毕业论文-线阵LED显示屏设计与实现.doc

信息工程学院本科毕业论文（2011届）题 目线阵LED显示屏设计与实现系电子工程专 业电子信息科学与技术班 级学 号学生姓名指导教师完成日期2011年5月诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文线阵LED显示屏设计与实现均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计摘 要本设计主要是研究基于线阵LED(Light Emitting Diode,发光二极管)旋转显示屏的图像显示技术。线阵LED显示屏是有一排LED发光二极管绕其一端快速旋转而形成一个LED伪点阵平面。当这排LED旋转到不同位置时给予其相应的数据，转完一圈就会在整个旋转面上显示出有意义的信息。如果一排有N个LED，分辨率最大可达2N*2N，为达到最大分辨率就要将旋转平面分成8*N条半径线组成。线阵LED显示屏系统有3个部分组成，第一个部分是PC上位机，该部分主要用于输入需要显示的信息，经过上位机的处理后通过无线通信方式发送控制信号和数据到线阵LED显示屏。线阵LED显示屏根据上位机发来的控制信号以及数据计算出线阵LED在每个位置所在的显示数据，然后通过算法精确控制无刷电机的转速，并通过红外反馈获取当前线阵LED所在的位置，控制系统根据获取的位置信息输出显示数据给LED线阵。 该线阵LED显示屏实现了良好的显示效果与方便的显示控制。与计算机之间的无线通信可以实现显示信息在计算机上处理编码后发送给线阵LED显示屏，线阵LED显示屏通过无线接收解码后给予相应的显示。关键词：线阵LED；显示屏；Reed-Solomon编解码；无线传输；PID控制器ABSTRACTThis design is mainly the image display that the search revolves a monitor according to wire array LED（Light Emitting Diode）technique. The wire array LED monitor have a line of LEDs the light-emitted diode to round it to carry rapid revolution but forming a LED a little bit false array plane. When this row LED revolves different location give it the data for corresponding, finish screwing a ring of will display meaningful information on the whole revolution surface. If a row contains N LEDs, the resolutions maximum can reach to a 2 N*2 N, will be divided into 8* N radius quads: revolution plane to become for hitting the biggest resolution. Wire array LED monitor system contain 3 part of compositions, the first fraction is a position machine on the PC, the fraction mainly used for input to the information for displaying, the transaction by position machine send by the wireless which contains control signal and display data for wire array LED monitor. The wire array LED monitor computing the data in each place according to what received from the position machine included control signal and display data for line array LED, then have no the revolving speed of brushing the dynamo through an accurate control of algorithm, and pass the location that the red and outside feedback obtains current wire array LED place, control system according to the location information for obtaining output display