便捷式LED显示屏控制器的研究.docx

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1、便捷式1ED显示屏控制器的研究便利式1ED显示屏操纵器又称基于USB的1ED显示屏操纵器，是我们综合1ED显示屏操纵器的进展与USB的优点提出的一项新型的显示屏操纵系统技术。1.1 课题研究的背景与意义1ED显示屏是利用发光二极管点阵模块或者像素单元构成的大面积显示屏幕,目前，其广泛应用于银行、医院、体育场馆、车站、高速公路、广场等公共场所的信息显示与广告宣传。传统的1ED显示屏的信息输入只能通过数据线与专用电脑直接连接来进行，或者者是由电脑通过无线或者有线数据网络加操纵电路的方式实现。这些方式存在一定的缺点与应用局限，如专用电脑操纵方式增加了系统成本，而且电脑需要一直处于开机状态，操纵系统本

2、身功耗较大；而通过网络实现操纵的方式，网络初期投资与运行成本比较大。USB（通用串行总线）是INTE1、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的、最近几年逐步在PC领域广为应用的新型接口技术。USB接口通用性好、实时性强、传输方式多样、成本低、支持即插即用、易于扩展且便于使用，这些优点使其得到许多硬件厂商的青睐。目前各类类型的USB产品已大量涌入市场，同时也被广泛地用在PC机及嵌入式系统中。USB的普及使其成为在各类便携式设备中进行数据传输的一种较好的选择。基于此，本文提出了基于USB的1ED显示屏操纵系统，它具有传输速度快、更新信息方便、设备安装与配置容易、易于扩展、能够使用总线供

3、电、使用灵活等要紧优点；便于携带，基本上完善了普通1ED点阵显示牌的功能，具有良好的应用前景与很高的有用价值。与显示屏的进展密切有关的是其核心技术即显示屏操纵系统技术的革新。当前市场上流行的脱机1ED显示屏操纵系统的特点能够概括为两点：第一，人机交互系统由计算机操纵。每一种显示屏操纵系统对应着一种操纵软件，1ED显示屏用户将要显示的文本或者图片通过上位机程序输入计算机，然后由上位机程序提取文本或者图片的点阵信息并储存；第二，通讯传输系统为有线操纵，使用有线电缆作为传输介质一一多数为RS232总线或者是RS485总线，根据PC机配置的标准串行接口，进行电平转换。计算机通过上述总线将点阵信息传送给

4、显示屏扫描操纵系统扫描显示。上述特点造成了显示屏对计算机与通信线路的依靠性，无形之中就提高了使用成本，给用户带来了不便，某些用户甚至为使用显示屏而不得不专门配备一台计算机，或者是要在不方便架设线路的地方铺设专用线路。这关于某些小型显示屏用户而言大大提高了其使用成本，某些用户甚至不得不为此而忍痛割爱，从而极大地影响到1ED显示屏使用的普及。本文提出了一种新的设计方案，即在显示屏操纵系统原有串口的基础上扩展标准USBHOST接口，将计算机上有关文件拷至IJUSB存储设备（U盘/USB硬盘）,然后USB存储设备插到1ED显示屏的操纵系统上，操纵系统通过该接口直接读取USB存储设备,完成对1ED显示屏

5、的文本与图像输入，使1ED显示屏与计算机的信息交流更方便。该系统操作简单，在一些小型且需要不断改变显示内容的1ED显示屏系统中具有较高的性价比，大大缩小了设备的占用空间，而且摆脱了线缆的束缚与计算机的操纵。目前USB存储设备这类电子信息存储媒介已逐步普及，使用USB存储设备作为1ED显示屏信息内容的传递媒介，将会给1ED显示屏特别是小型1ED显示屏带来一次更深入的普及。1.2 本课题的研究方法与要紧工作1.2.1 本课题使用的研究手段通过对各类资料的查阅，完成对本课题的各部分知识的全面熟悉与对课题原理的掌握。然后初步完成对课题的模块设计、理论测试、调试与改良，最后通过实验、仿真分析进一步确定最

