多功能LED显示屏控制卡的设计.doc

题 目: 多功能LED显示屏控制卡的设计摘 要随着大规模集成电路和计算机技术的发展，LED显示屏作为一种新兴的显示媒体得到了高速的发展。它与传统的显示媒体相比较，以其亮度高、显示效果好、故障低、能耗少、显示内容多样、性价比高等优势已广泛应用于各行各业。本系统兼顾同步和异步的特点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通等诸多领域，成为信息传播的有力工具之一，是目前国际上较为先进的显示媒体。LED控制卡也能应用于交通、汽车、数字图像、网络等新型科学技术中。 关键词：LED显示屏；控制卡；ATMEGA16；RS232接口 1TitleAbstractWith large scale integrated circuit and computer technology development, as a kind of new media, the display of the high-speed development quickly. compared with the media traditional, its high brightness, and shows good effect, low energy consumption, and fault display content, high performance-to-price diversity advantage has been widely used in many fields.According to the led control card and display system specific requirements, access to information, analysis and design scheme concluded. Namely, the system structure, system overall workflow, software design and the control system of serial design.This system is used for control processor ATMEGA16, to outer circuit, use and RS232 interface, computer real-time communication through computer users with special software to show that the content of the format to edit, sending data display card set. After sending it can be controlled the mode display user input automatically. In addition, the software system and LED display also made the system analysis and design, according to the actual application requirements, complete the LED display control system design. And the LED display control card and combine the written procedures to the LED display and make system analysis.This system both synchronous and asynchronous characteristics, It widely used in commercial advertising, sports, transportation and so on. It is a powerful tool for information dissemination, is one of the international advanced display media. Leds control card also can be applied to transport, automobile, digital image, and network .It is the new science and technology. Keywords: The LED display； Control card ； ATMEGA16； RS232 interface III目 次 1 绪 论. 11.1 LED显示屏的研究背景及意义 . 11.2 LED显示屏的技术现状及发展趋势 . 21.3 论文主要研究 结. 33致 谢. 34参考文献. 35附录A 控制卡电路原理图 . 37附录B 显示屏电路图 . 38附录C 显示屏显示程序 . 39 IV1 绪 论1.1 LED显示屏的研究背景及意义LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者，广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面，是目前国际上极为先进的显示媒体。与传统的显示设备相比，正是这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：(1) LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维、二维动画、电视画面等）、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。(2) LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。(3) LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。LED显示屏以其受空限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内 1企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。