data to the LED wire array.The wire arrays LED monitor carried out good display effect and convenient display control. Can carry out with the wireless correspondence of calculator display information at computing on board handle encode behind send out a LED monitor to the wire array, wire array LED monitor pass wireless reception and decode the data, then display it.Key words：wire array LED; monitor; the Reed-Solomon encoding and decoding; wireless transmission; the controller of PID目 录1 引言 -12 概述 -22.1 线阵LED显示概述 -22.2 线阵LED显示原理 -22.3 本设计方案思路 -32.4 研发方向和技术关键 -32.5 主要技术指标 -43 总体设计 -53.1 上位机部分 -53.2 电机的控制 -63.3 显示部分 -63.4 无线传输部分 -63.5 其他说明 -64 硬件设计 -84.1 供电方案 -84.2 单片机外围电路设计 -84.2.1 时钟电路设计 -94.2.2 复位电路设计 -94.3 USB转串口电路设计 -104.4 红外遥控接收电路设计 -114.5 时钟电路设计 -134.6 无线收发模块设计 - 144.7 转速反馈-164.8 图像起始位置反馈设计 -175 软件设计 -195.1 总体方案 -195.2 上位机程序 -195.2.1 上位机程序的流程图 -205.2.2 上位机字模提取方法的实现 -215.2.3 上位机无线通信程序 -265.3 下位机程序 -275.3.1 下位机程序总体流程图 -275.3.2 电机转速控制 -295.3.3 时间读取 -315.3.4 每帧图像的修正 -325.4 串行通信软件设计 -335.4.1 串行通信的字符格式 -335.4.2 串行通信的数据通路形式 -335.4.3 串行通信的工作方式 -345.4.4 串行通信传输速率的计算 -345.5 Reed-Solomon算法的实现 -355.5.1 RS编码的实现 -355.5.2 RS码的纠错算法 -366 制作与调试 -376.1 系统电路的布局和布线 -376.2 电路板的制作 -376.3 系统组装 -376.4 各部分调试 -377 结论 -38致谢 -40参考文献 -42附录 -43II1 引言目前的LED显示屏，基本以点阵LED显示屏为主，显示分辨的提高使成本大大提高，而且占用面积较大。传统的点阵LED显示屏，色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。因此有必要研制一种分辨较高、成本较低的LED显示屏，线阵LED显示屏就很好的满足了这一要求，它成本低，随着分辨率的提高成本优势越加明显，其次由于LED数量与点阵相比要少很多，所以色彩一致性比较好。本设计主要是研究基于LED旋转显示屏的图像显示技术。LED旋转显示屏是有一排LED发光二极管绕其一端快速旋转而形成一个LED伪点阵平面。当这排LED旋转到不同位置时给予其不同的数据，转完一圈就会在整个旋转面上显示出有意义的信息。如果一排有N个LED，分辨率最大可达2N*2N，为达到最大分辨率就要将旋转平面分成8*N条半径线组成。本项目研究的难点就是在最大分辨率条件下的显示信息的提取与显示，而显示的难点在于旋转电机速度的精确控制。本设计的研究已经有一些成果，但只能显示程序烧录是所附带的显示信息，所以本设计还加入了无线数据传输及其Reed-Solomon编解码以及可视化的PC上位机，使得用户可以在PC端输入自己想要显示的信息通过无线传输使线阵LED显示这些信息。我们知道以前的LED显示屏都是点阵形式的，虽然编程简单直观，但是硬件成本高、体积大，很不方便。于是后来就有了线阵LED显示技术，通过旋转线阵LED形成一个显示平面。相对于传统的LED点阵显示屏有低功耗、低价格、体积小、更有吸引力等优点。目前这种技术发展迅猛，尤其在广告应用方面得到了广泛的应用，随着LED技术的的发展，双色甚至三色LED已经日趋成熟，能够满足显示彩色图像要求。 目前，有研究把线阵LED显示屏应用到显示时钟上，随着技术的成熟，将出现以线阵LED技术为基础的显示屏，可以显示各种图像和文字，甚至可以当场计算机的显示器使用。因此研究线阵LED显示屏的设计与是非常有用和有意义的。2 概述2.1 线阵LED显示屏概述目前流行的旋转LED显示基本上可分为如图2-1所示的两种类型，即旋转成平面的显示以及旋转成圆柱面的显示。