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基于89C51单片机的射频无线LED点阵屏设计与实现
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更新于2024-06-23
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本篇文档是关于一个本科毕业设计项目,其主题是"基于射频无线通信的点阵显示屏设计与实现"。该研究旨在解决现有点阵显示屏在安装位置调整和运行成本方面的局限性。传统的点阵显示屏通常依赖有线连接,这在安装和位置变更时带来不便,而无线网络传输则因公共无线网络费用高昂而受到限制。 设计的核心技术围绕89C51系列单片机STC89C51RC展开,它作为整个系统的控制核心,负责协调上位机(PC端)与下位机(点阵屏)之间的无线通信。上位机采用Visual Basic (VB)编程语言,设计了一个用户友好的界面,允许用户输入显示信息、生成字模数据、选择串口和波特率,并一键发送数据,简化了人机交互过程。 在硬件层面,下位机电路以单片机为核心,利用外部32K随机存储器62256来存储显示信息,确保了数据的稳定存储。无线通信模块采用CC1100,其特点包括低功耗、远距离传输、强大的抗干扰能力和低误码率,这对于无线通信的可靠性和稳定性至关重要。 点阵显示屏本身由16个8x8发光二极管构成,具备显示16x16分辨率汉字的能力,这意味着它具有较高的清晰度,能满足各种文字和图形的显示需求。 关键字"单片机"、"点阵显示屏"、"射频无线通信"和"随机存储器"凸显了设计的关键技术和实现手段。这项设计不仅提升了显示屏的便利性和效率,还展示了无线技术在实际应用中的优势,具有一定的实用价值和创新意义。
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表 3-6 74HC595 的逻辑功能表
SH
-
cp
ST
-
cp
OE
MR
DS
——
Q7
Qn
X
X
L
↓
X
NC
MR
X
↓
L
L
X
L
L
X
X
H
L
X
L
Z
↓
X
L
H
H
Q6
NC
X
↓
L
H
X
NC
Qn`
↓
↓
L
H
X
Q6`
Qn`
将 74HC595 的 Q0—Q7 接点阵的行或者列的 8 个引脚,将串行数据从 DS 端输入,
ST
-
CH 接收脉冲,每来一个脉冲串行数据从低位向高位移位,并且各自送到相应的 Qn
端。当 Q0—Q7 端全部送满数据时,SHCK 来个脉冲将 Q0—Q7 的数据送出,被送到点
阵的引脚,从而实现一行或者一列的驱动。就这样,每次驱动一行,当动态扫描起来就
可以实现动态扫描而呈现数字
[8]
。
2. 74HC154 芯片介绍
74HC154 是一种高速的 CMOS 器件,用于 4 线-16 线译码的高性能存储器的译码器,
可接受 4 位高电平有效的二进制输入,并提供 16 个互斥的低电平有效的输出信号。如
图 74HC154 的引脚如图 3-6 所示。
图 3-6 74HC154 的引脚图
74HC154 译码器的两个输入使能端可用于译码器选通,当选通使能端 G1(18 引脚)
和 G2(19 引脚)均为低电平时,可将地址端 ABCD(20 到 23 引脚)的二进制,编码
在一个对应的输出端,以低电平译出。若将 G1 和 G2 中的一个作为数据输入端,由
ABCD 对输出寻址,74HC154 还可作 1 线-16 线数据分配器。74HC154 的真值表的如
表 3-7 所示。
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12
表 3-7 74HC154 真值表
INPUT
SELECTED OUTPUT(L)
G1`
G2`
D
C
B
A
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
L
H
L
H
YO`
Y1`
Y2`
Y3`
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
H
H
L
H
L
H
Y4`
Y5`
Y6`
Y7`
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
L
L
L
L
H
H
L
H
L
H
Y8`
Y9`
Y10`
Y11`
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
L
H
L
H
Y12`
Y13`
Y14`
Y15`
X
H
H
X
X
X
X
X
X
X
X
X
NONE
NONE
上表中,L 表示低电平,H 表示高电平,X 表示任意电平,不关心。
