毕业设计无线通讯LED显示屏系统设计Word格式文档下载.docx
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LEDDISPLAYSCREENWIRELESSDATA-TRANSMITTING-MODULEAT89C51APPLICATION
目次
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
1引言………………………………………………………………………………1
2LED显示屏的功能及技术指标分析……………………………………………2
2.1LED显示屏的功能分析……………………………………………………2
2.2LED显示屏的技术指标……………………………………………………2
3LED显示屏控制系统组成和原理………………………………………………3
3.1LED显示屏控制系统的硬件组成………………………………………3
3.2LED显示屏控制系统的工作原理………………………………………3
3.2.1控制系统主控部分工作原理图分析……………………………3
3.2.2显示部分电路原理………………………………………………5
3.2.2.18*8点阵块内部原理…………………………………5
3.2.2.2显示部分电路原理……………………………………8
3.2.2.3列信号控制……………………………………………8
3.2.2.4行信号控制……………………………………………8
3.2.2.5信号的总驱动…………………………………………9
3.3无线数据传输系统………………………………………………………9
3.3.1无线模块PTR2000性能简介……………………………………9
3.3.2无线数据传输过程………………………………………………9
3.3.3单片机和PTR2000的通信接口电路……………………………10
3.3.4计算机与PTR2000的通信接口电路……………………………11
4汉字字模提取原理………………………………………………………………11
4.116X16点阵汉字库的结构……………………………………………12
4.2字模提取的实现…………………………………………………………12
5LED大屏幕的调整………………………………………………………………13
5.1亮度和颜色的调整………………………………………………………13
5.2 扫描频率调整…………………………………………………………13
6PCB板的设计……………………………………………………………………14
7系统的调试………………………………………………………………………16
7.1PTR2000模块的调试…………………………………………………16
7.2串口调试………………………………………………………………16
8结论………………………………………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………20
1引言
LED显示屏系统是用于信息发布的一种屏幕式电子显示设备，可显示文字和图片。
具有画面直观、内容灵活多变，造价便宜等特点，被广泛应用于商场、车站、码头、机场等室内外公共场所。
LED显示屏的电路由主控电路和显示电路两部分组成，主控电路负责接收数据控制端传送的数据，刷新显示RAM内容，向显示电路传送数据，控制显示电路逐行动态扫描。
通常LED显示屏系统的数据控制端采用PC机完成对LED所要显示的图片、文字的编辑和数据传送。
在设计通信接口时，通常采用有线电缆作为传输介质，根据PC机配置的标准串行接口，进行电平的转换。
本课题选取单片机应用系统，设计一个在无线数据通信方式下向LED显示屏的主控电路传送数据的控制器。
该控制器操作简单、携带方便，能够完成LED显示屏显示内容的编辑与数据传送，在一些小型而且需要不断改变显示内容的LED显示屏系统中具有较高的性价比，而且大大缩小了设备占用空间，摆脱了线缆的束缚。
2LED显示屏的功能及技术指标分析
2.1LED显示屏的功能分析
显示内容：
WINDOWS平台上编辑的文字资料，字体及字号由编辑软件实现。
显示方式：
左移或者右移。
远控操作：
对显示屏的任何操作均在操作室的计算机上进行。
