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山东师范大学硕士学位论文 l e d 图文信息显示系统的研制 摘要 随着社会的进步和科技的发展，特别是进入2 1 世纪以来，人类社会逐渐进入信息化 时代，以计算机技术为核心的现代教育技术的发展正越来越深刻地改变着我们的生产、生 活、工作以及学习方式，信息成为当今社会的重要资源。发展大众信息服务平台在当今社 会有重要的现实意义。尤其在高校教务管理中，教学管理部门需要经常性的向老师和学生 发布大量的信息，以维持正常的教学秩序。采用传统的黑板和宣传栏张贴的方式存在明显 的不足。为了解决这一问题，本论文设计了一种l e d 图文信息显示系统，能够通过安装在 p c 机上的控制软件实现图文信息的编辑和更新，并通过相应的通信电路将需要发布的信息 适时的显示在安装在学校不同位置的l e d 显示屏上，从而满足学校信息发布的需要。 目前l e d 信息显示屏在日常生活中有着广泛的应用，但大部分价格昂贵且一般只使用 单个的显示屏进行显示。本文所设计的显示系统能够实现多个显示屏的同时显示，并且开 发了专门的应用控制软件，能够方便学校教务人员发布和更新信息，性价比较高且使用方 便。 。 本论文介绍了l e d 图文信息显示系统的工作原理和实现方法，并完成了软硬件部分的 设计。本系统的硬件部分采用了a t 8 9 c 5 1 作为主控芯片并外扩了r a m 和其它外围设备组 成下位机l e d 图文信息显示屏，采用r s - 4 8 5 总线将多块显示屏连接成总线拓扑结构，能 够实现信息在多块显示屏上的同时显示。上位机利用v i s u a lb a s i c 作为开发语言并使用相 关的插件开发了l e d 图文信息显示控制软件，利用m s c o m m 控件实现p c 机和下位机的 串行通信。本论文的主要内容如下： 第一章，绪论。介绍了该课题的研究意义及主要研究工作。 第二章，l e d 图文信息显示系统整体设计方案。详细阐述了系统设计理论基础及关键 技术，并在此基础上提出系统的整体设计方案。 第三章，l e d 图文信息显示系统硬件部分的设计与实现。主要针对下位机部分的硬件 组成，完成重要部件的选取，硬件电路的设计及调试。 第四章，l e d 图文信息显示系统软件部分的设计与实现。采用了结构化程序设计的思 山东师范大学硕士学位论文 想，完成了主程序和具体子程序框图的设计，并设计了l e d 图文信息显示系统p c 机部分 的控制软件。 第五章：总结与展望。对整个系统的性能作了简单总结，并初步探讨系统需进一步完 善改进的方面。 本论文根据现代通信理论、汉字编码原理、串行通信技术、字模提取技术，分析研究 了l e d 图文信息显示的原理和设计方法，并从硬件和软件两个方面进行了系统设计。本系 统的使用可以方便的实现信息的实时更新和发布，能够满足高校对于基本教学信息发布的 需求。该系统也可以应用在需要经常向公众发布信息的政府、银行、车站等部门，具有广 阔的应用空间和发展前景。 【关键词】显示系统；串行通信；汉字字模；驱动电路 【分类号】g 4 3 4 i i 山东师范大学硕士学位论文 t h e d e v e l o p m e n to ft h el e d p i c t u r ea n dc h a r a c t e r si n f o r m a t i o n d i s p l a ys y s t e m a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ep r o g r e s so ft h es o c i e t ya n dt h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yi nt h e2 1s tc e n t u r y , h u m a ns o c i e t yg r a d u a l l yi n t ot h ei n f o r m a t i o na g e ，a l o n gw i t ht h e d e v e l o p m e n to fm o d e me d u c a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hu s i n gt h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y 嬲t h ec o r e t e c h n o l o g yi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep r o f o u n d l yc h a n g e s o u rl i v e sa n dp r o d u c t i o n ，w o r ka n d s t u d yw a y , i n f o r m a t i o nh a sb e c o m ei n t ot h ei m p o r t a n tr e s o u r c e si nt o d a y ss o c i e t y d e v e l o p m e n t t h ep u b l i ci n f o r m a t i o ns e r v i c ep l a t f o r mi