多功能LED显示屏控制卡的设计

多功能LED显示屏控制卡的 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。 本文根据LED控制卡和显示屏系统的具体要求，通过查阅资料，分析并归纳出具体设计。即系统体系结构、系统整体工作流程、软件控制系统的设计以及串行通讯的设计。该系统控制卡采用三星主流ATMEGA16为控制处理器，加以外围电路，利用RS232接口实现与计算机实时通信，用户通过计算机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，向显示屏控制卡发送设定数据。发送结束后，控制卡就可以脱离开计算机，自动按照用户设定的模式显示所输入的内容。另外，本文对其软件系统和LED显示屏也作了相应的分析和设计，根据实际应用需求，完整的设计了LED显示屏控制系统。 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 1 Title Design of the Muti –function LED Display Control Card Abstract With 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 ............................................................ 1 1.1 LED显示屏的研究背景及意义 ...................................... 1 1.2 LED显示屏的技术现状及发展趋势 .................................. 2 1.3 论文主要研究内容及组织.......................................... 5 2 方案论证 ......................................................... 7 2.1 控制器的选择.................................................... 7 2.2 显示屏部分...................................................... 8 2.3 驱动部分........................................................ 8 2.4 总体方案........................................................ 9 3 硬件电路设计 .................................................... 10 3.1 LED显示系统的硬件设计 ......................................... 10 3.2 主控制器及基本外围单元电路..................................... 10 3.3 控制卡原理图介绍............................................... 15 3.4 LED显示屏工作原理 ............................................. 16 4 系统分析 ........................................................ 20 4.1整体分析 ....................................................... 20 4.2 FY系列异步通讯屏控制系统 ...................................... 20 4.3 LED显示屏播放软件 ............................................. 22 4.4 软件模块分析与设计............................................. 24 4.5 硬件模块分析与设计............................................. 25 5 软件设计 ........................................................ 26 5.1 程序功能框图................................................... 26 5.2 LED显示屏软件流程图 ........................................... 28 5.3 编辑功能设计与实现............................................. 29 5.4 硬件模块处理显示模式技术....................................... 31 6 论文展望 ........................................................ 