该计算机通过RS232通讯接口与显示屏联接实施远程控制。
脱机显示：
一旦控制计算机将显示信息送到了显示屏电路，并进行编辑后，该计算机便可脱机单独使用，而此时的显示屏就好像一个“独立系统”。
2.2LED显示屏的技术指标
规格：
16×
32点阵，可显示标准16×
16点阵汉字四个。
计算机通信距离：
200米以内。
使用寿命：
8000小时。
功耗：
单色峰值900W。
每点发光亮度：
单色大于5.5mcd。
控制软件使用平台：
WINDOWS2000/WINDOWSXP
3LED显示屏控制系统组成和原理
3.1LED显示屏控制系统的硬件组成
系统的硬件组成如下图1：
图1系统的硬件组成
如图所示该系统由无线通讯模块、模块电源电路、单片机系统电路和显示驱动电路等构成，该显示屏可以显示点阵汉字4个。
硬件电路设计是该系统的核心。
本系统主要的硬件设计是下位机具有4K存储空间的单片机AT89C51的显示控制部分。
而上位机（PC机）与单片机显示控制部分的接口为标准RS232通讯方式。
74HC245和74HC595分别担当行驱动器和列驱动器。
无线收发模块担当控制系统与微机之间的数据传输，它由PTR2000实现。
作为无线通讯模块的PTR2000，它具有收发合一、高速率、体积小、工作频道多、低功耗和抗干扰性能强的特点。
PTR2000为距离大于200米的无线通讯控制系统的收发提供了一个理想的解决方案。
该模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制解调、参量放大、频道切换等功能。
它可以接到计算机串口接口上，用RTS控制无线收发模块的收/发状态转换。
它的DO和DI也可以于单片机8051连接起来，利用单片机的I/O借接口可以控制模块的发射接收控制、频道转换和低功能模式。
3.2LED显示屏控制系统的工作原理
3.2.1控制系统主控部分工作原理图分析：
图2主控部分工作原理图
如图所示，该系统单片机部分主要由复位电路晶体振荡电路（20MHz）、存储器扩展电路（扩展为32KB）构成。
单片机的通信方式为串行异步通信方式，接收来自计算机发送的信号，比特率为2400bit/s。
系统的重置是任何微处理机系统运行的第一步，使整块控制芯片回到预先设定的硬件状态下。
AT89C51的系统重置是由RESET引脚控制的。
当此引脚送入高电位超过24个震荡周期时。
AT89C51即进入芯片内部重置状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET为低电位后，才检测EA为高电位或是低电位，若为高电位，则实行内部的程序代码，若为低电位，则实行外部的程序代码。
系统重置电路如图3：
图3复位电路
单片机控制系统主要由8位单片机AT89C51
作为主控CPU，并用它存放用于显示的点阵汉字字库，其存储空间为4K。
为了接收来自上位机的汉字点阵采用RS232作为通讯接口。
在主控系统中除了常规的存储及通讯接口外，还有一个重要功能就是信号的发送及控制。
利用串口通讯方式0即8位移位寄存器方式，CPU的P22引脚作为数据线DATA，P21引脚作为同步时钟CLK，P20引脚作为移位时钟RCLK。
由于在通讯方式0下串行口为1/12晶振频率的固定波特率，其通讯波特率为2M，因此每秒最多能发送200000个字节，即6000多个汉字。
P00-P03引脚分别作为A、B、C和D地址信号。
P04引脚作为OE信号。
AT89C51最大寻址空间为64KByte.GB2312280标准的汉字库为256KByte.在提取汉字字模时采用了地址分时缓冲锁存输出法.AT89C51的地址总线提供寻址汉字库的高13位地址,然后通过读操作对字库芯片进行访问.由于内码是不连续的,不能与汉字库的地址一一对应,必须转换。
RS-232使用-3到-25V表示数字“1”，使用3V到25V表示数字“0”，RS232在空闲时处于逻辑“1”状态，在开始传送时，首先产生一起始位，起始位为一个宽度的逻辑“0”，紧随其后为所要传送的数据，所要传送的数据有最低位开始依次送出，并以一个结束位标志该字节传送结束，结束位为一个宽度的逻辑“1”状态。
PC机一般使用8250或16550作为串行通讯的控制器，使用9针或25针的接插件将串行口的信号送出。