nt o d a y ss o c i e t yh a si m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n g s e s p e c i a l l yi nt h ec o l l e g et e a c h i n gm a n a g e m e n t ，t h et e a c h i n gm a n a g e m e n td e p a r t m e n t sn e e d r e g u l a rt or e l e a s eal a r g ea m o u n to fi n f o r m a t i o nt ot e a c h e r sa n ds t u d e n t s ，t om a i n t a i nt h en o r m a l t e a c h i n gi no r d e ru s i n gt h et r a d i t i o n a lw a yo fb l a c k b o a r da n db i l l b o a r d sp o s t e dt h e r eh a s o b v i o u s l yd e f i c i e n c i e s i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e rd e s i g nal e dd i s p l a ys y s t e m ， b yt h e c o n t r o ls o f t w a r ew h i c hi n s t a l l e do nt h ep cc a nr e a l i z et h ee d i ta n du p d a t eo ft h e i n f o r m a t i o n ，a n dt h r o u g ht h ec o r r e s p o n d i n gc o m m u n i c a t i o nc i r c u i tt or e l e a s ei n f o r m a t i o nt i m e l y s h o w si nd i f f e r e n tp o s i t i o n si n s t a l l e di nt h es c h o o l ，b yw h i c hc a ns a t i s f yt h es c h o o li n f o r m a t i o n s r e l e a s ea n du p d a t e a tp r e s e n t ，t h el e di n f o r m a t i o nd i s p l a ys c r e e ni nd a i l yl i f ei naw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n s ， b u tm o s te x p e n s i v ea n du s u a l l yj u s tu s i n gs i n g l ed i s p l a yo nd i s p l a y t h ed e s i g no ft h es y s t e mc a l l r e a l i z em u l t i p l es c r e e nd i s p l a y , a n dd e v e l o pt h es p e c i a la p p l i c a t i o ns o f t w a r ec a nb ec o n v e n i e n t l y t h es c h o o le d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o np e r s o nt os h o wa n du p d a t et h et h ei n f o r m a t i o n sn e e d ，h i 曲 c o s tp e r f o r m a n c ea n dc o n v e n i e n tt ou s e t h i s p a p e ri n t r o d u c e s t h el e dd i s p l a ys y s t e m sw o r k i n gp r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o n m e t h o d ，a n dc o m p l e t et h ed e s i g no ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h eh a r d w a r ep a r t sa d o p tt h e a t 8 9 c 51 嬲t h em a i nc o n t r o lc h i pa n da l s oe n l a r g et h er a ma n do t h e rp e r i p h e r a lc o m p o n e n t m a c h i n ep a r t s ，u s i n gt h er s - 4 8 5b u st oc o n n e c tm a n yd