基于單片機的LED顯示系統設計

劉磊

【摘 要】隨著單片機的飛速發展，單片機已經進入了從家用到航空航天的所有領域，這表明了單片機的廣泛應用，市場上有多種顯示控制系統核心。通常，全色LED顯示器主要是基于FPGA的控制系統，而其他雙色或單色LED顯示器則大多使用基于ARM的設備。

【關鍵詞】LED顯示屏;單片機;控制系統

1、顯示屏控制整體設計

1.1 整體結構

該系統由上位計算機（即PC）和下位計算機（即單片機）一起工作完成。用戶通過上位串行計算機可以編輯其中的顯示數據要求，上位串行計算機將串行數據端口傳輸發送到下位串行計算機，但是上位串行計算機和下位串行計算機之間無法直接進行通信，因為不同串行數據端口轉換需要不同的顯示級別，因此通常需要用戶建立多個級別進行轉換。本操作系統主要使用rs232到4和rs485來直接實現相互數據通信，下位機操作采用數控單片機遠程控制管理系統。

1.2 主控芯片一單片機

單片機（microcontrollers）是它是一種通用集成電路設計芯片。它僅僅使用了ovlsi/o技術即可集成中央處理器rocpu，隨機存取數據存儲器roram，只讀讀取存儲器rorom，各種類型i/o控制端口和數據中斷控制系統以及其它具有各種數據處理控制功能的自動計時器和其他控制功能，在電子工業中已經得到了廣泛的實際應用和可控制。

目前，在我國還沒有一臺單片機，但是這種新型計算機的市場上，它被廣泛地應用于我們日常生活中的各個領域，從家庭電器發展到航空飛行和其他監測控制領域，這也就說明了單片機在工業上得到了廣泛的應用。

1.3 LED顯示屏行列驅動

該系統所選用的基本模塊為16*32點矩陣，系統顯示屏主要有兩基礎模塊。其尺寸是16*64。LED 點矩陣顯示屏幕是由許多類型的發光二極管所構成。由 LED 形成的圖像將其中的像素以矩陣形式緊密地連接在一起。如果將一個行 a 連接到一個電源的極點，將列 b 連接到一個電源的另一極，則（a，b）像素點將會被燈點亮。

1.3.1 行掃描電路

因為它在單片式主機i/o中的接口應用范圍非常受限，因此我們需要74hc154來重新拓寬這個接口。74hc154是4-16解碼器，該核心芯片設計能夠對16個核心線圈元件進行實時掃描和高速驅動，以便有效節約內存空間。74hc154解碼器首先輸出可以分別接收4位模擬二進制編碼地址的有效復位輸入，然后將其中16個有效位址的輸出進行互斥。74hc154的門控信號誤差輸入在廈門門控系統用戶可以直接使用門控信號解碼器用來消除信號誤差輸入信號。當然，該編碼芯片也同樣功能可以被直接擴展出來成為數字編碼器，其中這種編碼方式可以使得一個能源閥門電路同樣可以具有兩個基于andd的邏輯信號輸入。任意地點在選擇一個數據輸入輸出端子后就可以把它作為一個單片機的一個數據處理輸入輸出端子，可以把74hc154用作4-16的數據分配器，以此更便于用戶實現對一個單片上主機i/o輸入端口的數據擴展。

1.3.2 列驅動電路

顯示文本數據時，可以選擇并行輸入或串行輸入。使用并行輸入時，每列數據都需要同時傳輸。控制電路將非常大且復雜。因此，該系統使用串行輸入來驅動并且僅使用少量數據接線，大幅度地簡化了工作流程。

2、單片機與PC機的通信方式

2.1 串口通信

單片機的串行端口為ttl電平，pc的串行端口為rs-232接口標準。rs-232標準（協議）的英文全名應該是eia-rs-232c標準。在pc串口中：邏輯1為-3v-15v，邏輯0為+3v+15vo，eia-rs-232c使用正負兩個相等的電壓來表示邏輯狀態，這與ttl的邏輯狀態截然不同。因此，為了促進兩者之間能夠同時執行數據傳輸和通訊的控制，必須先后實現rs-232c和tintinl電路的高頻電平變換。為了真正實現這種轉換，我們既有可以選擇采用三極管電路，也有可以選擇采用集成芯片。其中，集成芯片的應用可以變得更穩定，max232芯片主要用于進行電平轉換，以便于實現微控制器和pc之間的通訊。

每個引腳的簡要介紹：

第一個組成部分為電荷泵集成器電路。1、2、3、4、5、6引腳及4個相應的電容器。為了給用戶提供所需等級的rs-232串行端口，會產生++12v和12v的輸出電壓。會生成++12V和12V的電壓。

第二個部分就是進行數據交流轉化的通道。它們由7、8、9、10、11、12、13、14共同構成兩個不同的數據渠道。其中，13（r11n）、12（r10ut）、11（t11iv）、14（t1out）等作為第一個數據渠道。引腳8（r2in），引腳9（r20ut），引腳10（t2in），引腳7（t20ut）則作為第二條數據通道。ttl/cmos數據從t1in，t2in的輸入信號轉換為rs-232的數據，從t10ut，t20ut到計算機db9插頭;db9插頭的rs-232數據從r1in，r2in輸入轉化為ttl/cmos數據，然后從r1out，r20ut輸出。

2.2 WIFI通信

2.2.1IEEE802.11b協議

ieee802.11b無線局域網使用載波檢測和偵聽的方法進行網絡信息傳輸。這和我們現在已經非常熟悉的ieee802.3（以太網原理）相近。它們之間的差異就在于以太網使用csma/cd技術。網絡上所有工作站始終在進行偵聽，以便于查看網絡上任何人員是否正在發送任何消息。802.11b無線局域網的先進特點是它們都引入了一種避免沖突的技術，從而極大地提高了網絡效率。

2.2.2WIFI傳輸的優點

WIFI的全名是WirelessFidelity。802.11b會議協議通常有人認為它只是一個wi-fi，但事實上它的wi-fi只是一種無線通信局域網（wlana）的注冊商標，與其他無線技術本身完全無關。商標，與標準本身無關。但是，人們逐漸從一開始已經習慣于把802.11b.0協議棧的命名更改為wiwifio。它的主要技術優點之處也就在于它的數據傳輸率非常高，幾乎人人能夠同時達到11mbps，有效的傳輸距離也非常長。同時，它與各類802.11dsss上的設備完全交互相容。ieee（基于美國電子電氣技術工程師協會）802.11b新的無線網絡技術規范基于e是ieee802.11的一個重要改進版，其最大無線數據傳輸負載速率設定為11mbps。當干擾較大或信號較弱時，可以稍作調整，例如5.5Mbps或2Mbps或更低的1Mbps，從而確保網絡的穩定性。最大傳輸速度為11Mbps。當干擾較大或信號較弱時，可以稍作調整。

本文詳細介紹了LED顯示屏的硬件設計和主機系統。該系統顯示不多，盡管該系統的單色半戶外顯示器無法顯示全彩色圖像，但它可以滿足用戶的基本需求，例如廣告，公共場所的提示信息和基本文本顯示。但是，當前的系統顯示不是很全面，可以進一步改進和完善。

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（作者單位：浙江工業職業技術學院）