卫舵无线电子信息显示板的设计及实现.doc
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基于GPS的客车管理系统软件设计
理工学院
本科生毕业设计（论文）
学院（系）：
电子与电气工程
专业：
电子信息工程
学生：
卫舵
指导教师：
曹婷
完成日期2011年5月
理工学院本科生毕业设计（论文）
无线电子信息显示板的设计及实现
WirelessElectronicInformationDisplayBoardDesignandRealization
总计：
毕业设计（论文）27页
表格：
1个
插图：
8幅
理工学院本科毕业设计（论文）
无线电子信息显示板的设计及实现
WirelessElectronicInformationDisplayBoardDesignandRealization
学院（系）：
电子与电气工程系
专业：
电子信息工程
学生姓名：
卫舵
学号：
094409016
指导教师（职称）：
曹婷（讲师）
评阅教师：
完成日期：
理工学院
InstituteofTechnology
无线电子信息显示板的设计及实现
电子信息工程专业卫舵
[摘要]本系统是无线LED显示屏的设计与实现。
系统是由单片机P89V51RD2通过串口利用RS-232通讯接口与从机之间进行实时通讯，接收到从机发送回来的数据后在LED点阵显示屏上显示从GSM模块发过来的信息。
单片机先接收GSM模块传过来的数据,数据经处理后传给从机并存储，再通过由74HC245、74HC138、74HC595等IC组成的LED屏驱动控制电路驱动LED屏显示内容，让从手机发过平来的信息能够显示在LED显示屏上。
本系统主要完成GSM模块与LED显示屏之间的信息传输功能,它主要由2个单片机和RS-232总线接口芯片构成。
通过RS-232总线接口实现了两单片机之间的数据通信。
该设计方法不仅简化了系统结构,分散了单片机的工作任务,而且增强了系统的实时性和可靠性,提高了通信效率。
[关键词]P89V51RD2单片机;GSM模块;RS-232串行通信;LED点阵显示屏
WirelessElectronicInformationDisplayBoardDesignandRealization
ElectronicInformationEngineeringWEIDuo
Abstract:
thesystemiswirelessLEDdisplaydesignandimplementation.SystemisP89V51RD2bysingle-chipmicrocomputerthroughserialcommunicationinterfaceusingRS-232withreal-timecommunicationbetweenfrommachine,receivesendbackdatafrommachineafterdisplayedondestemfromGSMmodulesendinformation.SCMfirstreceiveGSMmodule,datatheprocessedfrommachineandstorage,to74HC245,74HC138byagain,suchascomposedof74HC595ICLEDscreendrivecontrolcircuitdriveLEDdisplaycontent,letfromcellphonestosendtooflatinLEDdisplayinformationtodisplay.
ThissystemmainlycompleteGSMmoduleandLEDdisplayinformationtransmissionfunctionbetween,itmainlyconsistsoftwoSCMandRS-232businterfacechipconstitutes.ThroughtheRS-232businterfacerealizeddatacommunicationsbetweentwosingle-chipmicrocomputer.Thisdesignmethodnotonlysimplifythesystemstructure,distractedMCUtasks,andenhancedthesystemrealtimeandreliability,improvescommunicationefficiency.
Keywords:
P89V51RD2microcontroller;GSMmodule;RS-232serialcommunication;Destem
目录
1引言 1
1.1LED显示屏的研究现状及发展趋势 1
1.2无线LED显示屏功能及特点分析 2
1.2.1无线LED信息发布系统特点 2
1.2.2无线LED信息显示系的性能 3
1.3选题背景及意义 3
2系统结构与功能实现 4
2.1LED显示屏系统组成 4
2.2计算机软件模块分析与设计 5
2.3单片机P89V51RD2的功能分析 6
2.3.1P89V51RD2单片机在线调试和编程功能的硬件电路设计 6
2.3.2无线电子信息显示程序调试仿真的实现 7
2.4LED扫描显示工作原理 10
2.5GSM模块分析 11
2.6与GSM模块相关的AT指令 11
3信息传输系统的硬件设计 13
3.1异步通信 13
3.2串行通信的工作原理 14
3.3RS-232C接口 14
3.4RS-232C引脚及使用 16
3.5接口电平转换电路MAX232 16
