毕业设计（论文）-基于单片机的大屏幕LED显示技术.doc

湖南科技大学本科生毕业设计（论文） i 摘摘 要要 本设计为 led 大屏幕显示系统，系统由主控模块、 电源模块、 时钟模块、显示模块、 键盘模块、 汉字点阵芯片模块、总线传输模块七部分组成。通过对汉字内码的分析，系 统以led 显示屏的显示电路、 汉字点阵芯片电路和单片机控制电路为核心， 设计一种具有 通过键盘用汉语拼音输入法输入汉语拼音，利用相应程序通过编码检索，在显控系统中 实时输入汉字，并在 led 显示屏上显示。该系统具有运行可靠、安全、节能、成本低、 使用方便的特点。 关键字关键字：单片机，智能显示屏，汉字点阵芯片 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） ii abstract the design for the led large screen display system, the system by the control module, power module, clock module, display module, keyboard module, character dot-matrix chip modules, bus transfer module composed of seven parts. through the analysis of chinese characters within the code, the system led display to display circuit, the chinese character dot- matrix circuit and microcomputer chip control circuit as the core, designed a kind of keyboard input using pinyin input method, use the appropriate procedure code retrieval , in the display and control system in real-time input chinese characters, and led display. the system is reliable, safe, energy saving, low cost, easy to use features. keywords: single-chip microcomputer， intelligence displays, chinese character dot chip 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） i 目录目录 第一章第一章 绪论绪论- 1 - 第二章第二章 系统设计方案系统设计方案- 4 - 2.1 系统工作过程- 4 - 2.2 系统总体框架设计.- 4 - 2.3 系统模块方案的论证选择.- 4 - 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计- 6 - 3.1 at89c52 单片机- 6 - 3.1 led 显示模块 - 7 - 3.3 汉字点阵芯片 gt23l32s4w- 10 - 3.4 数据存储模块.- 14 - 3.5 电源选择- 15 - 3.6 时钟与系统复位模块- 16 - 3.7 键盘模块- 17 - 3.8 基于 rs-422 总线标准的 pc 通讯模块.- 18 - 3.9 系统整体电路 .- 20 - 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计- 21 - 4.1 主程序流程图.- 21 - 4.2 动态扫描显示程序流程图- 22 - 4.3 与pc口串口通讯流程图.- 23 - 第五章第五章 调试及性能分调试及性能分析析 .- 24 - 第六章第六章 总结总结- 25 - 参参考考文文献献 - 26 - 致谢致谢- 27 - 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 1 - 第一章第一章 绪论绪论 我国开始使用单片机是在 1982 年，短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上 海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，有的地区还成立了单片微型计算机应用 协会，那是全国形成的第一次高潮。截止今日，单片机应用技术飞速发展，我们上因 特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国 外的。与它相应的专业杂志现在也有很多，比如由单片机界的权威何立民主编的单 片机与嵌入式系统应用杂志现以风靡电子界，在 2003 年 7 月，91（91 猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才 的需求量位居第一。一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起： 单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（cpu）、随机存取存 储器（ram）、只读存储器（rom）、输入/输出端口（i/0）等主要计算机功能部件都 集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐， 但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？ 纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计 算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生 活中广泛使用的各种智能 ic 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机 时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体 积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不 到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片 机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的 体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不 仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容 量已达 13 亿片，且每年以大约 16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率 还不到 1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内 地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。 1970 年代最早的 gap、gaasp 同质结红、黄、绿色低发光效率的 led 已开始应用于 指示灯、数字和文字显示。 从此 led 开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费 类产品等，遍及国民经济各部门和千家万户。到 1996 年 led 在全世界的销售额已达到几 十亿美元。尽管多年以来 led 一直受到颜色和发光效率的限制，但由于 gap 和 gaasp led 具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与 ttl,cmos 数字电路兼容等许多优点因而却一 直受到使用者的青眯。 最近十年，高亮度化、全色化一直是 led 材料和器件工艺技术研 究的前沿课题。超高亮度(uhb)是指发光强度达到或超过 100mcd 的 led，又称坎德拉(cd) 级 led。高亮度 a1gainp 和 ingan led 的研制进展十分迅速，现已达到常规材料 gaa1as、gaasp、gap 不可能达到的性能水平。1991 年日本东芝公司和美国 hp 公司研制 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 2 - 成 ingaa1p 620nm 橙色超高亮度 led，1992 年 ingaa1p590nm 黄色超高亮度 led 实用化。 同年，东芝公司研制 ingaa1p 573nm 黄绿色超高亮度 led，法向光强达 2cd。1994 年日本 日亚公司研制成 ingan 450nm 蓝(绿)色超高亮度 led。至此，彩色显示所需的三基色红、 绿、蓝以及橙、黄多种颜色的 led 都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、 全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。 我国发展 led 起步于七十年代，产业出现 于八十年代。全国约有 100 多家企业，95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全 部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部 分关键技术， 使我国 led 的生产技术已向前跨进了一步。 大屏幕显示是超高亮度 led 应用的另一巨大市场，包括:图形、文字、数字的单色、 双色和全色显示。在表 2 中列出了 led 显示的各种用途。传统的大屏幕有源显示一般采 用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。表 3 列出了几种显示 的性能比较。led 显示曾一直受到 led 本身性能和颜色的限制。如今，超高亮度 algainp、ts-algaas、ingan led 已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色，可完全满 足实现全色大屏幕显示的要求。led 显示屏可按像素尺寸装配成各种结构，小像素直径一 般小于 5mm，单色显示的每个像素用一个 t-1(3/4)的 led 灯，双色显示的每个像素为双 色的 t-1(3/4)的 led 灯，全色显示则需要 3 个 t-1 红、绿、蓝色灯，或者装配一个多芯 片的 t-1(3/4)的 led 灯作为一个像素。大像素则是通过把许多 t-1(3/4)红、绿、蓝色 led 灯组合在一起构成的。用 ingan(480nm)蓝、ingan(515nm)绿和 algaas(637nm)红 led 灯作为 led 显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围包括:蓝 绿、绿红等，与国际电视系统委员会(ntsc)规定的电视颜色范围基本相符。 随着社会科技的进步和传媒事业的发展， led 显示屏得到了广泛的运用。