该插座的信号定义如下：
DB-9信号名称方向含义
23TXD输出数据发送端
32RXD输入数据接收端
47RTS输出请求发送（计算机要求发送数据）
58CTS输入清除发送（MODEM准备接收数据）
66DSR输入数据设备准备就绪
75SG信号地
81DCD输入数据载波检测
204DTR输出数据终端准备就绪（计算机）
以上信号在通讯过程之中可能会被全部或部分使用，最简单的通讯仅需TXD及RXD及SG即可完成，其他的握手信号可以做适当处理或直接悬空。
什么是握手信号呢，在这里介绍一下：
RS-232通行方式允许简单连接三线：
TX、RX和地线。
但是对于数据传输，双方必须对数据定时采用使用相同的波特率。
尽管这种方法对于大多数应用已经足够，但是对于接收方过载的情况这种使用受到限制。
这时需要串口的握手功能。
最常用的RS-232握手形式有：
软件握手、硬件握手和Xmodem。
先说说一下软件握手：
通常用在实际数据是控制字符的情况，类似于GPIB使用命令字符串的方式。
必须的线仍然是三根：
TX，RX和地线，因为控制字符在传输线上和普通字符没有区别，函数SetXModem允许用户使能或者禁止用户使用两个控制字符XON和OXFF。
这些字符在通信中由接收方发送，使发送方暂停。
例如：
假设发送方以高波特率发送数据。
在传输中，接收方发现由于CPU忙于其他工作，输入buffer已经满了。
为了暂时停止传输，接收方发送XOFF，典型的值是十进制19，即十六进制13，直到输入buffer空了。
一旦接收方准备好接收，它发送XON，典型的值是十进制17，即十六进制11，继续通信。
输入buffer半满时，LabWindows发送XOFF。
此外，如果XOFF传输被打断，LabWindows会在buffer达到75%和90%时发送XOFF。
显然，发送方必须遵循此守则以保证传输继续。
接下来介绍硬件握手：
和TX和RX线一样，RTS/CTS和DTR/DSR一起工作，一个作为输出，另一个作为输入。
第一组线是RTS（RequesttoSend）和CTS（CleartoSend）。
当接收方准备好接收数据，它置高RTS线表示它准备好了，如果发送方也就绪，它置高CTS，表示它即将发送数据。
另一组线是DTR（DataTerminalReady）和DSR（DataSetReady）。
这些现主要用于Modem通信。
使得串口和Modem通信他们的状态。
当Modem已经准备好接收来自PC的数据，它置高DTR线，表示和电话线的连接已经建立。
读取DSR线置高，PC机开始发送数据。
一个简单的规则是DTR/DSR用于表示系统通信就绪，而RTS/CTS用于单个数据包的传输。
一般来说，Xmodem方式握手不是经常用到，所以在此就不作介绍了。
PC机支持1-4个串行口，即COM1-COM4，其基地址在BIOS数据区0000：
0400-0000：
0406中描述，对应地址分别为3F8/2F8/3E8/2E8，COM1及COM3使用PC机中断4，COM2及COM4使用中断3。
3.2.2显示部分电路原理：
3.2.2.18*8点阵块内部原理
8*8点阵块
内部原理图如图4：
图48*8点阵块内部原理图
16*16的点阵实际上是用四块8*8点阵块通过一定的连接而构成的。
为说明它的原理,我们从8*8点阵块入手，图5是点阵块内部的电路连接图。
从图中可以看出，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。
图5是一个LED的工作电路图。
电路中Q8是驱动电路,正端接电源,控制端接74HC138的输出,输出端接LED发光二极管D,与限流电阻连接,电阻接74HC595的数据输出端。
LED的点亮方式是:
控制74HC138的片选信号无效,为不选通,之后74HC595输出电平,低电平为点亮信号,再选通74HC138,控制输出选通信号,此时,有电流I0从Q8输出,流过D、R1后,进入74HC595的数据输出端。
图5LED的工作电路图
在图中,
是加在LED上的电压,
是加在限流电阻两端上的电压,通过调节限流电阻的数值,就可以改变电路的工作电流I0,当电阻R1=0时,电路依靠74HC595的输出有源电阻作为限流电阻。