4软件程序的设计与实现 18
4.1编辑功能设计与实现 18
4.2字模提取 21
4.2.1字模 21
4.2.2LED显示屏领域字模实现技术 21
4.2.3软件控制系统字模提取的分析与设计 22
4.3效果添加与预览功能的设计与实现 23
结束语 25
参考文献 26
致谢 27
无线电子信息显示板的设计及实现
1引言
1.1LED显示屏的研究现状及发展趋势
在当今现代信息化社会的高速发展过程中，大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。
随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。
与传统的显示设备相比，这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：
（1）LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维、二维动画、电视画面等）、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。
（2）LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。
它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。
（3）LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。
在其历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体：
但就其性能看：
如阴级管（crt）或石英管（dv）大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积有限，受视频角的影响非常大，可视角度很小；影象投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）；电视墙表面有分割线，视觉上有异物感，室外应用时亮度效果差。
而LED显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。
LED显示屏的发展主要经历了三个阶段：
（1）1990年以前LED显示屏的成长时期。
一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛开展;另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。
这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，成本较高。
（2）1990-1995年，这一段是LED显示屏迅速发展的时期。
进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。
蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。
LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。
（3）1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。
进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入WTO、北京奥运等，成为LED显示屏产业发展的契机，LED显示屏必将得到飞跃发展[5][8]。
1.2无线LED显示屏功能及特点分析
由于传统的LED显示屏的信息输入只能通过数据线与电脑直接连接来进行,因此对于传统LED显示屏来说不能满足远程信息实时发布的需要，因而不能构建大规模的联网式LED屏信息发布系统。
由北京嘉复欣科技有限公司开发的LED信息发布系统则可以有效解决LED显示屏远程组网的问题。
该系统基于GPRS/CDMA无线网络技术，提供通用LED通信控制接口，实现对LED显示屏的大规模的组网。
无论是普通的文字条屏，还是大屏幕的图文屏，只要接上LED无线传输终端，就能马上打破传统LED显示屏的限制，成为能够大规模联网的无线LED信息显示屏。
无线LED信息显示屏是一种全新的信息媒体，一经面世，便被广泛的社会团体所接受，其“流动"显示和联网信息发布的特点更为广告界所推崇，成为一种全新的广告媒体。
无论LED显示屏放在何处，LED显示屏的数量多少，系统的主控中心都能将信息准确、即时的发布到指定的某个或多个或全部的LED显示屏上。
无线LED信息发布系统能够极大的增强LED显示屏作为信息显示载体发布信息的灵活性和实时性，为拓展LED显示屏的应用发挥极大的功效。
1.2.1无线LED信息发布系统特点
（1）组网规模大：
传统LED显示屏的内容由电脑通过串口数据线发送，显示屏数量在规模上收到限制。
无线LED信息发布系统通过GPRS/CDMA无线网络来发送信息，采用TCP网络传输协议，终端联网数量不受限制可以多达上万个。
（2）实时发布信息：
传统LED显示屏只能固定地显示所控制器内存储的信息，如需发布新的信息只能通过电脑联机来更新信息。
无线LED显示屏可以随时接收信息中心下发的信息。
（3）不受距离限制：
传统电子显示屏只能在短距离内使用，一般只有数十米，无线LED显示屏在全国范围内，只要无线GPRS网络覆盖的地方都可以使用，不受距离和位置的限制。