led显示 屏受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起 来是： led 显示屏不仅画面亮度高、对比度大，色彩鲜艳，而且可显示动态画面和文字， 它主动光发，远距离分辨率高，即使在百米以外，视觉效果跟在家里看电视一样，已广 泛用于人流量多的公共场所、交通要道。 其功能除广告宣传外，还可发布信息，丰富人们的文化娱乐生活，是观众喜爱的信 息传播媒体，在我国北京、上海、重庆等大城市已推，广应用，并收到了很好的效果。 而近期，国内著名的广告公司分众传媒、东方明珠移动纷纷进军户外led市场，则更昭 示了这一市场的勃勃生机。 据专家预测，今后几年全球各类 led 显示屏需求每年均会达到几十亿美元，而且还 在逐年递增。而在中国，据全国光学光电子行业协会 led 显示屏分会统计，去年 led 显 示屏全行业的销售额约为40亿元， 随着加入wto， 又借助 2008奥运会和2010年上海世 博 会带来更多的眼球经济，以及国家对环保问题的重视等多种利好因素的影响下， led 显示屏在体育、户外广告、交通等诸多领域的市场将有显著的增加。专家预测认为：国 内市场led全彩屏需求增长率将高达30%以上。 目前国 际上著 名的 led 显示屏 厂商有 比利 时的 barco、美国 的 daktronics 和 lighthouse 等，国内比较好的的有上海三思、大连路明、深圳京东方、惠州德赛等。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 3 - 我 国led显示屏产业的技术水平相对先进， 主要产品和关键技术与国际同行业的先进水 平 能保持一致，但工艺水平比较落后， 在产品规范化、整体系统设计、可靠性、制造工艺 、 检测测试手段等方面与国际先进水平有明显的差距。 这就突出体现了我们对 led 智能 显 示屏的研究的重要意义。 在此背景下， 本文介绍了一种简易的点阵led显示屏控制系统。 系统采用上一下位机 的结构构建， 上位机pc可通过串行通信接口实现对下位机led显示系统显示参数的设定， 下位机以汉字点阵芯片电路、led显示屏的显示电路和单片机控制电路为核心，实现 点 阵led屏以多样化的方式显示各种信息的功能。该屏具有运行可靠、安全、节能、 成本低、使用方便的特点。 本设计采用at89c52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用晶振来实现，采 用 led显示屏显示信息。由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增 加了。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 4 - 第二章第二章 系统设计方案系统设计方案 2 2. .1 1 系统工作系统工作过过程程 系统上电自检后， 实时实现信息的显示。 通过按键实现信息的移动显示、 滚动显示、 闪烁显示。采用查询方式读按键，采用中断方式接收上位机传来所要显示汉字的内码。 系统通过内码计算出汉字在字库中的地址， 以计算所得的地址提取汉字库中的汉字字模 并取缔原来显示缓冲区的显示内容，从而实现信息的更新。 2 2. .2 2 系系统统总总体体框框架架设设计计 根据要求， 初步确定系统由主控模块、 电源模块、 时钟模块、显示模块、 键盘模块、 汉字点阵芯片模块、总线传输模块七部分组成，电路的基本框图如图2.1 所示。 at89c52 键盘模块 电源模块 时钟模块 汉字点阵芯片模 块 显示屏模块 rs422 标 准串口通 讯 数据存储 器 上位机 图图2.12.1 系统总体框图系统总体框图 2 2. .3 3 系系统统模模块块方方案案的的论论证证选选择择 2.3.1 驱动芯片的选择驱动芯片的选择 方案一：采取并口输入，占用大量 i/o 口资源 方案二：选取串口输入，使用较少。 所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有 74hc595、74ls164、tpic6b595。但是 74hc595 和 74ls164 两种芯片必须加驱 动才 能驱动 led，而 ti 公司的 dmos 器件 tpic6b595 , 除具有 ttl 和 cmos 器件中移 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 5 - 位寄 存器 595 的逻辑功能外, 其最大的特点是驱动功率大, 可直接用作 led 的驱动。 综合以上比较，我们选取 tpic6b595 来驱动 led 点阵。 .2 时钟模块的选择时钟模块的选择 方案一：基本门电路搭建。用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障 系数大，不易调试。 方案二：由晶振系统构成时钟，虽然产生的时钟不够精确，但系统简单，价格适宜 。 方案三：专用时钟芯片。目前市场上已有很多实时时钟芯片，如 ds12887、ds1302、ds1307 等，这些时钟芯片虽然能够产生比较精确的时钟，但价格 贵，所以不做选择。 经过以上的比较论证， 选用方案二来完成项目设计的要求 .3 电源模电源模块块选择选择 方案一：现在市场上有很多针对单片机的模块电源，其性能稳定，但是价格较高。 方案二：采用整流、滤波和稳压元件设计电源，其性能相对稳定，能满足单片机供电电 源的基本要求，并且具有价格低廉的优点。 综上所述,本系统采用方案二作为供电电源。 .4 汉字点阵芯汉字点阵芯片片选择选择 方案一：采用 gt2x系列标准汉字点阵芯片，此 系列芯片含有丰富汉字点阵排列格 式， 如1112点汉字排列格式、15x16点汉字排列格式、 5x7点ascii字符排列格式 、 7x8 点 ascii字符排列格式、 6x12点ascii扩展字符排列格式等等。 