图2-1 旋转显示类型对于旋转显示技术，国内外各种设计与制作的功能与显示效果差别不大。一般的设计制作只是在旋转面或旋转圆柱面上显示一串英文字符或者几个汉字，还有一种比较流行的设计是显示一个模拟时钟，并且可以模拟时钟指针的行走。由于LED个数的限制造成旋转显示屏的分辨率得不到提高，从而只能用作一些普通的文字显示。国外有一些基于旋转显示技术的设计很有创意，比如，有基于旋转圆柱面显示屏设计的一个俄罗斯方块游戏；有将旋转显示屏置于自行车轮上，行走时显示字符这些都是显示屏的高级应用，但是，很少看到有图形的显示设计。不同的设计基本上用到得都是直流电机作为旋转设备。用软件配合硬件达到精确控制速度的目的。因为在旋转平面显示屏上外圆两点间距较内圆疏，整个显示平面圆的分割份数不好控制，太少则外圆会出现失真，太多则显示信息数据不好提取，同时显示信息数据量加大，对电机转速要求更高。本项目就是要解决高分辨率下显示信息数据的获取问题以及速度控制问题。所以，项目的主要工作是在软件设计上。编写PC机上的软件，获取显示信息数据，再传到控制旋转显示屏的单片机上。编写单片机端程序使之能精确控制旋转电机转速和显示屏显示。技术上的难点在于显示信息数据的获取。这部分在电脑上完成，只是软件的编写。2.2 线阵LED显示原理人的眼睛对动态频次分辨率一般为1/16-1/24s,所以只要每秒显示图像的帧数超过24帧，那么人眼看出的图像就是连续变化的，人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。线阵LED显示屏，是基于人的视觉残留效应和LED显示屏控制软件基础上而演绎出来的电子信息显示媒体。2.3 本设计方案思路线阵LED显示屏系统有3个部分组成，第一个部分是PC机或嵌入式系统，该部分主要用于输入需要显示的文字信息等数据，经过上位机的处理后通过无线通信方式发送控制信号和数据到线阵LED显示控制系统，在无线通信中加入了Reed-Solomon编解码，使得无线通信误码率大大减小。线阵LED显示系统根据上位机发来的控制信号以及数据计算出线阵LED在每个位置所在的显示数据，然后通过PID算法精确控制无刷电机的转速，并通过光栅获取当前线阵LED所在的位置，控制系统根据获取的位置信息发送显示数据给LED线阵,并通知上位机当前显示屏的工作状态已经需要上位机提供的数据，基本组成如图2-2所示。图2-2 线阵LED显示屏基本组成框图2.4 研发方向和技术关键（1）显示信息数据的获取,采用PC端上位机技术；（2）电机驱动与反馈电路；（3）电机速度控制PID算法；（4）上位机与显示屏无线通信；（5）无线通信采用Reed-Solomon编解码，以降低通信误码率。2.5 主要技术指标（1）在旋转显示平面上显示文字信息。（2）无线传输使用RS纠错码进行无线传输。（3）可通过无线通信传输图形及文字信息，传输速率9200bps。（4） 线阵显示屏由20个LED构成，旋转得到40*40分辨率的圆形点阵显示面。（5）旋转电机的速度控制偏差5RPS。（6）显示屏刷新率500Hz。（7）系统工作电流150mA。3 总体设计线阵LED显示屏是一种集通信、控制、显示、编解码于一体的系统，其工作原理是PC端的上位机程序读取用户输入的显示数据，通过按列取字模的方法取得HZK16中相应的字模，采用Reed-Solomon编码对显示的字符串字模数据进行编码，再采用无线串口发送数据给下位机。下位机收到数据后，单片机对其收到的数据进行Reed-Solomon解码，然后存入其内存中。得到显示数据后，单片机根据系统反馈回的电机转速等信息来控制线阵LED显示屏中电机的转速已经LED在当前位置显示的信息等。线阵LED显示屏结构的组成框图如图3-1所示。该系统包括半导体激光枪、模块式探测器、数字信号处理和发送电路、计算机数据处理程序等四部分。图3-1 线阵LED显示屏基本组成框图3.1 上位机部分 上位机部分是本设计直接与用户交互的部分，他提供了友好并且简单易懂的GUI(Graphical User Interface,图形用户界面)。上位机部分采用Visual Basic编写，Visual Basic可以方便得制作美观的GUI，并且提供了许多ActiveX 控件。用户可以使用上位机输入自己想要显示的信息，并且上位机可以根据用户设置的下位机系统配置信息自动调整无线传输方式（如数据采用大端还是小端、是否采用Reed-Solomon编码等）和传输数据容量限制。上位机收到用户发送数据的指令后，便会自动提取用户输入信息的容量，如果容量大于下位机容量限制则给予用户提示并自动截取限制范围内的数据；之后以按行提取字模信息然后转换成按列排列的字模数据，然后根据设置判断时候对其进行Reed-Solomon编码，最后通过MSComm控件发送无线数据到下位机。3.2 电机的控制电机转速的精确控制对图像精确显示起到了至关重要的作用，所以电机转速控制采用闭环系统，采用200线的光栅配合U型红外对管作为电机速度反馈，采用PID控制器作为其控制方式。PID控制技术已经相当成熟，采用PID控制器的系统可以快速、精确、稳定得达到期望值，而且其参数整定较模糊控制容易很多。