i s p l a ys c r e e n st o g e t h e ri nt h el o o p t o p o l o g ys t r u c t u r e ，c a na c h i e v em o r ei n f o r m a t i o no nt h ed i s p l a ys c r e e n s t h es o f t w a r eu s i n gt h e v i s u a lb a s i ca st h ed e v e l o p m e n tl a n g u a g ea n du s i n gt h er e l e v a n tp l u g - i nt od e s i g nt h ec o n t r o l s y s t e mo f l e d d i s p l a ys y s t e mo fp i c t u r e sa n dc h a r a c t e r s ，a n du s i n gt h em s c o m m t or e a l i z et h e s e r i a lc o m m u n i c a t i o nw i t ht h ec o m p u t e r m a i nc o n t e n t 弱f o l l o w s ： t h ef i r s tc h a p t e r , i n t r o d u c t i o n i ti n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c eo ft h es u b j e c ta n dt h em a i n t n 山东师范大学硕士学位论文 r e s e a r c hw o r k t h es e c o n dc h a p t e r , t h ei n t e g r a ld e s i g ns c h e m eo ft h el e d d i s p l a ys y s t e m i te x p o u n d st h e t h e o r e t i c a lb a s i sa n dt h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es y s t e m ，t h e np u tf o r w a r dt h ei n t e g r a ld e s i g n s c h e m eo ft h es y s t e mo l lt h eb a s i so ft h e ma c c o r d i n g l y t h et h i r dc h a p t e r , l e dd i s p l a ys y s t e mh a r d w a r ed e s i g na n dr e a l i z a t i o n m a i n l yf o r t h ep a r t o ft h eh a r d w a r e ，t h ei m p o r t a n tc o m p o n e n ts e l e c t i o n ，h a r d w a r ec i r c u i td e s i g na n dc o m m i s s i o n i n g t h ef o u r t hc h a p t e r , l e dd i s p l a ys y s t e md e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h es o f t w a r e u s i n ga s t r u c t u r e dp r o g r a m m i n gi d e a s ，c o m p l e t e dt h ep r o g r a ma n dt h es p e c i f i cp r o c e d u r eb l o c kd i a g r a m d e s i g na n dd e s i g nl e dd i s p l a ys y s t e mp cp a r to ft h ec o n t r o ls o f t w a r e t h ef i f t hc h a p t e r , s u m m a r i z ea n dp r o s p e c t t h ep e r f o r m a n c eo ft h ew h o l es y s t e m ，a n d b r i e f l yd i s c u s s e df u r t h e rp e r f e c t i n gt h es y s t e mi m p r o v e d b a s e do nt h e t h e o r y o fm o d e mc o m m u n i c a t i o n , c h a r a c t e r c o d i n gt h e o r y , s e r i a l c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , i n a k ew o r d m o d e le x t r a c t i o nt e c h