我们可以根据系统设计 的需 要选择含有所需汉字格式的芯片,如gt23l32s4w等，这样可以减少成本。 方案二：采用某些含有一定容量的存储芯片，如at27c020等，把系统所需的汉字 点 阵字库烧录到其中，这种方法不仅烧录flash不仅费工费时，而且至少有2以上的 烧录 损耗，增加了成本。除此之外，还必须从新设计一套取字模规则及相应的配套软 件。使 设计更加麻烦。 综上所述，本系统采用方案一作为汉字点阵芯片。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 6 - 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 3 3. .1 1 at89c52at89c52 单片机单片机 atmel 公司生产的 at89c52 单片机采用高性能的静态 80c51 设计，用先进工艺制造 ， 并且带有非易失性flash程序存取器。它是一种高性能、低功耗的8位cmos微处理芯 片， 可寻址64kb字节的程序存储器和64kb字节的外部数据存储器。 以此单片机为核心, 配以 一定的外围电路和软件，实现某些功能，就组成了单片机应用系统。其芯片引脚图如图 3.1所示。 图图3.13.1 at89c52at89c52引脚图引脚图 主要性能特点有： （1） 8kb flash rom，可以擦除1000次以上， 数据保存10年。 （2）256字节内部ram。 （3）电源控制模式： 时钟可停止和恢复。 空闲模式。 掉电模式。 （4） 4个中断优先级。 （5）6个中断源。 （6） 4个8位i/o口。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 7 - （5） 全双工增强型uart。 （6）3个16位定时/计数器t0、t1（标准80c51)和增加的t2（捕获和比较 ） 。 （7）全静态工作方式：024mhz。 在本次设计中啊、at89c52芯片各i/o口的具体应用如下： p0 口：首先，它作为地址总线的低 8 位；其次，它用作数据传输通道。 p1 口 ：p1.0p1.3 四位用作 74hc154 4 线 16 线译码器的输入信号。p1.4 作 74hc154 译码器的使能信号。p1.5p1.7 作键盘信号使用，以便系统实现文本不同播放 方式。 p2 口：p2.0p2.4 作为读取数据时的地址总线的高 5 位地址。p2.5 用作外部数据 存储器和汉字点阵芯片的片选信号。p2.6、p2.7 分别与汉字点阵芯片 gt23l32s4w 的 a0、 a1 口相连实现不同寄存器的寻址。 p3 口：int0、int1、t0、t1 各位，均作为通用输出口使用，而不再起中断申请和 定 时；rxd 位在与上位机通讯时作串口通讯用，而不与上位机通讯时作通用输出口用。 int0 输出信号作为控制电路并、串变换器的并联输入数据的打入脉冲使用。int1 信号 是控制 电路一侧的并、串变换和驱动电路一侧的串、并变换的移位脉冲。t0 输出信号 作为列驱动电路的输出锁存器的打入信号使用。t1 输出信号作为系统清屏信号使用。 rxd 位作通用输出口时，输出信号作为列驱动电路的输出锁存器的打出信号使用。 3 3. .1 1 l le ed d 显显示示模模块块 .1 什么是什么是ledled显示屏显示屏 led 显示屏（led panel）：led 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩 写，简称 led。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很 多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图 像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 led 显示屏（led panel）：又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由 led 点阵组成，通过灯 珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化 结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由 led 灯组成 的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、 图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显 示屏需要的电压电流。 led 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用 于室外环境，具有投影仪，电视墙，液晶显示屏无法比拟的优点。 led 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些 优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 led 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高 的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 8 - .2 l le ed d图文显示屏的基图文显示屏的基本本工作原工作原理理 led显示屏的基本工作原理是动态扫描。 动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式， 常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。