1.2 LED显示屏的技术现状及发展趋势现代信息社会中，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，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。(1)高亮度、全彩化蓝色及纯绿色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。基础材料的产业化。使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。(2)标准化、规范化材料、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。近几年业内的发展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量，系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，业内一些骨干企业已开始在企业实施ISO9000系列标准。行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，生产条件差、技术性不强、售后服务体系不完善的企业将受到市场的淘汰，预计今后几年内一批小规模LED显示屏厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。(3)产品结构多样化信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏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求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED 2显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。LED显示屏的技术范围包括半导体光电器件技术、电子电路技术、集成电路技术、信息图像处理技术、信息传输技术、计算机网络技术以及电子产品制造和电子产品安装工程相关技术。在LED显示屏技术中，以下方面的技术在实践中不断提高并普遍受到关注和重视。（1）显示颜色、亮度和视角基础半导体工业的迅猛发展，带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃，高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。目前LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的红色LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。在显示屏制作上采用SMD表贴技术的LED器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。（2）灰度控制技术LED显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜色的组合，般可做到16级、64级、256级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出现了非线性级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的"级差一致性"。目前LED显示屏灰度控制一般都在256级，通过采用非线性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。实际上，受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商榷的。（3）驱动电路LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。通用IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动 3IC的发展较快并受到重视和广泛应用。恒流驱动技术根据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点，大大提高了LED显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使LED显示屏更可靠、亮丽。LED显示屏专用的IC在国内外一直受到关注。近年，国外的IC制造商相继推出一些用于LED显示的专用IC驱动芯片，如TI公司推出的LED Driver等，这类芯片对原来通用驱动IC的集成度进行了提高，使显示屏的驱动电路设计简捷方便，功能上也有所提高，但同时成本也相应增加。国内外LED显示屏制造商纷纷投入力量，研制开发设计适合自己产品发展需要的大规模或超大规模专用LED驱动电路。这类专用IC相对复杂，功能较强。LED专用驱动IC简化了显示屏系统设计的复杂程度，在一定程度上增强了显示屏的功能，提高了整体的稳定性，具有积极的意义。但是，也应该看到，我国各个LED制造商设计开发的LED专用驱动IC基本上是自用，批量规模不够，导致产品的开放性差，另外，过分追求一些实际意义不大的功能的设计，从价值成本方面分析也不尽合理。（4）系统控制技术显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为业内关注并研究开发和应用的关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。（5）通信传输和网络控制根据对信息传输显示的实时性，LED显示屏的通信传输控制有通信传输和视频传输。视频传输方式则是把LED显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在LED显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显示屏都采用视频控制方式。具体传输是采用成对的专用长线传输接口电路。