4 字库芯片与单片机的接口设计……………...……………………23
 4．3．5 字库芯片3.3V电源设计…………………………………………23
 4．3．6  5V-3.3V的电平转换电路设计……………..……………………24
4．4 与上位机的通信电路设计………………….………………………25
 4．4．1 通信协议的选择…………………………………………………25
 4．4．2  MAX232电平转换芯片特点……………………………………26
 4．4．3 单片机与PC间通信接口电路设计………….……………………27
4．5 对于系统电源及通信电缆的选择……….…………………………27
 4．5．1 对于LED显示屏的电源要求…………….………………………27
 4．5．2 开关电源在条屏应用中的优势……………...……………………28
第5章 单片机软件设计……………………………………..………………29
5．1 开发工具及语言…………………………………….………………29
5．2 单片机软件流程…………………………………….………………29
5．3 单片机软件中几个重要算法的实现……………….………………30
 5．3．1 显示缓存技术与映射关系 ……………………...………………30
 5．3．2 LED点阵与显示缓冲区建立连续编址映射的算法…………………30
 5．3．3 实现动态显示的算法…………………………….………………31
 5．3．4 实现滚屏的算法…………………………………………………31
5．4 下位机软件有关的计算 ……………………….…………………32
 5．4．1 UART异步串行口波特率计算……………………………………32
 5．4．2 SPI同步串行口波特率计算 ……………………...………………33
 5．4．3 汉字内码与点阵地址的换算………………………..……………33
5．5 片上E2PROM的空间分配…………………………………………33
5．6 单片机与PC机间的通信协议………………………..……………34
第6章 上位机软件设计……………………………………..………………35
6．1 上位机软件开发环境……………………………….………………35
6．2 上位机软件流程……………………………………….……………35
6．3 上位机软件界面设计………………………………….……………36
 6．3．1 控件布局…………………………………………..……………36
 6．3．2  MSCOMM控件属性……………………………....……………36
6．4 上位机软件关键算法实现…………………………….……………37
 6．4．1 PC机串口操作………………………………..…………………37
 6．4．2字符转为GB2312内码的算法………………………...…….……38
6．5 上位机软件使用方法及运行环境…………………….……………39
 6．5．1 控件功能及使用方法……………………………….……………39
 6．5．2 运行环境………………………………………………..………40
第7章 PCB结构设计………………………………………………..………41
7．1  PCB设计平台………………………………………..……………41
7．2  元件布局及PCB整体结构工艺…………………………….……41
7．3  布线工艺与准则…………………………………………...………41
7．4  PCB实物照片……………………………………..………………43
第8章 使用说明与测试结果……………………………….………………44
8．1  LED汉字显示屏使用说明………………………..………………44
 8．1．1 使用环境……………………………………..…………………44
 8．1．2 安装上位机软件…………………………………………………44
 8．1．3 更改显示内容……………………………...……………………44
 8．1．4 更换显示模式…………………………...………………………45
8．2 测试结果………………………………….…………………………45
 8．2．1 软件测试……………………………..…………………………45
 8．2．2 实际刷新率测试…………………………………………………46
 8．2．3 实际移动速度测试…………………….…………………………46
 8．2．4 电气指标测试……………………………………………………47
8．3 设计任务完成情况……………………….…………………………48
第9章 总结………………………………………...…………………………49
参考文献…………………………………………...…………………………50
致谢……………………………………………………………………………50
附录……………………………………………………………………………51
附图1 并行驱动方式电路图……………..………………………………51
附图2 本设计完整电路图（串行传输方式）……..……………………52
附图3  PCB元件布局…………………………...………………………53
附图4  PCB顶层布线…………………………...………………………54
附图5  PCB底层布线………………………...…………………………55
附图6 元件清单………………………………..…………………………56
附图7 本设计作品照片………………………..…………………………57
附图8 本设计显示效果照片………………..……………………………58
清单1 单片机程序清单……………………..……………………………59
清单2上位机软件VB程序清单 ………...……。………………………79