在行扫描工作方式 下，每一片led点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄 存器，用来锁存待显示内容的字模数据。 在行扫描工作方式下，同一排led点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的， 共8条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位 寄 存器，用来锁存行扫描信号。 单片机对led显示屏的控制过程是先读后写。按led点阵片在屏幕上的排列顺序，单 片机先对第1排的第1片led点阵片的列驱动锁存器，写入从外部数据存储器读得的字模 数据，接着对第2片、第3片 直到这一排的最后一片都写完字模数据后，单片机再 对 这一排的行驱动锁存器写行扫描信号， 于是第1排第1行与字模数据相关的发光二极管点 亮。 接着第2排第1行 、 第3排第1行 直到最后一排第1行的点亮。各排第1行都点亮后 ， 延时一段时间，然后黑屏，这样就算完成了单片机对led显示屏的一行扫描控制。 单片机对led显示屏第2行的扫描控制、 第3行的扫描控制 直到第8行的扫描控制， 其过程与第1行的扫描控制过程相同。对全部8行的控制过程都完成后，led显示屏也就 完成了1帧图像的完整显示。 虽然按这种工作方式，led显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮，但只要 保证每行每秒钟能点亮5o次以上，即刷新频率高于50hz，那么由于人的视觉惰性，所看 到的led显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像。 .3 l le ed d图文显示屏驱图文显示屏驱动动 为有效利用单片机资源，点阵的16个行使用译码方式，列采用单片机的串口加串变 并的器件来驱动。行驱动使用74hc154 4线-16线译码器，列驱动使用 74ls165芯片实 现 并变串操作再通过74hc595芯片实现串变并操作。 下面对所用的芯片加以介绍： 74hc154芯片，它是4线-16线译码器，双列直插式封装，在系统中实现led显示屏 行扫描依次点亮的功能。其各引脚的功能如下： ad: 4线输入引脚。 y0y15: 16线输出引脚。 oe1、oe2: 选通信号引脚。 74ls165芯片，它为 8 位移位寄存器，在系统中实现数据并行输入串行输出的功 能。其部分引脚功能如下： clk1,clk2：时钟输入端（上升沿有 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 9 - 效） p0p7：并行数据输入端 ds: 串行数据输入端 q7: 输出端 q7: 互补输出端 pl:移位控制（低电平有效） 当移位控制端pl为低电平时，并行数据（p0p7） 置入寄存器，而时钟及串行数据（ds）均无关. 当 pl为高电平时，并行置数功能被禁 止。 clk1和clk2在功 能上是等价的，可以交换使用。当clk1和clk2有一个为低电平并 且pl为高电平时，另一 个时钟可以输入。当clk1和clk2有一个为高电平时，另一个时 钟被禁止。只有在clk1为 高电平时clk2才可变为高电平。 tpic6b595芯片，其内部有一个8位串人并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器 各自独立，因此可实现锁存显示当前行的同时串行移位接收下一行各列数据。其部分引 脚功能为： serin：串行数据输入脚。 serout: 串行数据输出脚。 srck：移位脉冲输入脚，当出现上升沿时将 ser 脚信号接收于最低位，原来各位 逐位上移。 rck：输出锁存器控制脚，引脚出现上升沿时可将移位输入信号锁存到输出 器锁器。 g：输出控制脚，当为低时输出锁存器三态门开门，否则为高阻态。 drain0drain7：并行输出脚，在多片 tpic6b595 系统中其中 drain7 可与上 片的 drain0 连接实现多片逐位上移传送。 srclk：移位寄存器清 0 信号输入脚，为 低时移位寄存器清 0。 texas instruments 公司生产的 tpic6b595 芯片是设计用于较高负载功率的高电压 中等电流的 8bit 移位寄存器。器件含有内置的输出电压箝位电路用于感性负载的瞬变保 护。功率驱动可应用于包括继电器、线圈及其它中等电流或高电压负载。该器件有一个 8bit 串行输入、并行输出的移位寄存器，它将数据传送给一个 8bit d 型寄存器。在移 位 寄存器时钟 srck 及寄存器时钟 rck 的上升沿，数据传输到移位寄存器和存储寄存器。 当移位寄存器清除信号 srclk 为高电平时，存储寄存器传输数据到输出缓冲区。当 srclk 为低电平时，输入移位寄存器被清除。当输出选通 g 为高电平时，输出缓冲区 的所有数 据为低，并与输出端断开。当 g 为低电平时，数据从存储寄存器传输到输出缓 冲区。输 出缓冲区的数据为低时，dmos 晶体管的输出断开。当数据为高时，dmos 晶体管有吸收电 流能力。串行输出 serout 允许移位寄存器数据级联。输出是漏极开 路的 dmos 晶体管，具 有 50v/150ma 连续吸收电流能力。每一个输出提供在 t=25 摄 氏度时典型 500ma 的电流极限（随着结温的上升，电流极限会下降） 。该器件的逻辑功 能与 74ls595 完全相同，但具有更强大的驱动能力。tpic6b595 实用温度设计为- 40125。 由上述几种芯片组成的 led 图文显示屏驱动电路如图 3.2 所示。图中 at89c52 单片 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 10 - 机的 p3 口：int0,int1,t0,t1 各位，均作为通用输出口使用，而不再起中断申请和定 时。 