由于本设计采用了单片机，所以PID控制器没有采用芯片，而是直接在下位机单片机程序中加入PID控制器的实现代码以实现一个PID控制器。3.3 显示部分显示部分采用了20个高亮贴片LED，在每个位置系统会根据显示数据控制I/O口点亮相应的LED，当电机转完一圈就显示了一帧图像。其中位置信息是由编码器得到的脉冲值来标记位置信息的，并且有一对红外传感器，每当转完一圈会对编码器使用计数器清零并校正图像信息。3.4 无线传输部分本设计上位机与下位机的通信方式采用了无线传输，因为无线传输距离较远、信号稳定性好、使用方便。本设计采用的无线传输模块是XL02-232AP1微功率无线透明传输模块，它传输距离远，传输速率可编程，工作频率高且使用方便。下位机部分采用无线模块直接与单片机的串口连接的方式，而上位机采用PL-2303芯片桥接无线模块与电脑的USB接口。无线传输的结构框图如图3-2所示图3-2 线阵LED显示屏无线部分结构框图3.5 其他说明系统分为硬件部分和软件部分。本论文主要设计制作硬件部分以及PC端上位机和下位机单片机程序。本设计的全部内容都有本人完成。4 硬件设计4.1 供电方案 由于本系统线阵LED部分要高速旋转，所以不可能采用有线供电的方式供电，只能采用无线供电方案。原理图如附录3所示，PCB版图如附录2所示。4.2 单片机外围电路设计 STC12C54RD+系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。片上Flash允许程序存储器在系统编程，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC12C54RD+单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。STC12C54RD+单片机的内部结构框图如图4-2所示。S STC12C54RD+单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。其单片机最小系统如图4-3所示：图4-2 STC12C54RD+单片机的内部结构框图 图4-3 STC8954RD+单片机最小系统4.2.1时钟电路设计 在单片机的内部有一个高增益反向放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成一个稳定的自激振荡器。电路如图4-3所示。图4-3 STC12C54RD+ 外部时钟源电路图电路中的电容一般取22PF左右， 在本系统中使用的22.1184MHZ。STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏单时钟/机器周期(1T)的单片机，是新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。因此，该单片机的机器周期即为晶振的振荡周期。4.2.2复位电路设计 RST引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即2个机器周期）以上，产生复位信号的电路如图4-5所示。图4-4 单片机复位电路此复位电路为按键电平方式复位，首先具有开机复位的功能，在平时状态中由于电容阻断直流电压，因此RST复位端口一直为低电平；当按键S1按下时经过R6、R7分压，RST端为高电平则会进行系统复位。4.3 USB转串口电路设计 上位机采用PL-2303芯片桥接无线模块与电脑的USB接口, PL-2303 是Prolific 公司生产的一种高度集成的 RS232-USB 接口转换器，可提供一个 RS232 全双工异步串行通信装置与 USB 功能接口便利联接的解决方案。该器件内USB 功能控制器、USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的 UART， 只需外接几只电容就可实现 USB 信号与 RS232 信号的转换，能够方便嵌入到各种设备，所以 2000 年左右开始 A 经常推荐使用该款芯片；该器件作为 USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接收 USB 数据并将其转换为 RS232 信息流格式发送给外设；另一方面从 RS232 外设接收数据转换为 USB 数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。图4-5 PL-2303的引脚图 PL-2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统 COM 端口,并允许基于 COM 端口应用可方便地转换成 USB 接口应用，通讯波特率高达 6 Mb/s。在工作模式和休眠模式时都具有功耗低，是嵌入式系统手持设备的理想选择。