32 总 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 IV 1 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)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 3 IC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 4 LED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。 本文根据LED图文显示屏系统的具体要求，通过查阅资料，分析并归纳出具体设计方案。即系统体系结构、系统整体工作流程、软件控制系统的设计、串行通讯的程序设计以及单片机的功能控制等。 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。 6 2 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。芯片内部具有“事件管理器”可输出PWM脉冲，直接控制电机功率驱动器，此外还包括定时器、捕获/比较、死区控制逻辑、空间矢量PWM 发生器和直接与光电编码器接口的编码单元。但是用DSP处理操作和程序都比较复杂，而且处理器也比较贵。 方案3:控制器选用AVR单片机。 本设计所用的AVR单片机相比于51系列的单片机和以上两种方案有很多优势。 首先，AVR单片机是高速嵌入式单片机:其次，AVR单片机便于升级。AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。 (1)AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。 (2)多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。 (3)中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。 其次，AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。 再次，AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。 综合以上分析，我们采用AVR单片机，也就本设计所用的ATMEGA16单片机。 7 2.2 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。 本文所用的驱动芯片就是74HC595。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。其中并行输出口也就是驱动输出口，用来驱动LED显示屏。 2.4 总体方案 本文根据LED控制卡和显示屏系统的具体要求，通过查阅资料，分析并归纳出具体设计方案。即系统体系结构、系统整体工作流程、软件控制系统的设计以及串行通讯的设计。本设计采用AVR单片机作为主控制器。采用74HC245存储器作为信号功率放大。而电脑的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，这个转换芯片就是本设计所用的SP3232。而驱动LED显示屏电路的就是上述所提到的74HC595。ATMEGA16卡内带16MFLASH,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RS485或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的内容,从而通过LED显示屏来显示你所需要的内容。 9 3 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，I,O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: 12 VCC 11PD2(INT0)D3R012PD3(INT1)IN414810K13PD4(OC1B)14PD5(OC1A)15PD6(ICP)16PD7(OC2)4RESET7XTAL2S08XTAL16GNDRESET18GNDC039GND 0.1uF ATMEGA16L-8AI图3.3 复位线路 Mega16已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里，可以控制复位时的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单:直接拉一只10K的电阻到VCC即可(R0)。当AVR在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。 