rxd 位在与上位机通讯时作串口通讯用，而不与上位机通讯时作通用输出口用，在本系 统中单片机不主动向上位机传输信息，所以它只作通用输出口用。int0 输出信号作为控 制电 路并/串变换器 74ls165 的并联输入数据的打入脉冲 clk1 使用，高电平有效。 int1 信号是 控制电路一侧的并/串变换（74ls165）和驱动电路一侧的串/并变换 （tpic6b595）的移 位脉冲 clk1、srck 使二者的串行传输数据达到同步,高电平有效。 t0 输出信号作为列驱 动电路的输出锁存器的打入信号 rck 使用高电平有效。t1 输出 信号作为系统清屏信号 srclk 使用。rxd 位作通用输出口时，输出信号作为列驱动电 路的输出锁存器的打出信号 g 使用,d 低电平有效。此外，从图中我们还可以看到系统手 动复位信号也与 tpic6b595 的清屏信号 srclk 相连，使系统达到复位效果。 a 23 b 22 c 21 d 20 g1 18 g2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 u45 74hc154 ser 10 p0 11 p1 12 p2 13 p3 14 p4 3 p5 4 p6 5 p7 6 clk1 2 clk2 15 pl 1 q7 9 q7 7 u44 74ls165 ser out 18 drain7 17 drain6 16 drain5 15 drain4 14 drain3 7 drain2 6 drain1 5 drain0 4 gnd 10 gnd 11 gnd 19 vcc 2 g 9 rck 12 srclr 8 ser in 3 srck 13 u46 tpic6b595 ser out 18 drain7 17 drain6 16 drain5 15 drain4 14 drain3 7 drain2 6 drain1 5 drain0 4 gnd 10 gnd 11 gnd 19 vcc 2 g 9 rck 12 srclr 8 ser in 3 srck 13 u47 tpic6b595 ser out 18 drain7 17 drain6 16 drain5 15 drain4 14 drain3 7 drain2 6 drain1 5 drain0 4 gnd 10 gnd 11 gnd 19 vcc 2 g 9 rck 12 srclr 8 ser in 3 srck 13 u48 tpic6b595 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u49 原原 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u50 原原 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u51 原原 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u52 原原 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u53 原原 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 原原 u54 原原 vcc 40 ale 30 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 p1.1/t2 ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 xtal2 18 xtal1 19 rst 9 ea/vpp 31 psen 29 p1.7 8 p1.6 7 p1.5 6 p1.4 5 vss 20 p1.0/t2 1 at89c52 q?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnp q?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnpq?pnp vcc 图图3.23.2 ledled图文显示屏驱动电路图图文显示屏驱动电路图 3 3. .3 3 汉汉字字点点阵阵芯芯片片 g gt t2 23 3l l3 32 2s s4 4w w .1 芯片特点芯片特点 （1）款内含11x12点阵、15x16点、24x24点阵、32x32点阵的汉字库芯片，支持 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 11 - gb2312 国标汉字（含有国家信标委合法授权）及scii字符，其芯片引脚图如图5所示。 （2）字库芯片内含全拼输入法的码本 （3）数据总线： spi 串行总线接口 plii 精简地址并行总线接口(本系统采用plii总线结构) （4）点阵排列方式：字节横置横排 （5）访问速度： spi 时钟频率：20mhz(max.) plii 访问速度：130ns（max） 3.3v （6）工作电压： 3.3v +10% （7） 电流： 工作电流：12ma 。 待机电流：10ua （8） 封装： sop20 （9） 尺寸（sop20）： 12.80mmx10.30mm .2 s sp pi i接口引脚描述接口引脚描述 串行数据输出（so） ：该信号用来把数据从芯片串行输出，数据在时钟的下降沿移 出。 串行数据输入（si） ：该信号用来把数据从串行输入芯片，数据在时钟的上升沿移 入。 串行时钟输入（sclk） ：数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。 