另外，随着计算机网络技术的发展，LED显示屏在网络环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，一些具有实力和影响的企业把 4LED显示屏作为经营战略发展的重要内容，涉足LED显示屏产业，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的契机，预计在近两年内，我国的LED显示屏产业将会有较大的调整和发展。LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。1.3 论文主要研究内容及组织用户用专用软件对要显示的内容按照预定的显示格式进行编辑后，通过RS232接口、向显示屏控制卡发送。发送结束后，控制卡就可以脱开计算机，自动按照用户设定的模式显示所输入内容。通过软件编辑实现图文编辑与传输。对所编辑的图形、文字做简单的图象处理，加入屏幕信息瞬间变换与滚动方式穿插显示的功能。在控制系统中实现字模的提取与保存。通过串口采用串行通讯方式，完成信息的传输。通过对点阵模块和控制电路的分析，确定LED显示屏的部件构成；通过对单片机及控制模块的分析，确定LED显示屏的组成结构和驱动方式，实现LED显示屏的驱动。通过对软件系统的简要分析，在论文中将对其进行详细的研究与设计。本课题具体组织安排和设计如下：（1）LED显示屏硬件系统工作原理。（2）LED控制卡系统硬件工作原理及分析。（3）系统分析。在这一章中，根据具体应用环境的要求，对整个系统进行详细的分析。主要介绍：1）整体分析。对硬件的整体结构、框架进行分析与研究；并对硬件部分构成以及各模块的功能做分析。2）软件控制系统分析。在本节中，对系统的编辑、保存、预览功能进行详细的分析与研究；3）设备驱动分析。通过对单片机以及各部分功能模块的分析，实现总体设 5计方案。（4）核心控制系统的设计与实现。通过第三章的系统分析，针对系统的难点、重点对其核心功能进行详细的设计与开发。1）编辑功能设计与实现；2）设备通讯和完成信息的传输；3）在核心功能初步实现的基础上，对系统进行开发。 62 方案论证2.1 控制器的选择控制器有三种可选择方案。方案1：控制器选用PLC。相比于单片机，PLC的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC还有体积小、质量轻、结构紧凑、功耗小等特点。但PLC价格昂贵，如果采用PLC控制调速会大大增加生产成本。方案2：控制器选用DSP。DSP是目前主流的控制器。它具有高性能运算能力，可运行复杂控制算法。芯片72.2 显示屏部分方案一：串行方式显示。这种方式可同时显示4个16×l6点阵汉字或8个16×8点阵的汉字、字符或数字。点阵显示屏每个单元由16个8×8点阵LED显示模块、信号选择译码器74HC138、驱动器74HC245、数据移位寄存器74HC595和行驱动器组成。单元显示屏可以接收控制器(主控制电路板)或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示屏可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的内容此方案为点阵显示屏系统中比较常用的，所用器件也比较常用，容易买到。但是它存在一个致命的缺点，就是刷新速度不够快。如果要驱动64列点阵显示，通用51单片机会比较吃力，出现比较严重的闪烁停滞现象。此外，要实现文字的左右移动和调整移动速度等功能，都会给软件设计带来较多困难。方案二：并行方式显示。可以通过锁存器芯片来扩展IO口，达到控制LED点阵的64个列线的目的。方案中运用驱动LED点阵的8组列线，用4/16译码器74HC595对LED点阵的16行进行扫描。在每一行的数据到数据一起输出到LED点阵列中，这样就避免了各行数据显示不同步问题。由于并行数据传输速度比串行快，所以字符闪烁的问题得到较好地解决，文字左右移动也比较容易控制。综上所述，本设计最终选择了这个方案。2.3 驱动部分LED点阵选用2×4模块，每4块排列成一个16×16的点阵，用于显示一个汉字。点阵每一行的所有LED共阳极，每一列的所有LED共阴极。系统由单片机控制。LED驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片两种。所谓的通用芯片，其芯片本身并非专门为LED而设计，而是一些具有LED显示屏部分逻辑功能的逻辑芯片(如串-并移位寄存器)。而专用芯片是指按照LED发光特性而设计专门用于LED显示屏的驱动芯片。LED是电流特性器件，即在饱和导通的前提下，其亮度随着电流 8的变化而变化，而不是靠调节其两端的电压而变化。因此专用芯片一个最大的特点就是提供恒流源。恒流源可以保证LED的稳定驱动，消除LED的闪烁现象，是LED显示屏显示高品质画面的前提。有些专用芯片还针对不同行业的要求增加了一些特殊的功能，如亮度调节、错误检测等。通用芯片一般用于LED显示屏的低档产品，如户内的单色屏，双色屏等。最常用的通用芯片是74HC595。74HC595具有8位锁存、串并移位寄存器和三态输出。每路最大可输出35mA的电流(非恒流)。一般的IC厂家都可生产此类芯片。显示屏行业中常用Motorola(Onsemi)，Philips及ST等厂家的产品，其中Motorola的产品性能较好。2.4 总体方案 93 硬件电路设计3.1 LED显示系统的硬件设计LED点阵显示系统由计算机、RS-232通讯电路、控制电路和LED点阵显示电路构成，结构框图如图3.1所示。 图3.1 LED显示电路构成结构框图上位计算机可选择工业控制计算机或者普通个人计算机。单块条屏由控制电路和驱动显示电路组成。控制电路负责与上位机通信，可根据通信距离的远近选用RS-232或RS-485标准总线接口。本电路采用RS-232接口的2,3脚（TXD）和5脚（GND），计算机向控制电路发送汉字或字符内码；控制电路存储该内码并在字库中对应汉字或字符点阵，向驱动电路发送行列选通信号；显示驱动电路负责根据行列选通信号，向指定LED发光器件提供驱动电流。3.2 主控制器及基本外围单元电路3.2.1 ATMEGA16单片机介绍ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。3.2.2 ATmega16 引脚功能及介绍端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位 10双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能.