多功能点阵电子显示屏 论文

多功能点阵电子显示屏摘要本点阵显示屏使用并行行列控制，串行数据输出，自动PWM亮度调节，以及双色高亮点阵等技术设备，由AVR单片机为控制核心，打造了一款6416点阵LED显示屏。本显示屏内置汉字库，可于上位PC机通讯并自带了时间和温度的记录，可供室内外使用。并且成本效低，在多领域有广泛的应该用前景。关键词点阵电子显示屏自动亮度调节74HC595CD4017ABSTRACTTHERANKSOFDOTMATRIXDISPLAYTOCONTROLTHEUSEOFPARALLEL,SERIALDATAOUTPUT,PWMAUTOMATICBRIGHTNESSADJUSTMENT,ASWELLASTWOCOLORDOTMATRIX,ANDOTHERTECHNICALEQUIPMENTHIGHLIGHTEDBYTHEAVRMCUTOCONTROLTHECORE,CREATINGA6416DOTMATRIXLEDDISPLAYSCREENHANZIKUDISPLAYTHEBUILTIN,AVAILABLEATTHETOPPCCOMMUNICATIONANDBRINGTHEIROWNTIMEANDTEMPERATURERECORDSFORINDOORANDOUTDOORUSELOWCOSTANDEFFICIENCYINVARIOUSFIELDSSHOULDHAVEABROADPROSPECTKEYWORDSELETOTMATRIXDISPLAYAUTOMATICBRIGHTNESS74HC595CD40171设计指标设计并制作一台简易LED电子显示屏，16行32列点阵显示，原理示意图如下PC机LED电子显示屏原理框图12实现基本功能（1）双色16行64列点阵显示的LED电子显示屏（2）带有显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，（3）显示屏显示数字和字母,亮度可用按键连续调整。（4）能显示4组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。（5）LED显示屏亮度可根据环境亮度自动调节。（6）实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示，滚屏方向和速度（989级）可以设定；（7）实现实时时间、日期、温度显示，显示屏数字显示时分秒；（8）可以用相关软件将PC中的汉字显示在LED屏上，一次最多64个字节（一个中文2字节）13实现附加功能（1）双色显示并可以软件控制每个颜色这度（各256级）（2）可以切换手动高度无级调节和自动调节；（3）内建字库，可以即时（无需上位机）输入显示内容并设置显示方案2硬件方案与论证21总体方案系统分为4个大部份1电源部分本作品使用的电源是双路直流开关电源，使用的是ACDCDC的方案，与传统的变压器方案相比，效键盘LED显示控制显示器控制器串行口键盘接口数据存储器率更高，体积更小，控制也更为方便，所以予以选用。本电源主体方案是市电经低通滤波后进行全桥整流，得到220V的直流电压，再使用TNY264和KA1H0265两片开关电源专用SWITCHIC进行激励。IC内已集成MOSFET，产生PWM脉宽调制脉冲可直接驱动高频变压器进行电器隔离并降压，并由光耦隔离反馈控制。由于IC的集成度效高，故电源无论成本、效率、体积上都很有优势。高频变压器次级使用半桥整流。然后通过电容和电感组成多级形滤波器滤波，以及三端稳压器件稳压、去耦。得到平滑的多轨直流电源，再经自恢复保险丝后输出。电源性能指标及原理如下1，交流输入AC190240V50HZ05A2，直流输出第一组DC5V06A第二组DC12V05A；12V05A；5V7V05A3，纹波电压第一组DC5V015V；第二组DC12V03V；12V03V；5V03V本系统选用第一组输出作为数字电路供电，第二组的6V为模拟电路供电，数字模拟地单点相连，实测效果良好。2控制系统部分这部分使用了自制的集成系统模块主模块为一个AVR单片机ATMEGA32的最小系统，提供了32个IO口，包括SPI，I2C及UART232总线，其中SPI口复用与从机系统相连。ATMEGA32内建32KROM，2KBRAM和1KB的EEPROM，而且速度高，故发选用。从系统作为一个人机交换系统，人机交换系统即控制指令的输入与系统状态、结果的显示、输出系统。本系统以小巧的ATMEGA8为核心，利用其片上23个I/O接口，实现了192X64点阵液晶模块控制、蜂鸣器控控制、4X4矩阵键盘控制、四位八段数码管的控制以及ISP下载和双机通讯。其中液晶模块和蜂鸣器由ATMEGA8直接驱动，而矩阵键盘和数码管则由专用驱动芯片HD7279A驱动并与MCU相连。3RS232连接线线路使用了电平转换器MAX232的改进型MAX202，MAX202的改进在于其升压电容为01U,使可以贴片小型化。