晶振电路图如图3.4所示: 16MHZ4RESETXTAL27XTAL212XTAL18XTAL16GNDYO18GND39GND C1C2ATMEGA16L-8AI 47pf47pf 图3.4 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 A D2 IN4148 D1 3U21117-ADJIN IN40072OUTadj1 SW50uA1.25V C8R610u+ J0330ΩC61R7OUT-5V1C7100nF10u+620Ω 3GROUT-3V2 POWER LEDLED R8R5 C91K1K图3.5 电源电路 10u+ 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1117,ADJ。其中二极管D1是IN4007是整流管，D2是IN4148是高速开关二极管。 1117,ADJ的特性为1脚会有50uA的电流输出，1,2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1117,ADJ 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1117,ADJ 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。 寄存器。74HC595移位寄存器有一个串行移原理图中的74HC595是8位移位 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。 移位移位移位 寄存寄存寄存 器器器...74HC74HC74HC显示驱动器595595595屏控74HC2 45D制器 8×88×88×8驱动译码器LEDLEDLED...器74HC1381,23,415,16 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。 17 3.4.3 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 。像数码管一类的LED显示器件只在需需的平面面积大小，选择一定数量的LED 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。 控制信号模块 3.4.6 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。 19 4 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 (1)使用DB9的9针插座为通讯口。通讯波特率38400; (2)通讯口的Pin2为数据接收，一般接计算机9针串口的Pin3; (3)通讯口的Pin3为数据发送，一般接计算机9针串口的Pin2; (4)通讯口的Pin5是地线，一般接计算机9针串口的Pin5。 FY-A型控制卡的显示使能端子是标有‘OE’的黄色三针跳线，专用于适应不同消隐极性的显示驱动板。当短路子插在标有‘1’的一侧时，控制卡输出的‘OE’信号高电平有效(高电平时驱动板被点亮);当短路子插在标有‘0’的一 20 侧时，控制卡输出的‘OE’信号是低电平有效(低电平时驱动板被点亮)。 数据反相端子为红色以示区别，专用于数据内容反色显示。控制卡如图4.1所示: 图4.1 FY-A型控制卡实物图 由控制卡控制的LED显示屏实物图如图4.2 所示: 图4.2 LED显示屏实物图 21 4.3 LED显示屏播放软件 (1)产品特性 1)最大控制范围(16 点阵汉字):单行单色 20 字/双行单色 12 字/单行 双 色 12 字; 2)自带 16 点阵和 24 点阵国标一、二级汉字字库及 UNICODE 字库; 3)提供多达几十种显示效果; 4)自动或手动亮度控制，开关屏控制; 5)带日期、时间、温度显示(选装); 6)提供多种接口 RS232/RS485/RS422/UART-TTL/电流环; 7)可带遥控器输入; 8)可带 4 路开关量控制，接受外部系统或感应信号控制。 (2)通讯格式 串行接口为异步串行通过方式，串行通讯的速率为38400bps。串行通讯格式 为:8,N,1，即数据位数为 8 位，无奇偶校验位，停止位为一位。通讯接口为: RS-232/RS-485/RS422(与 PC 机接口和与无线接收器接口)。选择文件传输，连接好必要的通讯数据线、确定欲传输的文件便可以实现设备间的通讯，选择或修改一次数据后，刷新一次，并在传输过程中确认传输状态、传输进度与传输结果。 连接FY-A型控制卡的扩展卡如下图所示。其相关转接板为CON26-1。 接口定义图 接口外形图 转接板接好后如下图所示: 22 在上电情况下，先按下复位键，再按下测试键不动，持续三秒钟后放开，进入显示模式调整状态，屏幕显示会有一个闪烁出现，此时再按测试键(短按)，直到屏幕上清晰出现“数据”两个字时，表明模式已选择正确，按复位键退出调整模式，控制卡即可正常工作。 硬件设置好后，安装LED播放软件，软件仿真界面如下图所示: 选择通讯中的数据串口，选择你用来连接显示屏的电脑COM口，在选择串口速率中选择38400，确认数据线连接正常，之后就可以在LED显示屏上显示你自己的 23 内容了。