n o l o g y , a n a l y z e dt h ep r i n c i p l eo f i n f o r m a t i o nl e d d i s p l a ya n dd e s i g nm e t h o d s ，a n df r o mt w oa s p e c t so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e d e s i g no ft h es y s t e m t h i ss y s t e mc a l lb ee a s i l yr e a l i z e du s i n gi n f o r m a t i o nu p d a t e sa n dr e l e a s e ， a n dc a ns a t i s f yt h eb a s i ct e a c h i n gi n f o r m a t i o nr e l e a s ei nu n i v e r s i t i e sd e m a n d a st h i ss y s t e mc a l l b ea p p l i e di nn e e do f t e nr e l e a s e dt ot h ep u b l i ci n f o r m a t i o no f g o v e r n m e n t ，b a n k ，t h ed e p a r t m e n t h a sw i d ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n tp r o s p e c to fs p a c e k e yw o r d s ：d i s p l a ys y s t e m ： s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ：c h i n e s ec h a r a c t e rm o u l d ： d r i v ec i r c u i t c a t e g o r yn u m b e r ：g 4 3 4 i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明的，本 栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 翩肄 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂撞可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：鼢跏 签字醐巾p 刖日 新擀夕献 辑黜、1 每芒孓产 山东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1l e d 显示系统的研究背景及意义 1 1 1 l e d 显示系统的研究背景 随着社会的进步和科技的发展，特别是进入2 1 世纪以来，人类社会逐渐进入信息化 时代，信息成为当今社会生活中重要的资源。人们每天要获取大量的外部信息，因此众多 行业开始把面向大众的服务信息发布作为一项重要的服务内容。比如：各类公司、金融机 构、大型商场、体育场馆、医院、政府部门等各类有大量服务信息发布需求的场合，普遍 使用大屏幕信息显示设备作为向公众展示信息的媒介。在这样的背景下，l e d 显示屏作为 大屏幕显示设备家族中的重要一员也开始倍受关注。 l e d 显示屏是8 0 年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体。它利用发光二极 管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，是集半导体光电技术、电子电路技术、 集成电路技术、信息传输技术、计算机网络技术以及电子产品制造和电子产品安装工程相 关的技术于一体的新型信息显示系统【1 】。它具有可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、 性能价格比高、组态灵活等优点。自2 0 世纪8 0 年代以来，l e d 显示屏依其自身优势逐渐 成为平板显示类设备的主流产品。 基于以上的研究背景本论文旨在研制一种能够应用于高校发布教学信息的l e d 图文 信息显示系统，用以提高高校教育的信息化水平。 1 1 2 本论文的研究价值和意义 随着计算机技术和信息技术的发展及其在教育中的应用，教育信息化已成为当今教育 发展的必然趋势，与传统教育不同的是教育信息化必然要求教学资源多媒体化、教学管理 自动化、资源和学习方式的网络化、教育过程智能化。实现教育信息资源的合理配置、开 发和高效利用，以及在教育领域实现信息社会所特有的重要组织和管理方式等一系列的过 程叫引。 由于高等教育教学管理模式不同于中小学阶段的管理模式，方面大多数学生上课没 山东师范大学硕士学位论文 有固定教室，而且学生层次不一；另一方面高校的各种学术报告、讲座比较多，如果仅靠 传统的黑板、纸张张贴向师生发布教学信息的方式很明显存在一些不足之处，不能及时的 将教学安排通知到相关的师生，有时会对教学秩序造成一定程度的影响。