课题研究点阵电子显示屏制作

1点阵电子显示屏制作目录摘要.....................................................................11：方案论证与比较..........................................................21．1控制器部分..........................................................21．2数据存储器..........................................................21．3亮度连续可调........................................................21．4显示屏驱动电路的选择................................................31．5键盘的选择..........................................................31．6串行口的选择........................................................32．系统的具体设计与实现....................................................32．1系统总框图..........................................................32．2硬件部分..........................................................42．2．1采用16个LED8*8显示屏，构成16行*64列点阵显示..............42．2．2LED显示屏驱动电路..........................................42．2．3亮度连续可调.................................................52．2．4刷新频率的计算...............................................52．2．5键盘.........................................................52．3软件方面...........................................................52．3．1主程序的流程图...............................................52．3．2按键程序....................................................62．3．3行列的扫描..................................................62．3．4人机交互.....................................................73．测试、结果及分析........................................................73．1基本功能............................................................73．2发挥功能部分........................................................73．3其他发挥部分........................................................73．4刷新频率的测试......................................................83．5按键的结果测试......................................................84．总结....................................................................8参考资料：.................................................................8摘要本设计使用ARM2138开发板作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16*64的点阵LED显示屏。利用ARM本身强大的功能和大容量的内部存储，可以很方便的实现ARM与PC机和SD卡等外围存储设备的数据传输，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。AbstractARM2138usedasamaincontrollerdesignanduseofsimpleexternalcircuittodrive16*64thelatticeLEDdisplay.ARMitselfusingpowerfulfunctionsandcapacityofinternalstorage,itiseasytorealizetheARMandPCandSDcardforexternalstorage,datatransmissionequipmentandtheabilitytousethesoftwarefortheconvenienceofavarietyofcontentchanges,theotherdotmatrixdisplaywidelyusedinhospitals,airports,banksandotherpublicplaces.Therefore,thedesignhasastrongpracticalapplication.21、方案论证与比较1．1控制器部分方案一采用常用的89C51控制。技术比较熟练，应用广泛，现在的51系列技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。但是为了实现多组预存信息,必须外加具有掉电存储功能的EEPROM,这增加了系统的复杂程度。而且在执行动态刷新的时候读取EEPROM的速度慢，刷新频率受到限制。下面是简单的用单片机处理的框图（图1）。图1方案二应用ARM，ARM是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。作为嵌入式领域中最为广泛使用的32位处理器结构体系，ARM已经成为多个应用领域的标准CPU。ARM处理器技术正在成为多数嵌入式高端应用开发的首选。ARM2138芯片具有高达32KB的内存作为数据的缓冲区，因此能够实现非常快的读取速度。并具有丰富的I/O资源，而且其外围电路简单,在片内即可实现所有控制。简化了整个系统的复杂程度.通过比较，我们选择方案二。1．2数据存储器方案一非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。方案二选用SD卡，其利用记忆性半导体进行存储,具有大容量、高速度、非易失性、可在线擦写特性的存储器。而且具有成熟的SPI协议来实现与ARM的连接.很容易实现与ARM的数据交互传递,而且使用SD卡可以实现脱机使用与存储.在更新显示信息的时候,只需要用SD卡传递.而不需要连机,更新信息方便快捷,更加有利于实际应用。基于以上各种对比,我们选用方案二。1．3亮度连续可调方案一通过在软件中调节刷新频率。刷新频率高的时候,连续点亮的时间短,显示屏亮度低,当刷新频率调低时,连续点亮的时间延长,显示屏变亮。因此通过调节占空比来实现显示屏亮度的调整。但是由于软件调节亮度变化不连续.不能实现连续的亮度调节。并且会出现闪烁。调节的效果不明显，故不采用此方案。方案二通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。调节电位器实现线形电压调整,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节范围较大，因此用此方法来调节。31．4显示屏驱动电路的选择方案一在禁止使用专用的LED控制芯片的情况下采用通用芯片74LS595，其具有8位锁存、串—并移位寄存器和三态输出，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新。但是需要更多的控制信号，而且芯片的级联不方便。方案二由于ARM提供了足够的内存来做为数据缓冲区对显示数据进行存储，我们可以用移位寄存器74HC164和译码器74HC138来实现LED点阵显示的行列控制.其特点是控制信号简单，级联方便，芯片数量少。综合考虑，我们采用方案二。1．5键盘的选择方案一采用专门的键盘芯片7289,其可用很少的接口来扩展更多的键盘，能够外接8个LED，64个按键。但是在本系统中只是使用较少的按键，而且ARM有丰富的I/O口资源，因此使用7289会浪费按键资源，增加成本。方案二利用I/O口直接连接的独立式键盘,每键都有相应的I/O口对应,编程容易控制.实现方便.又因为ARM有足够的I/O口资源.可使用独立式键盘。因此方案二为最佳方案。1．6串行口的选择方案一采用RS485来进行长距离（1200M）的传输，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用.但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障而且总线本身存在许多的局限性，效率低，实时性差，通信的可靠性低，应用不灵活。方案二采用RS232来进行串行的传输,用串行通讯的好处是简单，抗干扰性强.由于本系统设有SD卡存储器,因此不需要远距离传输,因此RS232已经足够满足要求。并且可直接和PC机接口，不用外加协议转换电路。综上所述，方案二比较合理。2、系统的具体设计与实现2．1系统总框图SPI图2整个系统以ARM(LPC2138)为控制中心如上图2所示,系统主要通过SPI协议来外接入SD卡存储器,实现数据存储量的扩展。通过ARM控制器发出的信号使LED矩阵驱动电路驱动LED点阵显示屏。通过键盘电路控制ARM输出数据的变化。通过RS232的串行口来实现ARM与PC上位机的通讯。整个电路由+5V的电源模块供电。点阵显示屏控制电路ARM（LPC2138）串口PC机SD卡键盘模块/指示灯42．2硬件部分2．2．1采用16个LED8*8显示屏，构成16行*64列点阵显示点阵显示屏由16个8×8点阵LED显示模块。16片8×8点阵LED显示模块利用总线形组成一个16×64的LED点阵，用于同时显示4个16×16点阵汉字或8个16×8点阵的字母﹑字符或数字。单元显示屏可以接收来自控制器（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，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容。2．2．2LED显示屏驱动电路采用74HC138三-八译码器和74HC164移位寄存器。将从ARM里出来的列信号通过8个164级联而成的64位的信号输出端连接到16*64的点阵LED的输入端，作为点阵的行驱动信号。通过164移位这64位的信号，来控制显示内容的变化。再从ARM输出三个信号分别输入到2个级联的74HC138译码器，然后输出16位行信号，经过16个1K的电阻，再输入到16个PNP（8550）三极管的B极来进行对行信号的放大，其中所有的三极管的E极相连接+5V的电源，所有的C极接16个470欧姆的电阻，得到的信号作为点阵LED的行输入信号。通过对138的三个输入信号进行控制，