并且你可以处理它们的各种显示。 4.4 软件模块分析与设计 软件模块分为编辑部分和控制通讯部分，编辑部分实现图文文件的编辑功能，通讯部分通过串行通讯完成文件到单片机存储模块的传输。系统设计采用Windows操作系统下，开启文本编辑窗口，客户区内像数点采用与实际LED点阵显示屏像数点相同，功能类似Word文档编辑工具，包括编辑模块、绘图模块、文字编辑模块、颜色控制模块、显示效果加载模块、预览模块、信息下载模块。 (1)编辑模块: 1)除Windows自生成的剪贴、复制、粘贴功能，系统加入了撤消、重复功能。 (a)选中撤消功能可以实现之前编辑工作的一步步取消功能。 (b)选中重复功能可以实现之前编辑工作的最近的一条操作命令。 2)绘图:包括直线、矩形、椭圆、圆等在内的图形绘制功能。 3)文字编辑:包括各种字体、字形、字号、效果、颜色的文字的编辑，并且根据应用的特殊用途，加入指定位置文字的编辑。 (a)选中文字功能，弹出字体选择框体，可以选择各种字体的文字进行编辑。 (b)调出具体文字位置编辑对话框，输入文字和要求显示位置的横坐标和纵坐标。 4)颜色控制模块:由于应用领域的具体特点，主要采用了红、绿、黄三种颜色，可以实现颜色控制。 (2)增添效果模块: 通过增添显示效果和传输通讯中多屏文件单屏传送，完善了控制系统的功能。 1)普通效果，静态的显示屏幕上的信息; 2)滚动效果，可以实现从左向右的信息滚动显示，可以与静态信息穿插显示; 3)单屏信息传输，实现编辑待传输信息的保存; 24 (3)图象预览模块: 1)显示效果，通过文件传输前的预览，可以调整静态与滚动显示效果的排列顺序; 2)显示时间，显示不同屏幕显示信息之间的时间间隔。 4.5 硬件模块分析与设计 硬件模块主要完成LED显示屏的驱动任务，通过与上位机间的通讯接收文件信息并保存，通过行列驱动器控制完成LED点阵的驱动。由于待显示信息的字模提取通过软件模块完成，所以硬件系统不再增设字库存储模块。 (1)单片机下位机采用ATMEGA16单片机，与计算机之间采用串口通讯，通过控制电路驱动各模块的工作。 (2)数据锁存模块采用74HC595附带输出锁存端子的8位移位寄存器。 (3)LED器件的驱动通过控制电路采用动态扫描的方式。 (4)整体电路显示数据输出电路主要功能是进行逐行扫描和将串行数据依次输出到LED显示单元模块。 (5)传输数据的保存通过EPROM扩展ATM单片机的存储，固化保存待显示信息。控制系统到LED显示屏的整体结构图。 25 5 软件设计 5.1 程序功能框图 软件程序是整个控制系统的核心部分。8X8点阵LED工作原理说明:8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮。 整个软件设计分为两大功能块:显示部分和通信部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图象、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收和发送数据信息，实现与计算机的实时数据信息传输。程序可以实现与计算机的通信，可非常方便地任意修改所要显示的汉字;并使显示屏可固定、平移地显示汉字。设计程序的流程图如图5.1所示。 显示控制程序 显示部分 通信部分 显示方式显示状态 接收数据 左时上移动 移间移速度 图5.1 程序功能框图 程序中将数据存储器分为三个区:显示缓冲区，数据存储区和接收缓冲区。单片机通过串口接收PC机传来的数据(包括显示内容，显示方式和显示状态)暂时放在接收缓冲区，处理后放入数据存储区保存，然后再根据显示方式从数据 26 存储区中读出数据放入显示缓冲区用于显示。显示方式的实现取决于数据放入显示缓冲区的顺序，左移是从数据存储区取出一位数放入显示缓冲区，上移是每次取出一行数据放到缓冲区，时间显示是先把实时时钟的数据放到显示缓冲区。显示时并不识别显示缓冲区的数据，只是依次从显示缓冲区提取数据向显示屏发送并送入相应的锁存消隐和行值信号，完成扫描。 通信部分的上位机软件采用Visual Basic(简称VB)编程，使用VB在标准串口通信方面提供的具有强大功能的通信控件MSCOMM，该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置，直接利用 -232/RS-485串口发送数据。为实现单片机与PC机的可靠通信，须保PC机的RS 证双方具有相同的数据格式和波特率。 27 5.2 LED显示屏软件流程图 开始 系统 初始化 设定显示 模式 读取预显示 内容 送扫描脉 冲 送显示数 据 NO 显示完毕, YES 结束 图5.2 LED点阵显示屏软件流程图 软件系统采用模块化结构，包括主程序、显示子程序和串口中断服务程序。 主程序为顺序结构，完成堆栈、中断、串口的初始化设置后，循环调用显示子程 序，以及响应串行接收或发送中断;显示子程序从显示缓冲区取出字模，输出行 28 选通信号至P0口并通过一个通用逻辑阵列74HC00D输出，配合列扫描信号，进行动态扫描显示;中断服务程序串口接收PC机发送的汉字机内码数据，实现与计算机实时通信。