6、终结果。研究流程如图17所示。图1-1工作流程图1.2.2 本课题要完成的任务本课题需要完成主程序模块的设计、USB主控器模块的设计、显示屏扫描模块的设计、实时钟模块设计、外部存储模块设计与按键指示模块设计。满足U盘内数据的读写、字模提取与写入、1ED显示与键盘扫描等子程序运行需求。即单片机操纵系统的软件设计；1ED点阵显示系统的软件设计；基于USB接口的单片机操纵系统的软件设计；PC机与单片机实现数据通信的模块设计。确定系统实现方案，并绘制出相应的系统原理示意图，软件流程图；结合另一个同学所做的硬件部分的设计进行相应的软件部分设计，具体包含：主模块及各子模块程序流程图、程序开发过程文档、程序

7、清单、系统调试等。1.3 拟解决的关键技术本课题将解决下列问题：1）如何实现对U盘数据的读取，即设计U盘数据读取程序；2）如何实现将读取的数据通过1ED屏显示，即设计显示屏扫描程序；3）将上述两个方面结合到一起，即实现读取与显示的两方面功能。2便利式1ED显示屏操纵系统的总体设计2.1操纵器系统总体结构设计根据所确定的方案，此操纵系统要紧包含：实现对U盘数据的读取及存储的模块设计与实现所读取的U盘数据在1ED屏上显示的模块设计。前者通过单片机、USB转换协议与数据存储器实现。后者通过单片机、数据存储器与1ED屏驱动电路实现。该操纵系统的结构框图如图27所示。图2-1便利式1ED显示屏操纵器系统

8、框图图中，虚线部分为USB接口1ED显示屏操纵系统的结构框图，其中要紧包含:1ED屏驱动模块、单片机、实时钟模块、USB协议转换电路、按键、复位、电源等。其外围部分连接到U盘接口与1ED屏。2.2U盘数据读取模块设计该部分电路用于对U盘数据的读取与存储。其由单片机及其外部数据存储器的扩展电路、电源电路、串口下载电路、滤波电路、USB协议转换电路与晶振与复位电路等几个部分构成。要紧完成对U盘数据的读取与存储的功能。各部分的模块设计将在第三章全面说明。该部分电路框图如图2-2所示。图2-2U盘读取电路框图2.31ED屏驱动模块设计从理论上说，不论现实图形还是文字，只要操纵与构成在这些图形或者文字的

9、各个点所在的位置相对应的1ED器件发光，就能够得到我们想要的显示结果，这种同时操纵各个发光点亮灭的方法称之静态驱动显示方式。比如16x16的点阵共有256个二极管，显然单片机没有这么多的多口，假如我们使用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16x16的点阵需要32个锁存器，这个数字很庞大,实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎不使用这种设计，而使用另一种称之动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮番点亮，这样扫描电路就能够实现多行的同名列公用一套驱动器。先送出对应第一行发光管亮灭的数据并所存，然后选通第一行并使其点亮

10、一定的时间，然后熄灭；然后第二行；以此类推，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳固的图形了。该部分电路用于将读取的U盘数据通过1ED屏显示出来。要紧完成将存储在外部扩展存储器中的数据通过1ED屏显示出来的功能。各部分的电路设计将在第三章全面说明。该部分电路框图如图2-3所示。图2-31ED显示屏驱动电路原理框图2.4存储器模块设计1ED点阵显示屏是利用连续刷屏来实现显示所要求内容的，单片机从U盘读取数据的速度比较慢，1ED显示屏速度跟不上。要解决这个难题，我们想到了使用74HC573锁存器与62C256静态数据存储器RAM对单片机存储

11、空间进行扩展。外部数据存储器62C256为32K字节的8位数据宽度的RAM存储器，62C256的单片机寻址范围为000017FFFH,可用来进行单片机的外部数据存储器的扩展。存储器相当于一个中转站，单片机从U盘读取数据写入存储器，存储器再把数据显示在1ED屏上。该部分电路框图如图2-4所示。图2-4存储器模块原理框图2. 5本章小结传统的1ED显示屏的信息输入只能通过数据线与专用电脑直接连接来进行，或者者是由电脑通过无线或者有线数据网络加操纵电路的方式实现。这些方式存在一定的缺点与应用局限，如专用电脑操纵方式增加了系统成本，而且电脑需要一直处于开机状态，操纵系统本身功耗较大；而通过网络实现操纵