该器件具有以下特征：完全兼容 USB1.1 协议；可调节的 35 V 输出电压，满足 3V、3.3V和5V不同应用需求；支持完整的RS232接口，可编程设置的波特率：75b/s6 Mb/s，并为外部串行接口提供电源；512 字节可调的双向数据缓存；支持默认的 ROM 和外部 EEPROM 存储设备配置信息,具有 I2C 总线接口,支持从外部 MODEM 信号远程唤醒；支持 Windows98,Windows2000,WindowsXP 等操作系统；28 引脚的 SOIC 封装。其引脚图如4-5所示。各引脚的功能如表4-1所示。表4-1 引脚功能表1TXD 数据输出到串口；15DPUSB端口D+信号2DTR_N 数据终端准备好，低电平有效16DMUSB端口D-信号3RST_N 发送请求，低电平有效17VO_33常规3.3V 电源输出4VDD_325 电源 RS232 的电源18GND接地5RXD串口数据输入19NC无连接6RI_N串行端口（环指示器）20VDD_5 USB 端口的5V 电压电源7GND接地21GND接地8NC无连接22GP0通用I/O引脚09DSR_N串行端口(数据集就绪) 23GP1通用I/O引脚110DCD_N串行端口(数据载波检测)24NC无连接11CTS_N串行端口(清除发送)25GND_A模拟地锁相环12SHTD_N控制RS232 收发器关机 26PLL_TEST锁相环测试模式控制13EE_CLK串行EEPROM 时钟27OSC1 晶体振荡器输入14EE_DATA串行EEPROM数据28OSC2 晶体振荡器输出外接晶振及电阻电容可得PL-2303的应用电路如图4-6所示。图4-6 PL-2303的应用电路4.4 红外遥控接收电路设计 红外遥控接收电路选择了一体化的专用红外接收头HS0038B，红外接收电路主要采用威视公司的专用红外接收模块HS0038B。HS0038B是集成红外接收、放大、滤波和比较器输出的模块，主要有以下优点：1、单一的接收器和前置放大器的组合；2、灵敏度高；3、内置滤波器；4、抗干扰强；5、与TTL及CMOS兼容，适用于微处理器操作与控制。6、低功耗。 HS0038B内部结构框图及典型应用电路如图4-7所示。图4-7 HS0038B内部结构框图及典型应用接收电路工作原理为：当接收到载波频率为38KHz的脉冲调制信号时，首先，HS0038B内的红外敏感元件将脉冲调制红外光信号转换成电信号，再由前置放大器和自动增益控制电路进行放大处理，然后通过带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调，最后由输出电路进行反向放大并输出低电平；未接收到载波信号时，电路则输出高电平。这样就可以将断断续续的红外光信号解调成一定周期的连续方波信号，并通过单片机的串口输入单片机，由单片机处理后便可以恢复出原始数据信号。解调过程如图4-8所示。图4-8 HS0038B的输入输出波形4.5 时钟电路设计为了在线阵LED显示屏上完成时钟显示功能，需要一个时钟源电路。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。图4-9为DS1302的引脚功能图。 图4-9 DS1302的引脚功能图DS1302的应用电路图如图4-10所示。其中，晶振的值为32768HZ。 图4-10 DS1302的应用电路图4-11 DS1302的电路本系统中，通过单片机的三个I/O口对DS1302进行输入输出操作。具体的电路如图4-11所示4.6 无线收发模块设计本系统中，上位机和下位机的通信需要通过无线模块来实现XL02-232AP1 是 UART 接口半双工无线传输模块，可以工作在 433MHz 公用频段，其外观如图4-12所示。图4-12 XL02-232AP1外观此模块符合欧洲 ETSI（EN300-220-1 和 EN301-439-3） ，满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证。本模块专为用于各种串口设备之间的无线通讯，如电脑，单片机，各种机器设备串口等，可以直接在原来的有线连接上升级为无线链接，无需额外编程，完全兼容有线通讯串口协议，使用简单方便灵活。 XL02-232AP1 的各项参数如：输出功率、串口速率、工作频率、产品 ID等相关参数可以通过软件设置，客户如无特别说明模块默认参数为 9600 8N1。它具有如下特点：（1）300 米传输距离 ；（2）工作频率在 428.8435.1MHz，（默认433.92MHZ）；（3）可设置 ID：范围 065535，默认 ID: 22136；（4）串口速率 1.2K115.2KBPS. (默认 9.6KBPS) （5）数据格式 8N1。 XL02232AP1端口定义如表4-2所示。它的连接示意图如图4-13。.模块使用前需要用上位机对其设置，设置前先把模块的SET 管脚拉低接地，连上电脑串口，然后给模块上电，打开设置软件，填入需要的相关参数即可。设置软件如图4-14所示。表4-2 XL02232AP1端口定义第1脚VCC电源+5V第5脚SET设置时拉低，平时悬空 第2脚GND地第6脚GND地第3脚TXD模块数据输出（接用户的 RXD)第7脚NC第4脚RXD模块数据输入（接用户的TXD)图4-13 XL02232AP1连接示意图如图 图4-14 A7102设置软件4.7 转速反馈为了使线阵LED的显示均匀，需要电机有一个稳定的转速。