片选输入（ ce#）： 所有串行数据传输开始于 ce#下降沿，ce#在传输期间必须 保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平。 .3 plpli ii i接口引脚描述接口引脚描述 plii 接口引脚描述如表1所示。 表表 3.1plii 接口引脚描述接口引脚描述 引脚 int/out 描述 a10int 地址寄存器寻址 d70int/out 地址输入/数据输出 ce#int 片选信号输入，低有效 oe#int “输出使能”信号输入，oe# 为低时输出使能 we#int “写使能”信号输入，we# 为低时写使能 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 12 - .4 pliiplii 总线接口寻址说明总线接口寻址说明 在 plii总线模式下，芯片内部有3个地址寄存器，主机需要把要读取数据的地址写 入这3个地址寄存器，然后再从数据寄存器中读出数据，如图3.3所示。主机每读一次数 据 寄存器，芯片内部的地址寄存器会自动增一，从而使主机只写一次首地址，就可以连 续读取数据。 写地址寄存器 0 ( addr7:0) 写地址寄存器 0 ( addr20:16) 地址寄存器自动增 1 写地址寄存器 1 ( addr15:8) 读数据寄存器（data7:0） 图图 3.3 plii 总线模式下各寄存器写总线模式下各寄存器写/读数据流程图读数据流程图 引脚a0、a1信号组合与各地址寄存器的对应关系如表3.2所示。 表表3.23.2引脚引脚a0a0、a1a1信号组合与各地址寄存器的对应关系信号组合与各地址寄存器的对应关系 a1 a0（地址线 ）读写操作对应地址寄存器 0 0 写地址寄存器 0 addr7:0 0 1 写地址寄存器 1 addr15:8 1 0 写地址寄存器 2 addr20:16 1 1 读数据寄存器 data7:0 .5 汉字字模转换原理汉字字模转换原理 我国国标规定汉字用内码表示，内码为两个字节。为了保证中西兼容，两者之间不 应发和生冲突。目前规定每个字节只用七位，若两个字节的最高位为 1，则该字符为汉 字。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 13 - 国际将字库分成若干个区，每个区有 94个汉字，每个汉字在字库中有确定的区位， 因此每个汉字各有一个区位码，知道了区位码也就相当于知道了汉字在字库中的位置， 汉字的内码与区位码有一定的关系，故查找一个汉字字模数据的过程为： 汉字内码一区位码一记录号一字模数据 一个1616点阵汉字其字模数据共有32字 节，可以看作是一条记录，在程序中可以 用一个数组存放。一个汉字占用两个字节，其值称为汉字的内码。其中第一个字节的值 为区号加上 32(20h)，第二个字节的值为位号加上32(20h)。为了与 ascii字符区别开 ， 表示汉字的两个字节的最高位都是1，也就是两个字节的值都又加上了128(80h)。这样， 通过汉字的内码，就可以计算出汉字的区位码。具体算式如下： qh = c1 32 128 = c1 160 ；wh = c2 32 128 = c 2 160 （3.1） 其中，qhwh为汉字的区号和位号，c1，c2为汉字的第一字节和第二字节。根据区号和 位号可以得到汉字字模在文件中的位置： location = (94 ( qh 1) + ( wh 1) 一个点阵字模的字节数 （3.2） .6 gt23l32gt23l32s s4 4w w字库芯片字模排列格式与字库芯片字模排列格式与提提取取 每个汉字在芯片中是以汉字点阵字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示， 存 1 的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点，存 0 的点，则在屏幕上不显示。点阵 排列格式为横置横排：即一个字节的高位表示左面的点，低位表示右面的点（如果用 户按 word mode读取点阵数据，请注意高低字节的顺序） ，排满一行的点后再排下一行。 这样 把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示，则将出现对应的汉字。15x16 点汉字 的信息需要32 个字节（byte 0byte 31）来表示。因为本系统采用的 gt23l32s4w字库芯片内含全拼输入法的码本，所以上位机可以通 过全拼输入法得到所 要显示汉字的机内码，然后上位机通过串口通讯把所要显示汉字的 机内码传输给系统 单片机，系统单片机收到汉字机内码后再根据 公式3.11和公式3.2计算出汉字在 1616字型码表中的偏移地址，而汉字字模的实际首地址=偏移地址+1616字型码表 的首地址(000a 7700h)。 .7 gt23l32gt23l32s s4 4w w字库芯片与单片机的电字库芯片与单片机的电路路连接连接 因为gt23l32s4w字库芯片的供电电压为3.3v，为实现它与系统单片机之间的地址、 数据和信号的传输，必须在系统中添加电平转换装置。考虑到信号传输方向的差异，即 单向、双向传输，系统采用不同的方式进行电平的转换。 首先，gt23l32s4w字库芯片 的d0d7口在plii总线模式下作地址、数据传输口，是 双向传输的。系统添加集成芯片74lvx4245实现它与单片机p0口的电平转换。74lvx4245 集成芯片的真值表如表3.3所示。 