（4）安装维护方便：
由于不需要铺设光缆或通讯电缆，所以无线LED显示屏的安装位置易于选择。
产品采用模块化设计，便于维护和检修。
1.2.2无线LED信息显示系的性能
（1）先进性：
充分利用计算机互联网络、移动无线通信系统、LED显示控制等先进技术，设计具有国内先进的无线LED信息发布系统。
采用目前先进的系统软件平台及终端设备，不但能够无线LED信息联网发布需要，而且能够支持相关各个行业内部具体业务需要。
（2）可靠性：
由于无线LED信息发布系统使用环境的特殊性，必须保证系统工作相对稳定可靠。
本系统的可靠性主要体现在三个方面：
一是中心系统的可靠性，包括硬件系统的可靠性，操作系统、数据库、中心服务系统等软件平台的可靠性；二是无线LED显示终端的可靠性，主要是指车无线LED显示终端能够稳定可靠地工作，硬件故障率低。
三是通信机制可靠，因为无线网络通信的使用环境有其复杂性的特点，系统通信机制一定要保障数据传输高效可靠。
（3）扩展性：
系统要有良好的扩展性，当终端数量增加、使用用户范围扩大、系统功能增加时，能够平稳升级，保护投资。
目前无线LED信息发布系统能够支持现有的各类无线通信接入，GSM通信系统，GPRS通信系统，CDMA通信系统，并实现了这些系统的并网运行，今后通过开发和安装相应的通信接口协议即可实现其他未来通信系统的接入。
（4）保密性：
对于系统的管理实行严格的权限管理，只有持有一定权限的密钥才能访问、监控、实施相应的管理、控制操作，确保系统安全可靠。
1.3选题背景及意义
（1）问题的提出
用于图文显示的LED显示屏，如果只显示一些图形、文字，而对图像、动画以及信息的实时显示要求不高，而且信息的内容和屏与屏切换相对比较稳定，不需要固定计算机实时服务，只需要在控制显示屏的单片机中加入存储块，实现信息的保存功能。
通过无线发射机和无线接收机进行数据的传输，达到对LED显示屏的控制。
（2）论文的主要研究内容:
通过软件编辑实现图文编辑与传输。
采用习惯的Windows窗体，开启文本编辑区，完成图形和文字的编辑工作。
在控制系统中实现字模的提取与保存，无需在单片机中加入汉字库。
通过采用PC与无线发射机串行通讯方式，无线接受机接收信息发送给LED显示屏，从而完成信息的传输。
通过对点阵模块和控制电路的分析，确定LED显示屏的部件构成。
通过对单片机及智能控制模块的分析，确定LED显示屏的组成结构和扫描驱动方式，实现LED显示屏的显示。
对于无线电子信息显示板的设计以及实现的系统，采用下图所示的设计方案图，具体系统设计图如图1所示。
图1无线电子信息显示系统图
2系统结构与功能实现
2.1LED显示屏系统组成
PC软件控制系统
单片机
各功能模块
行驱动器
LED显示点阵
列驱动器
无线发射机
无线接受机
图2LED显示屏总体框架
LED图文显示屏系统由软件控制系统、无线传输系统、设备主控制器、LED显示点阵、电源等部分组成。
基本结构如图2。
软件控制系统主要完成的任务为图文编辑、字模提取与保存、图像预览与文件传输；无线传输系统主要完成文件信息由PC机传输至LED显示器，硬件控制系统中LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，通过单片机的扫描驱动方式的控制对LED点阵行列驱动，实现设备的驱动并最终实现接收的图文显示功能。
2.2计算机软件模块分析与设计
软件模块分为编辑部分和控制通讯部分，编辑部分实现图文文件的编辑功能，通讯部分通过RS-232C串口通讯完成文件到单片机存储模块的传输。
系统设计采用Windows操作系统下，开启文本编辑窗口，客户区内像素点采用与实际LED点阵显示屏像素点相同，功能类似Word文档编辑工具，包括编辑模块、文字编辑模块、颜色控制模块、显示效果加载模块、预览模块。
（1）编辑模块
1、除Windows自生成的剪贴、复制、粘贴功能，系统加入了撤消、重复功能。
①选中撤消功能可以实现之前编辑工作的一步步取消功能。
②选中重复功能可以实现之前编辑工作的最近的一条操作命令。
2、文字编辑：
包括各种字体、字形、字号、效果、颜色的文字的编辑，并且根据应用的特殊用途，加入指定位置文字的编辑。
①选中文字功能，弹出字体选择框体，可以选择各种字体的文字进行编辑。
②调出具体文字位置编辑对话框，输入文字和要求显示位置的横坐标和纵坐标。
3、颜色控制模块：
由于应用领域的具体特点，主要采用了红、绿、黄三种颜色，可以实现颜色控制。
（2）增添效果模块：
通过增添显示效果和传输通讯中多屏文件单屏传送，完善了控制系统的功能。
1、普通效果，静态的显示屏幕上的信息。
2、滚动效果，可以实现从左向右的信息滚动显示，可以与静态信息穿插显示。
3、单屏信息传输，实现编辑待传输信息的保存。
4、多屏信息传输，实现编辑保存好的单屏信息合并保存成一个文件，大大减少传输文件时的烦琐。
（3）图像预览模块：
在文件传输之前实现字模信息的预览功能，可以实现预览传输前所保存的任何形式的字模信息，并且直接集成到工具栏文件打开功能键按钮。
1、显示效果，通过文件传输前的预览，可以调整静态与滚动显示效果的排列顺序。
2、显示时间，显示不同屏幕显示信息之间的时间间隔。
软件模块结构如图3：
控制模块
编辑模块
增添效果模块
图像预览模块
设备通讯模块
文字编辑
图像编辑
颜色控制
滚动效果
多屏文件合并
显示效果
设备通讯
文件传输
显示时间
图3软件模块结构图
2.3单片机P89V51RD2的功能分析
NXP公司（原Philips半导体公司）是最早获得MCS-51技术授权的公司，也是后继发展MCS-51内核8位单片机产品最多、最系统的公司。