有些情况会时常 出现，譬如临上课前师生忘记了上课教室( 尤其新生) ，发生师生上课迟到的教学事故；学 生上自习，在教学楼内到处寻找教室费时费力甚至乱闯影响教学秩序等等。 为了方便在校师生及时获得重要信息，及学校教学管理部门能方便及时的发布和更新 大量的信息以维持正常的教学秩序的目的，本论文旨在研制一种l e d 图文信息发布系统， 以方便教学管理人员适时地发布和更新教学信息，从而使师生能够及时获取教学信息，维 持正常的教学秩序。 1 2l e d 显示屏的发展现状及趋势 1 2 1l e d 显示屏国内外发展现状 1 l e d 显示屏国内发展现状 我国l e d 显示屏产业从9 0 年代开始不断发展，经过十余年的发展目前已初具规模， 形成了一批具有一定规模的骨干企业。1 9 9 8 年，中国光学光电子行业协会光电器件分会 l e d 显示屏专业委员会成立，2 0 0 3 年，中国光学光电子行业协会光电器件分会l e d 显示 屏专业委员会经民政部批准升级，更名为中国光学光电子行业协会发光极管显示屏分会。 据行业协会的不完全统计，从1 9 9 8 年以来，我国l e d 显示屏行业持续高速增长，产业规 模不断扩大。目前，国内主要l e d 显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南地区，大 型制造商的市场范围几乎覆盖整个国内市场。整个行业具有较强的开发能力，国产l e d 显 示屏的性价比比较高，市场占有率近1 0 0 ，国外同类产品在中国基本没有市场。四十三 届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场、昆明世界 园艺博览会等重大项目工程，均由国内企业中标1 4 。尤其在2 0 0 8 年第2 9 届北京奥运会中 l e d 显示屏技术的应用更表现出我国在l e d 显示屏领域达到世界先进水平。其中像开幕式 中展开的画轴，升入空中的“梦幻五环”，水立方的蓝色外观以及比赛场馆中的各种成绩 适时显示屏等，这其中大部分技术都是由我们国家自主研发。 我国l e d 显示产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持着比较先进的水 平。我国在2 0 世纪9 0 年代初具备了成熟的1 6 级亮度、2 5 6 色视频控制及无线遥控等国际 先进技术，近年来在全彩色l e d 显示屏、2 5 6 级亮度视频控制、群集无线控制、多级群控 2 山东师范大学硕士学位论文 等方面均达到国际先进水平阿。 2 l e d 显示屏国外发展现状 世界上的l e d 生产厂家主要有日本、美国、德国、我国台湾等国家和地区的著名公司。 在高亮度大屏幕视频显示技术方面，j u m b o t r o n 系统被公认为是世界的领先者，s o n y j u m b o t r o n 的销量超过了其它所有厂商销量的总和。s o n y 的技术特点在于采用了独特 的图像控制器。j u m b o t r o n 采用1 0b i t 而不是传统的8b i t 系统进行处理，确保了图像的 高清晰度。这些正是j u m b o t r o n 享誉全球的特点。s o n y m b o t r o n 充分利用最先 进的l e d 技术，使得显示屏具备了高亮度、轻重量的特点。目前，全世界有2 3 个国家在 使用j u m b o t r o n 超大屏幕电子显示屏，总使用面积已超过1 5 0 0 0 平方米【6 】。 1 2 2l e d 显示屏的发展趋势 目前l e d 电子显示屏的显示向更高亮度、更高耐气候性、更高的发光均匀性、更高的 可靠性、全色化、多媒体方向发展，系统的运行，操作与维护也向集成化、网络化、智能 化方向发展。二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，l e d 显示屏作为平板显示的主 导产品之一将有更大的发展。 1 l e d 显示屏国外发展趋势 白光l e d 是l e d 产业中的新兴产品，在全球能源短缺和气候变暖等能源环境问题的压“ 力下，白光l e d 在照明和显示市场的前景倍受全球瞩目，欧美及日本等先进国家也投注许 多精力，并成立专门的机构推动自光l e d 研发工作。白光l e d 主要是利用蓝色l e d 为基础 光源，将蓝色l e d 发光的一部分蓝光用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿光或红光和绿光， 另一部分蓝光透射出来，由荧光粉的黄绿色光或红和绿光与透射的蓝光组成白光订3 。 由于白光l e d 在照明和显示领域的潜在市场，使得国际上对白光l e d 的研究十分关注。 在日本和美国已有一些公司推出了白光l e d 产品，但目前的白光l e d 产品中以日本n i c h i a 公司的产品在技术指标方面最具优势。h p 、s i e m e n s 、e m c o r e 是几家生产高亮度l e d 的代 表性厂商，对白光l e d 的开发也很积极。台湾的亿光与长庚大学进行了共同研究，并己陆 续出货下游相关产品。美国g r e e 公司目前正在制造使用s i c 为基板的氮化镓系列l e d 产 品。日本的r o h m 公司针对使用碳化硅( s i c ) 基板的氮化镓( g a n ) 系列发光二极管以及 半导体激光元件的开发，决定和美国g r e e 展开技术合作陋1 。 