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基于89C51单片机的射频无线LED点阵显示屏设计与实现
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更新于2024-06-24
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本文档是一篇关于计算机领域的毕设论文,主题是"基于射频无线通信的点阵显示屏设计与实现"。该设计旨在解决现有点阵显示屏在传输信息方面的局限性,即有线连接的不便和公共无线网络的高运营成本。作者选择89C51系列单片机STC89C51RC作为控制核心,构建了一个系统,包括上位机PC端界面、无线发射模块、无线接收模块和LED点阵屏显示模块。 上位机部分使用Visual Basic (VB)语言编写,设计了用户友好的界面,允许用户输入显示信息,生成字模数据,并通过串口和可配置波特率进行数据传输,简化了人机交互。这样,用户可以在电脑上轻松地控制显示屏的内容,无需物理连接。 下位机采用单片机作为主控芯片,利用外置32KB的随机存储器62256来存储显示信息,提高了数据处理能力和存储效率。无线通信模块采用CC1100,这是一种具有低功耗、远距离传输、强抗干扰能力和低误码率的无线通信芯片,确保了无线信号的稳定性和可靠性。 LED点阵显示屏部分由16个8x8发光二极管构成,能够清晰显示16x16分辨率的汉字,提供了高质量的图像显示。这种设计不仅提升了显示屏的灵活性,还提高了显示效果和用户体验。 本文的关键技术包括单片机技术、射频无线通信技术以及LED点阵显示屏的驱动和控制。这篇论文不仅探讨了如何通过无线技术改进传统点阵显示屏的性能,而且还展示了如何将这些技术有效地集成到实际应用中,具有很高的实用价值和理论研究意义。
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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
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87956368/bg12.jpg)
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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
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87956368/bg13.jpg)
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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。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87956368/bg14.jpg)
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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
8
P0口
HEADER 8
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