因此，要对电机的转速实现闭环控制才能更好地达到稳定显示的效果。闭环系统的实现，反馈是必不可少的。直流电机调速通常使用 PWM 调速来完成，通过改变驱动器输出 PWM波的占空比，就可以调节加在电机上的平均电压，达到调速的目的。但是，采用开环调节时电机特性比较软，转速收到供电电压、负载变化等因素变化影响较大，所以需要设置速度传感器，对车速进行实时检测进行闭环控制。检测转速的办法有很多种，例如测速电机、旋转编码器、反射式光电检测、对射式光栅检测、霍尔测速等等方法。图4-15 对射式光栅我们考虑到国产的编码器比较便宜但体积都比较大，而进口的虽然体积小但价格比较昂贵，二手的质量又不可靠。综合考虑我们选择了对射式光栅检测器件作为测速传感器，该部件体积比较小，而且比较容易固定。经过测试对射式光栅的测速也比较准确。红外对管如图4-15所示。4.8 图像起始位置反馈设计 线阵LED显示屏的一个优点是通过使一维的线阵LED旋转来获得一个二维的显示界面。这样就能实现显示信息量的明显增大。我们知道，一般的显示平面都含有一个显示的起始位置。线阵LED显示屏也不例外。但线阵LED是在做旋转运动，获得显示的起始位置需要一个静态参考点。线阵LED旋转到这个位置，就认为这是显示屏的起始显示位置。完成这个设计可以通过一个红外对射式对管来实现。它的电路图如图4-16所示。红外发射管固定在底座上，向外发射一定功率的红外线。红外接收管是一个光敏三极管，它是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏三极管，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流（暗电流）。此时光敏管不导通。当光照时,饱和反向漏电流马上增加，形成光电流,在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。红外接收管安装在线阵LED上。线阵LED每次旋转到这个位置时红外接收管接收到发射管发射的红外线，产生较大的漏电流，通过一个接地的电阻把电流的变化转化为电压的变化。此电平的变化范围较大，接近 5V。单片机通过AD采样就可以获得该位置信号。由此判断显示屏的起始位置。图4-16 红外对射式对管原理图5 软件设计5.1 总体方案该系统的上位机部分采用PC机上编写GUI与内部算法和通信协议实现与控制。下位机部分采用STC89C54RD+作为微控制器，采用Reed-Solomon编解码降低通信误码率，采用PID控制算法控制电机转速，采用以列取字模显示方式显示文字信息。对与上位机的程序设计，本设计采用Microsoft Visual Basic 6.0 IDE(integrated development environment，集成开发环境)，Microsoft Visual Basic 6.0是基于Basic语言。“Visual”指的是开发图形用户界面 (GUI) 的方法。不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的对象add到屏幕上的一点即可。如果已使用过诸如 Paint 之类的绘图程序，则实际上已掌握了创建用户界面的必要技巧。“Basic”指的是 BASIC (Beginners All-Purpose Symbolit Instruction Code，初学者通用符号指令代码) 语言，一种在计算技术发展历史上应用得最为广泛的语言。Visual Basic 在原有 BASIC 语言的基础上进一步发展，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多和 Windows GUI 有直接关系。对于STC89C54RD+的程序设计，由于所需实现的功能比较复杂，所以采用移植和编写相对容易的C语言。编译器采用Keil v4.14。该编译器是51系列单片机程序设计的常用工具，既可用汇编，也支持C语言编译。同时具有完善的调试功能。5.2 上位机程序上位机部分采用Microsoft Visual Basic 6.0集成开发环境，主要负责提供友好且简单易用的用户接口。上位机根据用户输入的数据、指令与设置通过编写的一系列后台服务与算法完成数据的提取、转换、编码，然后通过无线串口XL02-232AP1发送经过编码后的数据。上位机实际运行效果如图5-1所示。5.2.1 上位机程序的流程图在本系统PC端上位机软件设计中，设计方案是采集采用面向对象的方法编写带有图形用户界面的PC机应用软件。当上位机软件运行时，首先程序会初始化GUI和控件及其数据，然后用户可以通过GUI选择无线串口的参数，并且通过点击“打开无线”按钮打开无线串口。之后用户可以对下位机数据设置，包括单片机内核、内存大小、是否采用Reed-Solomon编码等并且，通过点击“设置”按钮设置，按下按钮后，程序会读取用户输入的设置并应用当前设置到上位机采用的