P89V51RD2单片机是其推出的新一代基于MCS-51内核的8位单片机，内部集成64KBFlash程序存储器和1KBRAM数据存储器，具有自调试（SoftICE）、在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能，这些功能都是在RS-232标准串口下实现。
采用P89V51RD2单片机，可以通过UART标准接口在KeilμVision编程环境下用KeilMonitor-51Driver直接连接系统硬件来调试程序。
完成调试后，在FlashMagic工具软件下进行编程。
本文研究了采用P89V51RD2的最新技术在单片机系统开发中的应用思想和方法。
采用这种方法可省去传统单片机系统开发中必需的仿真器和编程器，提高了开发过程中的程序设计效率，增强了最终系统的软件维护和升级能力。
2.3.1P89V51RD2单片机在线调试和编程功能的硬件电路设计
P89V51RD2单片机SoftICE和ISP功能的电路接口较为简单，但为了兼容NXP公司其他能够在+5V下实现ISP功能的Flash单片机的在系统编程功能。
串口电路的设计主要是通过MAX232芯片的典型电路连接实现，其可以实现PC机与单片机P89V51RD2的通信功能，最终实现数据的串行接受和发送。
可供系统进行下载和程序的在线调试，进而完成PC机和单片机之间的通信。
实现在线调试和在系统编程的接口电路原理图如图4所示。
图4在线调试和在系统编程的接口电路图
在图4所示的电路中，通过标准的串口通信线将PC与其相连，当SELECT开关将P89V51RD2单片机的PSEN引脚连接到+5V时，单片机处于正常工作状态；当SELECT开关将PSEN引脚连接到地时，单片机处于ISP状态，FlashMagic工具软件对+5V可编程的Flash单片机进行在线编程。
2.3.2无线电子信息显示程序调试仿真的实现
P89V51RD2单片机在激活SoftICE功能后就可以实现对程序的单步仿真调试、多步仿真调试及全速运行下的仿真调试。
仿真调试主要分为3步：
激活P89V51RD2的SoftICE功能、设置硬件仿真环境和调试程序。
（1）SoftICE功能
SoftICE功能的激活需要FlashMagic软件的支持，FlashMagic软件可从NXP公司或其他相关网站下载。
目前支持51单片机的FlashMagic的最高版本为V3．54，高版本主要用于支持NXP公司的ARM器件，对该公司的51器件不支持。
在含有图1所示接口电路的单片机应用系统中，首先用SELECT开关将单片机的PSEN引脚连接到+5V，然后启动FlashMagic软件，在主界面中配置各参数为：
COMPort——根据具体连接而定，通常为COM1或COM2；BaudRate——9600，这是由P89V51RD2内部固件所确定的；Device——P89V51RD2；Interface——None（ISP）。
在ISP菜单下选择“EnableSoftICE”命令项，进行SoftICE功能的激活。
（2）设置硬件仿真环境
单片机应用系统程序的编译和仿真在KeilμVision环境下进行，在调试程序之前，需要对工程进行Debug设置，选择软件仿真或硬件仿真。
软件仿真使用计算机来模拟程序的运行，不需要建立硬件平台就可以快速得到某些运行结果；硬件仿真是最准确的仿真方法，必须建立硬件平台，通过PC机→硬件仿真器→用户目标系统进行系统调试。
采用硬件仿真的方法，硬件平台即为带有图5所示接口电路的单片机应用系统，设置硬件仿真环境的具体操作步骤如下：
首先，点击所建工程：
Project菜单中的OptionsforTarget‘Targer1’，出现工程的配置窗口，点击Debug设置，选择KeilMcmitor-51Driver，具体参数设置如图5所示。
图5KeiluVision硬件仿真环境界设置面
然后，设置仿真器参数。
建议波特率设置范围300～38400。
为避免程序中的中断和Keil硬件仿真环境中的中断互相冲突，不选择“StopProgramExecutionwithSerialInterrupt”。
仿真器参数的设置如图6所示。
图6仿真器参数设置界面
完成P89V51RD2单片机的SoftICE功能激活和在KeilμVision环境中的硬件仿真环境设置后，可以进行程序的调试仿真。
（3）在系统编程的实现
当激活SoftICE功能的单片机完成程序调试后，就可将最终的程序代码下载到NXP公司的其他具有ISP功能的Flash单片机中。
这里需要注意：
只有未曾激活Soft-ICE功能P89V51RX2系列单片机才支持ISP功能，因为激活SoftICE功能的单片机已取消了ISP功能。
P89V51RX和P89LV51RX系列单片机的在系统编程相对比较简单，只需在FlashMagic主界面进行设置后，点击图中的Start按钮，就可以完成单片机的编程。
完成编程后，按系统复位按钮，单片机应用系统就可以正常运行。
NXP公司推出的80C51单片机除了以上2种系列以外，还有P89C51Rx2Hxx、P89C51Rx2xx、P89C60X2／61X2和P89C66x等系列Flash单片机，这些单片机都可以采用图1所示的接口电路进行在系统编程。
只是编程时，需要通过SELECT开关将单片机的PSEN引脚接地，使单片机在复位后能够直接进入ISP状态，然后再
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