程序各部分的功能，由各个模块分别实现。程序模块有: 串口初始化模块、数据输入模块、汉字首地址计算模块、取字模块、显示模块和移动模块。 5.3 编辑功能设计与实现 在LED显示屏上展现所要显示的内容以及效果，编辑工作是最重要的环节之一。本系统在设计时采用VC6.0开发工具，用VC++完成整个设计工作。以单文档View的形式开启文本区。 下面对工程进行分析和设计: 文本区的开启: 由于所应用的LED显示屏的像素点数量已定，而计算机屏幕的分辨率显然远远高于显示屏，这样造成逻辑坐标的不同，即而显示的图像会有扭曲、拉长甚至失真情况。所以可以通过选择开启窗口的计算机屏幕像素点与显示屏像素数之间恰当的比例来减小误差。 现在用来解决此问题的方法很多。例如点阵数据的压缩方法，由于在Windows环境下，系统默认的每个汉字为4000多点，而16*16点阵一个字的大屏幕，每个汉字为256点，所以根据计算，可以采用间隔取点的方式，在横向和纵向每隔12个点取一个点，每个汉字256个点组成的原理来压缩数据。 但为了图像不失真，本系统采用所开启文本区与显示屏像素数完全相同的方式，从而避免圆变椭圆，正方形变矩形，甚至连划斜线时的斜率也不会变。 CMainFrame::PreCreateWindow函数用来设置整个窗口的大小，但是窗口外框还包括菜单，工具栏，状态栏与客户区。而系统定义的文本区要求精确的client area，用于字模信息保存。所以表示客户区大小的纵坐标要加上状态栏与工具栏的高度，甚至菜单与窗口外框的边缘也要扣除。 所用程序如下: SetClientSize() //设置客户区大小的函数 {CRect rect; 29 CSize winSize; int cx,cy=0; CControlBar*pBar; pBar=GetControlBar(AFX_IDW_STATUS_BAR); if((pBar!=NULL)&&(pBar->IsWindowVisible())) { pBar->GetWindowRect(rect); winSize=rect.Size(); cy +=(winSize.cy); } pBar=GetControlBar(AFX_IDW_TOOLBAR); if((pBar!=NULL)&&(pBar->IsWindowVisible())) { pBar->GetWindowRect(rect); winSize=rect.Size(); cy+=(winSize.cy*2); } cx=384+(384-m_clientSize.cx); cy+=(192+(192-m_clientSize.cy)); GetWindowRect(rect); SetWindowPos(this,rect.left,rect.top,cx,cy,SWP_NOZORDER);} OnViewStatusBar() { CFrameWnd::OnBarCheck(ID_VIEW_STATUS_BAR); SetClientSize();} 通过对客户区的精确控制，可以真正的使文本区的象素点数与显示屏的平面 发光点数对应，而且为了编辑操作过程中不至于因为失误造成文本区内的象素改 变，所以系统限制了窗体最大化控制。 30 5.4 硬件模块处理显示模式技术 在当今高度信息化的社会，图形图像等形象性信息所占比例日益提高，计算机在各种信息处理中正发挥着重要作用。由于数字化技术、计算机技术的介入，传统的模拟图像为主的电视界已开始全面进入数字化的数字广播时代。从电子显微镜下的微观世界，到卫星图像所拍的广阔领域，图像处理在实际生活中有广泛应用:把文档、图形等图像化的办公图像处理;医用X射线CT(计算机断层摄影)机为代表的医用图像处理;用于人造卫星拍摄的遥感图像处理以及广播电视、电影界中的图像处理等。为了增强显示效果，LED显示屏也可以有多种显示模式。 LED图文显示屏可以增添多种显示模式，从而增强显示效果。产生不同显示模式的方法，主要是随时间变化不断控制刷新显示数据。但对于显示数据的刷新，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接生成。可以按顺序调整行号，使显示图文产生上下平移;而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的;同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。 软件控制系统与硬件模块单片机之间采用串行异步通讯方式，所以在程序设计中要求遵循通讯协议，确定各种参数。 31 6 论文展望 本系统设计着重于对单色屏的研究，对于灰度不同的真彩色LED显示屏的设计以及设备的驱动，有待于进一步的学习探讨。而且本设计所用的控制卡只能控制显示屏的单色显示，如果能显示双色，甚至三色那就更方便了。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像,不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED甚至可以在信息指示灯、大屏幕显示、液晶显示(LCD)的背照明等新技术中应用。