可见国外l e d 显示屏技术主要集中在新材料的开发上，以新发光材料来提高显示屏的 视觉效果、能耗等各种性能。 3 山东师范大学硕士学位论文 2 l e d 显示屏国内发展趋势 ( 1 ) 高亮度、全彩化 蓝色及纯绿色l e d 产品自研制成功以来，成本逐年快速降低，己具备成熟的商业化条 件。基础材料的产业化使l e d 全彩色显示产品成本下降，应用加快。l e d 产品性能的提高， 使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡性均达到了比较理想的效果，完全可以满足户外全 天候的环境条件要求。同时，由于全彩色显示屏的性价比的优势，预计在未来几年的发展 中，全彩色l e d 显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓虹灯、磁翻板 等产品。 ( 2 ) 新材料的研究加快 在各种制造l e d 的材料当中，尤其以氮化镓( g a n ) 为代表的第三代半导体材料最为 引人注目。g a n 发光效率高，抗辐射性能和耐热性能极佳，强度和硬度高，并且耐酸性强， 是一种极具应用价值的半导体材料。因此，氮化镓材料及其合金最适宜于制造短波长发光 器件，发光波长范围包括绿、蓝、紫等多个波段，普遍用来制造蓝色和绿色l e d 。引入注 目的是，在蓝色l e d 技术的基础上以蓝光激发y a g 荧光材料而制造成功的白色l e d 渐成新 宠，深受广大用户欢迎，有望成为照明领域的一支新军。因此，目前在全球l e d 市场上， 蓝、绿及白色l e d 正在开始形成三足鼎立的态势，也是最具发展潜力的l e d 产品。 ( 3 ) 标准化、规范化 材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，l e d 显示屏标准化和规范化将成为l e d 显示屏发展的一个新趋势。产品质量，系统的可靠性等是主要的竞争因素，这就对l e d 显 示屏的标准化和规范化有了较高的要求。行业规范和标准体系的形成，i s 0 9 0 0 0 系列标准 的应用，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，l e d 显示屏行业的发展趋于有序。 ( 4 ) 产品结构多样化一 信息化社会的形成，信息领域的愈加广泛，使得l e d 显示屏的应用前景更为广阔。预 计大型或超大型l e d 显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性 要求的小型l e d 显示屏会有较大提高。面向信息服务领域的l e d 显示屏产品门类和品种体 系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、 医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高。大批量、小型化的标准l e d 显 示屏系统在l e d 显示屏市场总量中将会占有多数份额【9 】【1 0 1 。 总之，在l e d 大屏幕材料研制方面，单色及多基色l e d 点阵模块产品已经很成熟。目 前的发展方向为全彩色l e d ，领先技术是蓝光技术，发展趋势是白光技术的开发和应用。 4 山东师范大学硕士学位论文 在产品方面，l e d 屏幕朝标准化、大型化和小型化方向发展。 1 3 论文的主要研究内容 本论文主要是设计一种用于教育信息发布的l e d 图文信息显示系统。上位机部分用 v i s u a lb a s i c 开发了“l e d 图文信息控制系统”软件，利用该软件可以方便的实现图文信 息的输入和编辑，并利用p c 机的c o m 口完成和下位机的串行通信，下位机部分利用a t 8 9 c 5 1 单片机作为控制芯片来实现和p c 机的通信，并将p c 机发送的字模和控制信息存储在外部 r a m 中，利用驱动电路在l e d 显示屏中将信息实时的显示出来。下面对每一部分的研究内 容进行简要说明。系统结构如图i - i 所示。 图i - i 系统整体结构框图 1 3 1 p c 控制界面的设计 本系统要实现通过p c 机对l e d 显示屏的实时控制，为此要设计一个方便快捷的软件 控制系统。本系统采用了v i s u a lb a s i c 作为上位机的开发语言，并设计了“l e d 图文显 示屏控制系统 软件，能够方便的实现图文信息的输入和编辑并提取其对应的字模点阵， 利用v b 的m s c o 姗控件完成p c 机和a t 8 9 c 5 1 的串行通信，且通过p c 机的控制软件方便的 实现对c o m 口、波特率、数据位数及校验位等基本串行通信参数的选择和设置。 1 3 2l e d 显示屏驱动电路的设计 该系统利用l e d 显示屏作为信息显示平台，l e d 显示屏是由若干l e d 按行列式的形式 5 山东师范大学硕士学位论文 组成，因此必须对每一个l e d 进行驱动来控制其点亮或熄灭，从而将下位机接收到的字模 和控制信息准确的显示出来，本系统选用4 1 6 译码器7 4 l s l 5 4 作为l e d 显示屏的行线译 码选择器，利用三极管t i p l 2 7 连接四六译码器的十六个输出端，作为开关使用，驱动l e d 的行线；选用带锁存输出的8 位移位寄存器7 4 h c 5 9 5 ，作为l e d 显示屏的列线驱动输入。 