端口C(PC7.PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.端口D(PD7.PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2 反向振荡放大器的输出端。AVCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。ATmega16 引脚电路图如图3.2所示：11 图3.2 ATMEGA16引脚结构图3.2.3 基本AVR硬件线路AVR单片机是增强型内置FLASH的RISC(ReducedInstruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机，硬件采用哈佛(Harward)结构，达到一个时钟周期可以执行一条指令，绝大部分指令都为单周期指令。支持在系统编程ISP，其中MEGA系列还支持在应用编程IAP。内置的FLASH程序存储器可擦写1 000次以上，给用户的开发生产和维护带来方便。可擦写10万次的E2PROM，为掉电后数据的保存带来方便。AVR单片机有丰富的片内资源，如RTC，WATCHDOG，AD转换器，PWM，USART，SPI，TWI接口等，IO口功能强、驱动能力强。基本的硬件电路包括以下几部分：复位线路、晶振线路、AD转换滤波线路、ISP下载接口、JTAG仿真接口及电源电路。复位线路图如图3.3所示： 12S0RESET图3.3 复位线路Mega16已经晶振电路Mega16已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡，在一些要求较高的场合，比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时，建议使用外部的晶振线路。早期的90S系列，晶振两端均需要接22pF左右的电容。Mega系列实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的规范化，我们仍建议接上。电源电路图如图3.5所示：13图3.5 电源电路AVR单片机最常用的是5V与3.3V两种电压。本线路以开关切换两种电压，并且以双色二极管指示（5V时为绿灯，3.3V时为红灯）。二极管D1防止用户插错电源极性。D2可以允许用户将电压倒灌入此电路内，不会损坏1117ADJ。其中二极管D1是IN4007是整流管，D2是IN4148是高速开关二极管。1117ADJ的特性为1脚会有50uA的电流输出，12脚会有1.25V电压。利用这个特点，可以计算出输出电压：当SW开关打向左边时，R6上的电流为 1.25/0.33 = 3.78ma 。R8上的电流为1117ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+3.78=3.83ma. 可以计算得R8上的电压为3.84V。 于是得出VCC=1.25+3.83=5.08V。误差在2%以内。当SW开关打向右边时，R6上的电流为 1.25/0.62 = 2.02ma 。R8上的电流为1117ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+2.02=2.07ma. 可以计算得R8上的电压为2.07V。 于是得出VCC=1.25+2.07=3.32V。误差在1%以内。使用1%精度的电阻，可以控制整个输出电压误差在3%以内。 14其他的AD转换滤波线路、ISP下载接口及JTAG仿真接口在本设计中不是研究的范围，就先不讨论。3.2.4 74HC595介绍74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。输出能力：并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路。引脚电路图如图3.6所示： 图3.6 引脚电路图3.3 控制卡原理图介绍本设计中所用的主芯片为ATmega16， 它的内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。它连接着各个芯片和电阻电 15容组成了控制卡原理图，继而控制显示屏的显示。电路原理图如附录图A所示。电路图中使用的74HC00D是2输入端4与非门。用两个74HC245作为存储器来存储信息。电脑的COM口就是标准RS-232接口，它的高电平定义为-12V，而低电平定义为+12V。所以单片机的串口必须经过电平转换才可以和标准RS-232通信，这个转换芯片一般是SP3232。本原理图中的HT1381-SOP是时钟芯片，它有8管脚。而SST25VF010是一个小存储器，可以瞬间记忆某些传输信号。原理图中的74HC595是8位移位寄存器。74HC595移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。电路图中的AMS1117的1脚是地，2脚是输出，3脚是输入。输入电压在5V到12V之间都可以，它会直接输出一个3.3V的电压。它的手册里加电阻是可以 让它的输出电压可调，是扩展应用。这个电阻在正常情况下根本就不用加。按它的管脚直接接就行了。3.4 LED显示屏工作原理现在一般把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏，其实LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，这里所谓的图形，是指由单色固定亮度的点阵线条组成的任意图形，其中LED点阵发光器件或发光或熄灭，即只有两种状态。本系统设计正是基于LED图文显示屏实际应用，着重实现LED显示屏的图文编辑及设备驱动。LED显示屏电路图如附录图B所示。电路图中使用了H,R,G三种颜色的显示灯。其中行驱动部分用74HC138译码，将行选通信号作为两个译码器地址输入，可以得到16行的行值信号。74HC138输出引脚仅需要提供几毫安的灌入电流即可控制其通断。列输入驱动由八个8位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器74HC595实现。