它是未来智能交通系统的显示手段之一。如果没有一些客观原因和条件等限制，本设计完全可以做的更好，更可以加入更多的功能和LED显示。 由于LED显示屏的分析、设计与实际应用环境及应用目的有很大关系，所以对其控制系统的要求也是不同的。如果显示屏的面积要求很大，屏幕显示的信息量超大，那么要传输的数据量也随之增大，如何设计出更理想的字模保存方法以及数据传输时的压缩算法需要进一步的研究和探讨。 其实，LED控制卡的使用远远不止如此，更能应用于网络等新型科学技术中。 由于网络技术的普及和成熟，LED装饰照明控制卡系统中应用TCP/IP网络技术已成了一种明显的趋势。通过LED控制卡用TCP/IP协议可使整个系统的宽带、距离、可靠和双向等功能的实现，这意味着在一个网络里 LED控制卡系统可以控制网络产品和软件资源如集线器、电缆、光纤和无线连接产品以及远程控制和检测技术，此外，现有大楼和各种场所已遍布以太网，更可方便装饰照明系统工程的临时使用。 全彩色显示屏将成为LED显示屏行业新的增长点，蕴含着极大的市场。应运而生的LED控制卡行业也必须有新鲜的血液注入进来，来适应新型LED显示屏的发展。交通信号、汽车等特种领域的LED应用前景广阔。总之，LED市场的大好前景，带动了LED控制行业的发展，使其之间相互作用共同发展，随着LED应用的不断广泛，应运而生的LED周边产业将迎来更大的商机。 32 总 结 本文的LED显示屏控制卡系统以单片机ATMEGA16为基础，加以外围电路，利用RS-232接口实现与计算机实时通信，可实现汉字、数字及各种字符的多种方式和速度的显示。经实际应用验证，本条屏作为信息显示屏，工作稳定，字符清晰，字体美观，亮度适中，根据需要可选择多种显示字幕效果，并具有分布灵活、扩展方便等优点。 随着LED显示屏在各行各业的广泛应用，对其研究逐渐成为一个重要的课题。本文通过分析LED显示屏的技术发展现状，根据实际应用需求，完整的设计了LED显示屏控制系统。并且，针对系统中的关键问题进行详细的分析和实现，同时在理论上对其做了系统的论述和说明。基本符合预期设想，并在实际中得到应用。 在本次设计工作中，经导师的悉心指导和同学们的大力帮助，通过自己三个 初步完成了LED控制卡显示屏系统硬件电路和相应控制软件的多月的努力工作， 设计，基本达到了预期的目标，实现了其主要功能。通过对LED显示屏技术的发展的分析与研究，根据实际应用，采用最少的资源消耗，在系统的设计工作中得到了应用。但由于一些客观原因和时间、条件的限制，少许部分还不够完善。 33 致 谢 本文的研究工作是在我的指导老师孟艳花的精心指导和悉心关怀下完成的。感慨本科生学习阶段结束的同时，更多的要感激我的导师孟艳花老师，她广博的学识，严谨的治学态度，以及对学生的严格要求都使我受益匪浅，在今后的工作和生活中，我将把这些对自己终身有益的学习态度发扬光大。另外，在为人做事上，孟老师也给了我很多指导，我向他表示衷心感谢的同时，会以他的指导为准则去对待今后的工作和同事。同时，我还要再次特别感谢徐老师，在完成论文之间，徐老师就像是我的挚友，态度和善，平易近人，在我的论文的研究工作中无不倾注着徐老师辛勤的汗水和心血。徐老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的徐老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的指导老师徐致以最衷心的感谢和深深的敬意，感谢他在百忙之中抽空给我们进行课题指导，感谢他对自己提供设计方面的资料和对设计中出现的问题进行修改。 由衷的向所有关心和帮助我的老师、同学、朋友表示感谢～ 34 参 考 文 献 [1] 谢宋和(单片机在LED显示屏中的应用[J](电子与自动化，1998，19(4): 23,29 [2] 李爱国(模块化LED电子大屏幕的设计与实现[J](计算机应用研究，1998， 01(3):17,21 [3] 张洪润，马平安( 单片机原理及应用[M].科学出版社1999 [4] 褚昌晨(LED显示屏系统原理及工程技术[M](成都:电子科技大学出版社， 2000 [5] 马黎(单片机控制的汉字点阵大屏幕显示[J](计算机应用研究，1999，13(3): 11,16 [6] 候横( 图形点阵液晶模块与单片机的几种实用接口[J](微型机与应用， 1998，11(5):37,44 [7] 张晓东(如何解决LED应用中的一些难题[J](计算机应用研究，1998，13(3): 26,30 [8] 徐建军(MCS-51系列单片机应用及接口技术[M].北京:人民邮电出版 社(1998第一版，北京航空航天大学出版社，2000 [9] LarryA.Coldren,Scottw.Corzine [M](Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits，北京:北京邮电大学出版社，2006 [10] 邬宽明(单片机外围器件实用手册[J](北京:北京航空航天大学出版社， 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