在扫描电路中可以看出,电路结构比较简单,合理地调整各个部分工作参数就能够使电路工作在最佳状态。
在选择电路时,还要准确掌握各个公司电路的性能,以及之间的技术参数的差别。
不同型号的器件技术参数也有所区别,表1是74HC595的技术参数,表中给出了TexasInstru2ments,ST,Philips公司的74HC595的技术参数。
在表中可以看出不同的公司生产的电路略有不同,因此,一块显示屏尽量要使用同一公司的电路器件,以免由于参数的差别影响显示屏的显示效果。
表1 74HC595的技术参数
Table1 74HC595technologyparameters
SN74HC595
M74HC595
74HC595
±
20
35
7
31
50
52
-55-125
在表1中,
为输入尖峰脉冲电流,
为输出尖峰脉冲电流,
为连续输出电流,
为最高供电电压,
表示在25℃时的最大工作频率（随着负载电容的不同,工作频率也不同）,
为工作温度。
表中元件SN74HC595、M74HC595、74HC595对应公司是TexasInstruments,ST,Philips。
显示系统逻辑结构图如图6：
图6显示系统逻辑结构图
由于显示模块中采用的是由串变并的74HC595芯片，所以主板上的输出信号应为串行信号。
点阵显示屏每个单元由16个8×
8点阵LED显示模块、行信号选择译码器74HC138、总线驱动器74HC245、数据移位寄存器74HC595组成。
以下给出了一个显示单元的显示程序，当连级多个显示单元时适当的改变行字节数即可：
DISP：
MOVR0，#4；
…………每行4个字节
MOVDPLR6；
…………取处显示缓冲区首地址
MOVDPHR7；
DIS：
MOVXA,@DPTR;
……取出显示数据
CPLA;
………………数据取反
MOVSBUF1，A；
……送出显示数据
JNBT11，$;
CLRT11;
INCDPTR;
……取下一数据
DJNZR0，DIS；
SETBCLEAR；
……74HC595的消隐线
SETBSTB；
…………74HC595的锁存线
ANLP1，#0FH；
MOVALINE；
……取行地址
DIN：
SWAPA；
ORLP1，A；
……送出行驱动信号
DISE：
CLRSTB；
CLRCLEAR；
3.2.2.2显示部分电路原理如图7：
图7显示部分电路
3.2.2.3列信号控制
由于LED点阵和LED数码管相似，有共阴和共阳之分，因此我以列为共阴，行为共阳点阵为例。
在实际应用中为了结构上安装和调试方便，可以将8个8×
8点阵做在一块电路板上，组成一块32×
16点阵的模块。
块与块串联就组成一个大屏幕。
如上图，一个模块有4片74HC595芯片，8块LED点阵，每一片74HC595接限流电阻后接两块LED点阵，图中只画了部分电路。
DATAIN和DATAOUT分别是数据输入和输出，RCLK是74HC595移位寄存器信号锁入输出锁存器的时钟信号，CLK为同步时钟。
将模块中前一片8位移位寄存器74HC595的数据输出（Q7）和下一片的数据输入（SER）相连接组成32位的串行无数链，每一位控制一列发光管，若显示方式为1/16占空比的动态扫描方式，则每一列控制16个发光管。
当74HC595的某一输出引脚为低电平时，该列上对应行行扫描选中的行上的像素点亮。
由于吸收电流的能力相对较强，且为动态扫描，因此在74HC595的输出脚上只需串接一个
的限流电阻。
3.2.2.4行信号控制
如图7，采用3-8译码器74HC138/74LS138的8个选通端来控制相应的行。
3.2.2.5信号的总驱动
为了使行列信号一块接一块地传下去，必须考虑信号的驱动问题。
74HC595控制信号有5个，其中移位寄存器清零SRCLK及锁存器输出允许E可分别接到+5V和GND上（即不清零和允许输出），因此对于74HC595真正要控制的只有数据、移位时钟、同步时钟及移位寄存器寸入锁存器的控制信号。
考虑到32×
16点阵模块连级对这三个信号应采用高速总线驱动器74HC245进行驱动，也可采用斯密特触发反相器74HC14在模块的输入和输出进行二次驱动。
3.3无线数据传输系统
3.3.1无线模块PTR2000性能简
升级会员 