3.2 控制板电路设计
3.2.1 控制板原理
单片机控制板包括单片机最小系统和 CC1100 供电电路,由于单片机高电平为 5V
低电平为 0V ,而 PC 端 USB 输出高电平为-12V 低电平为+12V ,需要通过串口和
MAX232 电平转换芯片实现电压的转换,才能满足单片机与上位机的串口通信以及程序
的下载的基本条件。
实际设计中,使用了 USB 转 TTL 下载小板,这是一种可以直接把+12V 和-12V 电
平转换成 TTL 电平,并且可以与 PC 进行串口通信。因此实际设计中取消了 MAX232
和串口部分。
在设计中考虑到连线很多,板子上把各个 I/O 口引出来,焊接了插针,这样便于和
其他电路板的连接,使用起来更方便,起到了单片机最小系统的作用。
本方案无线发射部分采用集成的 CC1100 无线模块简化了设计,单片机只提供与发
射 模 块 的 借 口 即 可 进 行 数 据 传 输 。 由 于 发 射 模 块 需 要 3.3V 供 电 , 本 方 案 采 用
AMS1117-3.3 给 CC1100 供电。
ASM1117 是一个低漏失电压调整器,它的稳压调整管是由一个 PNP 驱动的 NPN 管
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组成的。ASM1117 有固定和可调两个版本可用,输出电压可以是 1.2V,1.5V,1.8V,
2.5V,2.85V,3.0V,3.3V 和 5.0V。片内过热切断电路提供了过载和过热保护,以防止
环境温度过高的结温。为了确保 ASM1117 的稳定性,对可调电压版本,输出需要连接
一个至少 22uF 的电容。对于固定电压版本,可采用更小的电容,具体可以根据实际应
用确定。通常,线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。
CC1100 无线模块供电电路硬件电路如图 3-7 所示。
图 3-7 CC1100 无线模块供电电路
设计好的控制板原理图如下图 3-8 所示。
图 3-8 控制板原理图
点阵屏控制板电路与单片机发射控制板基本相同,不同之处是将 P1 口引出与点阵
屏相接。
1
2
3
4
5
6
7
8
PAIZHEN
P3
SCK
SO
GD02
GDO0
CSN
GND
V3
SI
GND
1
OUT
2
IN
3
AMS1117
AMS1
GND VCC
V3
GNDGND
10UF
C5
10UF
C6
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
RST/Vpd
9
RXD/P3.0
10
TXD/P3.1
11
INT0/P3.2
12
INT1/P3.3
13
T0/P3.4
14
T1/P3.5
15
WR/P3.6
16
RD/P3.7
17
XTAL2
18
XTAL1
19
VSS
20
P2.0
21
P2.1
22
P2.2
23
P2.3
24
P2.4
25
P2.5
26
P2.6
27
P2.7
28
PSEN
29
ALE/PROG
30
EA/Vpp
31
P0.7
32
P0.6
33
P0.5
34
P0.4
35
P0.3
36
P0.2
37
P0.1
38
P0.0
39
VCC
40
STC-89C52
U1
8051
30pF
C1
30pF
C2
1
2
11.0592
Y1
GND
S10
VCC
10K
R1
GND
RST
RST
VCC
GND
VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
PAIZHEN
P3
SCK
SO
GD02
GDO0
CSN
GND
V3
SI
SCK
SO
GD02
GDO0
SI
CSN
GND
1
OUT
2
IN
3
AMS1117
AMS1
GND VCC
V3
GNDGND
10UF
C5
10UF
C6
D1
10UF
C3
P31
P30
1
2
3
4
5
6
7
8
PAIZHEN
P1
PAIZHEN
1
2
3
4
5
6
7
8
PAIZHEN
P2
PAIZHEN
2
3
4
5
6
7
8
9
VCC
1
P4
PAIZU
P00
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
P35
P36
P37
P33
P34
P32
1K
R2
1
2
+
POWER
P5
GND
VCC
1
2
TIAOXIAN
U5
P10
P11
P12
P13
P14
P15
P16
P17
P26
P27
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3.2.2 外部扩展板的设计