4显示屏主显示屏由级连的16片74HC595驱动16片88点阵的一共128行，由两片ULN2803作为列驱动，分别控制红和绿两个颜色。因为只有八个列，所以只要用一片CD4017作为列计数，由74HC595的锁存信号作为同步时钟同时控制CD4017的换列计数即可。亮度调节使用PWM脉宽调制的方法。由MCU产生两路30KHZ的方波信号控制两种颜色的亮度，为示屏上板上另用NE555及比较器产生一路PWM，由光敏电阻控制或手动控制屏幕亮度。屏上还带了IIC的时钟和温度计DS3231，可以计时测温。屏上使用了74HC244使数字和模拟的电平兼容，以达到使用不同主屏电源电压的目的。22硬件方案细节221行列扫描行驱动器为74HC595，每个74HC595控制一个88点阵的八个行，则一共有16片点阵，共16个74HC595。列驱动器为ULN2803，每个点阵对应的八列并联，同时由计数器CD4017控制要显示的列循环计数。如图，通过SCLK和SDATA一次将16字节的数据送入74HC595，之后送一个DLOAD时钟锁存，因为DLOAD时钟同时送CD4017的计数口，所以数据锁存时同时换列。两片ULN2003的输入口并联，所以可以控制两个不同颜色的显示。CD40177459574595UNL2803UNL2803绿红串行数据列同步信号列驱动程序时钟行驱动222PWM亮度控制当刷新率大于50HZ时，由于视觉停留，人眼会看不到闪烁。所以，当PWM波频率远大于50HZ时，由于LED的发光时间变化，可以看到亮度变化。本系统于MCU产生两路约30KHZ的PWM信号控制每个颜色通道的亮度，由本振产一另一路约2KHZ的PWM信号控制总亮度。本振的信号由电位器或光敏电阻调节。由NE555产生一个峰峰值约4V的三角波信号，经过比较器得到PWM信号，而比较器的门电压通过机械开关切换为光敏电阻自动控制或电位器手动控制，组成压控PWM发生器。由于光敏电阻在不同光强时变化较大，故并联一个30K的电阻，使阻值变化范围在15K30K之间。自动亮度调节的范围约为20100光强之间，环境亮度越大，屏幕亮度也越大。223时钟与温度计量本模块使用了插件方式，使用了MAXIM的DS3231芯片。按官方文档的电路原理图搭建，加上CR2032电池。时间精度常温下在2PPM以上，温度精度在5PPM以上。原理图见附图。223汉字字库汉字字库使用了2MB的AT45DB161，此芯片为SPI接口，速度高达2MB/S，用以存储一级简码共8192个中文汉字，可按国标码读取，接口原理图见附图。3软件方案与论证31软件流程总图主菜单1LIGHT/亮度调节SETLEDRED（0255）红光强SETLEDBLUE（0255）绿光强2INPUTSENTENCE/自定义语句选择第几句3SELECTSENTENCE/选择要显示的句子选择第几句4SETTIME/时间设定定时S预存信息的定时循环显示/时间、日期、温度5SETSPEED/移动速度设定6SHOWSELECTED/开始显示7SHOWTIME/显示时间321亮度调节亮度调节使用T1定时器产生两路可预置的PWM波VOIDLDPWMBEGINVOIDTCCR1B0X00/STOPTCCR1A0XA1TCNT10X0000OCR1A127OCR1B127SBIDDRD,4SBIDDRD,5SBIPORTD,4SBIPORTD,5TCCR1B0X0A/STARTTIMER322自定义语句程序在1KB的片上EEPROM中开了8个长度为64字节的数组，可存放ASCII码或国标码。323时间、日期、温度EXTERNVOIDWR_SECUCHARDSEC/写秒数据EXTERNVOIDWR_MINUCHARDMIN/写分数据EXTERNVOIDWR_HOUUCHARDHOU/写时数据EXTERNVOIDWR_DAYUCHARDDAY/写日数据EXTERNVOIDWR_WEKUCHARDWEK/写周数据EXTERNVOIDWR_MONUCHARDMON/写月数据EXTERNVOIDWR_YEAUCHARDYEA/写年数据EXTERNUCHARRE_SECVOID/读秒数据EXTERNUCHARRE_MINVOID/读分数据EXTERNUCHARRE_HOUVOID/读时数据EXTERNUCHARRE_DAYVOID/读日数据EXTERNUCHARRE_WEKVOID/读周数据EXTERNUCHARRE_MONVOID/读月数据EXTERNUCHARRE_YEAVOID/读年数据EXTERNUCHARRE_TEMHVOID/读高8位温度EXTERNUCHARRE_TEMLVOID/读低2位温度EXTERNVOIDINIT_DS3231VOID/初始化DS32314结论本系统实现了设计要求的功能，并有设计的独到之处，模块度和集成度都很好。成本比较低，总体上比较成功。参考文献1康华光主编电子技术基础高等教育出版社2006年1月2马潮编著AVR单片机嵌入式系统