3 .3 74lvx4245 真值表真值表 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 14 - 输入 输出 oet/r ll 数据从 b 口传到 a 口 lh 数据从 a 口传到 b 口 hx 成悬空状态 其次， gt23l32s4w 字库芯片在 plii 总线模式下的 we#、oe#、ce#、plii_a0 和 plii_a1 五个信号为单向信号，为了简化系统电路和节省设计成本，系统采用一片四输入 与门芯 片 74ls08 和一片与门芯片 74hc1g08 作为其电平转换装置。 gt23l32s4w 字库芯片 在 plii 总 线模式下与单片机的电路连接图如图 3.4 所示。 图图 3.43.4 gt23l32s4wgt23l32s4w 字库芯片在字库芯片在 pliiplii 总线模式下与单片机的电路连接图总线模式下与单片机的电路连接图 图中p2.5与gt23l32s4w字库芯片的ce#和74lvx4245芯片oe相连作片选信号， 之所 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 15 - 以加个反相器，是为了避免与作为片外数据存储器的芯片mcm6264被同时选中。芯片 74lvx4245的输入口t/r我们采用at89c52的rd位控制，因为根据单片机的时序知道rd 在 执行读操作指令时为低电平，执行完后自动转为高电平，此时芯片74lvx4245执 行写操 作。所以我们就默认74lvx4245芯片初始为写状态。 3 3. .4 4 数数据据存存储储模模块块 由于系统要实现 10 个汉字的显示，而单独的显示缓冲区所需的 ram 就已经超过了 at89c52 单片机内部数据存储器 256 个字节。所以系统需要扩展外部数据存储器。在本 系 统中，我们选用 mcm6264（8kb）作为系统的外部数据存储器。它与 at89c52 单片 机的电路接线图如图 3.5 所示。 vcc 40 ale 30 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 p1.1/t2 ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 xtal2 18 xtal1 19 rst 9 ea/vpp 31 psen 29 p1.7 8 p1.6 7 p1.5 6 p1.4 5 vss 20 u41 at89c52 a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 a8 25 a9 24 a10 21 a11 23 a12 2 cs1 20 cs2 26 we 27 oe 22 d0 11 d1 12 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 u43 mcm6264 d0 3 q0 2 d1 4 q1 5 d2 7 q2 6 d3 8 q3 9 d4 13 q4 12 d5 14 q5 15 d6 17 q6 16 d7 18 q7 19 oe 1 le 11 u42 74hc373 vcc 图图 3.5 mcm6264 与与 at89c52 单片机的电路接线图单片机的电路接线图 考虑到at89c52单片机的p0口既作地址总线的低8位信号，又作数据总线用，系统 添加了74hc373芯片作为地址信号的锁存器，这样就可以实现p0口的双重功能。另外单 片机系统通过p2.5位向片外数据存储器mcm6264提供片选信号。 3 3. .5 5 电电源源选选择择 220w/5v的直流稳压电源更加安全 ，其电路图如图10所示。考虑到系统需要3.3v电 压， 我们在得到5v电压后通过串电阻分压的方式， 系统采用3个分别为4.7k、47k、100k的电 阻串联如图7所示，根据分压公式可求得100k电阻处分得的电压为： 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 16 - 5v 100k ( 4.7k + 47k + 100k ) 3.295v (3.3) 可以满足系统的要求。在系统原理图中我们规定 vcc=5v,碰到需要3.3v电压时我们直接 在原理图中给出。 图图 3.63.6 电源电路图电源电路图 3 3. .6 6 时时钟钟与与系系统统复复位位模模块块 .1 时钟电路设计时钟电路设计 单片机执行指令的过程可分为取指令、分析指令、执行指令 3 个步骤，每个步骤又 由许多微操作所组成，这些微操作必须在一个统一的时钟脉冲的控制下才能按照正确的 顺序执行。 时钟脉冲由时钟振荡器产生，mcs-51 的时钟振荡是由单片机内部反相放大器和外接 晶振及微调电容组成的一个三点式振荡器，将晶振和微调电容接到 at89c52 的 xtal1 和 xtl2 端就可以产生自激振荡，通常振荡器输出的时钟频率为 616hz，调节微调电容可 以微调振荡频率，mcs-51 也可以使用外部时钟， 本系统采用晶振时钟如图 3.5 所示 .2 系统复位电路设计系统复位电路设计 单片机在启动运行是需要复位，使 cpu 以及其他功能部件处于一个确定的初始状态， 并从这个状态开始工作，单片机应用程序必须以此作为设计前提。另外，在单片机工作 过程中，如果出现死机时，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。 系统的复位 电路接线如图 3.7 所示 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 17 - 图图 3.73.7 晶振电路与系统复位电路图晶振电路与系统复位电路图 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） - 18 - 3 3. .7 7 键键盘盘模模块块 led显示屏要求系统的能够实现不同的文本播放方式即普通动态扫描显示、 移动显 示， 滚动显示 ， 闪烁显示