本设计中点阵显示信息需要的数据存储在外部存储器 62256 中,这是一款 32K 的低
功耗静态存储器。
STC89C51 单片机系统扩展时,一般使用 P0 口作为地址低 8 位(与数据口分时复
用),而 P2 口作为地址高 8 位,它共有 16 根地址总线,寻址空间为 64KB
[9]
。62256 芯
片引脚图如图 3-9 所示。
图 3-9 62256 芯片管脚图
62256 是 32K 的低功耗静态 RAM 存储器,用 P0 和 P2 来扩展外部 RAM(就是用
P0 和 P2 与 62256 对应的管脚相连接)。假设 P2.7 接 WR,P2.6 接 RD,P2.5 接 CS,那
么就可以确定一个外部 RAM 的一个地址,想往外部 RAM 的一个地址写一个字节时,
地址可以定为 XBYTE [0x4000],其中 WR,CS 为低,RD 为高,那就是高位的 4(0100
也就是 P2.7 和 P2.5 输出了低电平,而 P2.6 输出了高电平,目的当然是要选通 62256 并
且向 62256 写入数据),其它位的可以根据情况自己定(也就是其它位是什么不要紧,
关键就是控制 WR,CS,RD 的那几个位要符合选通,读写的规定就可以了),现在我们
向 62256 中写个 26 进去就可以使用这条语句:XBYTE [0x4000] = 26。
设计好的 62256 与单片机连接图如图 3-10 所示。
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图 3-10 62256 与单片机连接图
图 3-10 中把 62256 需要与单片机相连的 P0 口、P2 口和 WR、RD、AlE 用插针的
方式表示,方便画图。同时设计的设计中,外扩小板也是这样焊接的,只需用杜邦线和
单片机的对应口相连就可以。
3.3 点阵显示屏模块设计
3.3.1.点阵屏显示原理
LED 为发光二极管的简称,是一种能将电能换转为光能的器件,当有电流通过的时
候可以产生人眼可见的光。本设计的点阵显示屏由 16 个 8×8 点阵 LED 组成,可以同时
清晰的显示 4 个 16×16 分辨率的点阵汉字。
LED 显示器常用的工作方式有静态显示方式和动态显示方式。所谓静态显示就是当
显示器显示一个字符时,相应的发光二极管始终保持导通或截至,在显示的这个过程中,
其状态是静止不变的,直到一个字符显示完,要显示下一个字符,其状态才改变。而动
态显示方式则不同,它在显示每一个字符的过程中,都是一位一位的轮流点亮要显示的
各个位,这样反复循环。动态显示利用了人眼的视觉残留性质。
外形上,8×8 点阵共由 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,当对应的某一行置高电平,某一列置低电平,则相应的二极管就亮;
如要将第一个点点亮,则 Y0 脚接高电平 X7 脚接低电平,则第一个点就亮了;如果要
将第一行点亮,则第 Y0 脚要接高电平,而(X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)
这些引脚接低电平,那么第一行就会点亮;如要将第一列点亮,则第 X7 脚接低电平,
而(Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7)接高电平,那么第一列就会点亮。点阵屏
内部电路图如图 3-11 所示。
OE
1
O0
2
D0
3
D1
4
O1
5
O2
6
D2
7
D3
8
O3
9
GND
10
LE
11
O4
12
D4
13
D5
14
O5
15
O6
16
D6
17
D7
18
O7
19
Vcc
20
74LS373
U?
74LS373
A14
1
A12
2
A7
3
A6
4
A5
5
A4
6
A3
7
A2
8
A1
9
A0
10
I/O0
11
I/O1
12
I/O2
13
GND
14
I/O3
15
I/O4
16
I/O5
17
I/O6
18
I/O7
19
CS^
20
A10
21
OE^
22
A11
23
A9
24
A8
25
A13
26
WE^
27
VCC
28
62256
U?
62256
GND
VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
P2口
8 HEADER
1
2
3
J2
CON3
WR(16)
RD(17)
ALE(30)
1
2
3
4
5
6
7
8
P0口
8 HEADER
1
2
3
4
5
6
7
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P0口
HEADER 8
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