12、的方式，网络初期投资与运行成本比较大。通过本章的介绍，基于可移动存储器的多路1ED显示屏操纵系统，使用体积小、性能高的微处理器构成前级驱动及操纵电路，可靠地读取体积小、容量大的移动存储器（U盘）中的内容。USB接口的1ED显示屏是具有很大的开发意义，通过U盘来更换1ED屏显示的汉字是一个质的飞跃，给我在日常生活生产中使用1ED屏带来了很大的方便，而且也能使1ED屏的使用越来越普及化。3便利式1ED屏操纵系统的软件设计如上一章中所述，便利式1ED显示屏操纵器系统要紧分为读U盘模块设计、1ED点阵显示模块设计、存储模块设计。本章要紧完成操纵器系统的软件设计。整个软件设计要紧分下列7个模块：主程序模

13、块、U盘数据读取模块、1ED点阵显示模块、存储器模块、实时钟模块、数据通信模块、按键输入模块等。下面对各模块的设计进行阐述。2.1 软件程序编辑语言及开发环境选择以往的单片机系统，其操纵程序大多是用相应单片机的汇编指令编制，尽管其执行效率高，但其可读性与可移植性却较差，直接影响其软、硬件的扩展与升级。C语言早期用于编写UNIX操作系统，它是一种结构化的语言，可产生紧凑代码。C语言可用许多机器级的函数直接操纵与操作单片机的硬件而不必通过汇编语言，与汇编语言相比，C语言要紧有下列一些优点。 不要求熟悉单片机的指令系统，仅要求对其存储器结构有初步熟悉； 寄存器分配、存储器寻址及数据类型等细节可由编译

14、器管理； 程序由不一致的函数构成，便于程序的结构化与模块化； 程序的可读性及可移植性较高； 关键字及运算符可用近似人的思维方式使用； 程序编制及调试时间显著缩短，大大地提高了编程效率； C语言提供的库包含许多标准的子程序，具有较强的数据处理能力；C语言是一种非常便于使用的计算机高级编程语言，使用C语言进行单片机特别是MCS-51系列单片机的开发具有极大的优势。因此，国外从20世纪80年代中后期就已经开始了将C语言向8051单片机上移植的步伐。通过Kei1/FrankIin,Archeades,IAR,BS0/TaSking等公司的努力，到了20世纪90年代，针对8051的C语言开始日趋成熟，逐

15、步成为专业化的有用高级语言。上述公司都各自开发了基于8051单片机的C语言编译器，其中KeiI公司开发的编译器以其使用方便、生成代码紧凑及支持几乎所有基于8051的单片机等优点，并完整的实现了ANS1的C语言标准，从而成为当今使用最为广泛的MCS-51系列单片机C语言开发软件。用C51编制程序时，同样应遵循结构化、模块化的设计方法。因此，在编程时，可将任务分成若干模块，对每个模块分别进行编制及调试，最后有机结合成一个完整的操纵程序。本设计中，编程语言使用高级与汇编语言混合编程的形式，程序主体使用C51语言编写，但在对速度要求苛刻的部分使用汇编语言编写。开发环境选用目前流行的Kei1uVisio

16、n3oKei1SOftWare公司推出的Kei1UViSiOn3是一款可用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE),该IDE同时也是PK51及其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、模板编辑与改进的搜索功能外，uVision3还提供了一个配置向导功能，加速了启动代码与配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标MC1J,包含指令集、片上外围设备及外部信号等。UViSion3提供逻辑分析器，可监控基于MCUI/0引脚与外设状态变化下的程序变量。uVision3提供对多种最新的8051类微处理器的支持，包含Ana1ogDevices的ADuC83x与ADuC84x,与Infineon的XC866等。3. 2主程序模块设计3. 2.1主程序模块实现的功能主程序模块实现的功能为：单片机能根