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入的数据在串行 16移位时钟上升沿由串行输入端SER 输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时, SQH端串行输出；在锁存时钟信号RCLK上升沿到来时，芯片将内部串行移位寄存器8位数据并行输出。正常工作时，应将复位端SRCLR与使能端RCLK分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出移位寄存器74HC595的锁存器输出端连接。继而可以在显示屏上显示了。 3.4.1 LED显示屏控制系统LED图文显示屏软件系统的功能是实现需要联机动态显示和更新部分或全部LED图文显示屏系统显示内容。动态显示只是对文字显示来说的。在应用软件的支持下，录入的文字实时的由计算机下载给主控制器，并实时进行显示；更新显示内容时，计算机将录入的文字或图形数据下载给主控器，并存入存储器中。录入完毕移去计算机后，将显示更新后的内容；也可由计算机下达命令，显示固化的内容。因此，相应的应用软件主要由主界面、动态显示界面、图象预览界面、串口校验等界面组成。设计的应用软件在Windows操作系统下使用。显示屏控制系统由显示屏控制器和LED显示屏组成。控制系统的逻辑结构框图如下图3.5所示。移位寄存器74HC595移位寄存器74HC595移位寄存器74HC595.显示屏控制器驱动器74HC245D译码器74HC138驱动器8×8LED1,28×8LED3,4.8×8LED15,16 图3.5 显示系统逻辑结构图3.4.2 主控制界面的工作原理系统采用Windows标准风格的下拉菜单主界面，应该实现如下功能：在窗体菜单栏选择在更新显示内容时的图形、文字的编辑，颜色的选取控制，对于字模的提取与保存的控制以及对于存储的待显示信息的优化处理，动态效果的添加，文件传输前的调整和设备通讯前的设置功能。 173.4.3 效果处理界面原理系统要求满足：将保存后的单屏静态显示效果的信息文件打开，通过手工设置，确认将要实现如瞬间显示，由左至右滚动显示的效果；可以通过手工添加实 现多屏文件保存成一个文件通过串口传输。图文显示屏的硬件模块基本结构可以分为屏体和控制器两大部分。3.4.4 屏体部分结构与功能屏体部分主要是LED和行列驱动电路构成。不论是图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光。根据屏幕所需的平面面积大小，选择一定数量的LED。像数码管一类的LED显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件，其它位置都是空白的，因此相对价格比较便宜。但是，由于数码管显示的信息有限，只有0-9（或再扩展到A-F）几个字符，这些字符的变化是靠组合7段LED的发光与否实现的。由于段数不多，组合形成的字符也不多。而用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，每个LED发光器件占据数据中的一位，通过对点阵上全部的LED进行控制，在需要该LED器件发光时数据中相应的位填1，否则填0，这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件，得到满意的显示效果。由于文字的显示点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，如汉字的宋体、楷体和黑体等多种可供选择的方案；其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同规格。图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。本系统根据实际应用环境采用的是单色图文屏，采用红色的LED点阵单元。对于双色图文屏和多色图文屏来说，在LED点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的LED发光器件，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各个颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期的效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同。在显示效果方面，完全可以通过扫描驱动方式实现可以感知的静止不动的效果-静态显示模式；通过随时间变化不断控制刷新显示数据可以实现各种动态显示模式，如闪烁、平 18移、旋转、缩放等，但这里对显示的数据进行的刷新并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。3.4.5 控制器结构与功能由M行N列组成的M*N图文显示屏其LED发光器件数量相当大，不宜使用静态显示驱动电路，而采用多行的同名列共用一套列驱动器。控制电路负责有序的选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。这一行上的LED发光器件就可以根据列数据进行显示。这种时序控制电路，可以由布线逻辑完成，但考虑显示数据的存储和设计的灵活性及通用性，一般都采用单片机实现。3.4.6 控制信号模块各种控制信号用来使显示屏正常工作，包括行选通信号、列数据移位信号、列数据输出锁存器打入信号、产生上下部分在时间上错开的SRCLK信号、清屏信号等。 194 系统分析4.1整体分析LED显示屏系统由软件控制系统、设备主控制器、LED显示点阵、电源等部分组成。系统工作过程：其中软件控制系统主要完成的任务为图文编辑、字模提取与保存、图象预览与文件传输；硬件控制系统中LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，存储模块用来接收存储上位机的传输信息，通过单片机的扫描驱动方式的控制对LED点阵行列驱动，实现设备的驱动和接收的图文显示功能。4.2 FY系列异步通讯屏控制系统本设计所用的是FY-A型卡，其指标有：（1）控制范围：192列×32行(单色)（2）扫描场频：110HZ（3）总存储量：1M位（4）支持1/16扫描、1/4扫描工作模式（5）其电源控制卡使用5±5%V的直流电源。电源接线柱旁标明了极性（+5V为正极）。（6）标有D2的发光二极管为工作指示灯（7）标有D3的发光二极管为电源指示灯其四个通讯接口为