1 3 3 单片机与p c 机之间的串行通信 本系统利用p c 机的c o m 口实现和单片机的串行通信，并制定了串行通信协议，用以 控制通信双方的通信速率、传输的数据位数、起始位、终止位等信息。利用单片机的t x d 口和r x d 口完成了与p c 机的串行通信，并将p c 机发送的信息接收下来保存在r a m 中。 6 山东师范大学硕士学位论文 第二章l e d 图文显示系统整体设计方案 2 1系统的主要技术原理 2 1 1 汉字编码原理 计算机内部使用的汉字编码称为汉字内码或汉字机内码。汉字机内码由国标码 ( g b 2 3 1 2 8 0 ) 演化而来，把表示国际码的两个字节的最高位分别加1 ，就变成了汉字机内 码。汉字字模信息码即汉字字形码，汉字输入编码是外部码，同一个汉字可以有不同的输 入编码，但它们的汉字机内码是惟一的。汉字的输出则根据点阵方式构成的汉字字模信息 码输出。常用的汉字编码类型有： ( 1 ) 国标码 “中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码 ，标准号g b 2 3 1 2 - 8 0 。该编码字符集收录 了一级汉字3 7 5 5 个，二级汉字3 0 0 8 个，图形符号6 8 2 个，共7 4 4 5 个。在g b 2 3 1 2 8 0 代 码表中，纵向分为0 - - 9 3 ，共9 4 行；横向也是0 9 3 ，共9 4 列。行与列分别用7 位二进制 码表示，第一字节表示行，第二字节表示列。其值从0 1 0 0 0 0 1 到1 1 1 1 1 1 0 ( 十六进制为 2 1 - 7 e ) 。这正是a s c i i 码的可打印字符的编码范围。国标码是将第一字节和第二字节连写 而得，习惯上称第一字节为“高字节 ，第二字节为“低字节，一般用十六进制表示。 区位码 整个代码表分为9 4 个区( 对应高字节) ，每个区9 4 个位( 对应低字节) ，合起来就是 区位码，按如下规则确定： 高位内码= 高字节国标码- 2 0 h 低位内码= 低字节国标码一2 0 h 机内码 汉字区位码的区码和位码的范围在1 9 4 内，如果直接作为机内码必将与基本的a s c i i 码冲突。为避免与基本a s c i i 码中的控制码与字符码的冲突，分别在区码、位码上增加a o h ( 即1 0 1 0 0 0 0 0 ) 。所以，内码同样占两个字节，分别称为高位内码与低位内码，按如下规 则确定： 高位内码= 区码+ a o h 低位内码= 位码+ a o h 7 山东师范大学硕士学位论文 ( 2 ) b i g 5 码 b i g 5 码是目前台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括4 4 0 个符号， 一级汉字5 4 0 1 个、二级汉字7 6 5 2 个，共计1 3 0 6 0 个汉字。b i 9 5 是一种双字节编码方案， 其第一字节的值在1 6 进制的a 0 f e 之间，第二字节在4 0 7 e 和a 1 f e 之间。因此， 其第一字节的最高位是1 ，第二字节的最高位则可能是1 ，也可能是0 。 ( 3 ) u n i c o d e 编码( u n i v e r s a lm u l t i p l eo c t e tc o d e dc h a r a c t e rs e t ) 国际标准组织于1 9 8 4 年4 月成立i s o i e c 工作组，针对各国文字、符号进行统一性 编码。1 9 9 1 年美国跨国公司成立u n i c o d ec o n s o r t i u m ，并于1 9 9 1 年1 0 月与w g 2 达成协 议，采用同一编码字集。目前u n i c o d e 是采用1 6 位编码体系，其字符集内容与i s 0 1 0 6 4 6 的b m p ( b a s i cm u l t i l i n g u a lp l a n e ) 相同。u n i c o d e 于1 9 9 2 年6 月通过d i s ( d r a f i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ) ，目前版本v 2 o 于1 9 9 6 公布，内容包含符号6 8 1 1 个，汉字2 0 9 0 2 个，韩文拼音1 1 1 7 2 个，造字区6 4 0 0 个，保留2 0 2 4 9 个，共计6 5 5 3 4 个。 2 1 2 串行通信技术 串行通信是指数据的各个二进制位按照顺序一位一位的在一条通信线路中进行传输。 在单片机中的串行通信是将数据的二进制位，按照一定的顺序进行逐位发送，接收方则按 照对应的顺序将数据恢复出来。这种通信方式的优点是数据线少，节省硬件成本及单片机 的资源，并且抗干扰能力强，适合远距离传输；缺点是与并行通信相比有数据传输速度慢， 效率低等不足。串行通行有异步和同步两种基本传输方式n 帅幻。 异步通信( a s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n ) 是一种利用数据或字符的再同步技术的通 信方式。在异步通信过程中，数据通常是以字符( 或字节) 为单位进行传送的。每个发送 单位称为一个帧。在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。异步通信方式 的“异步”主要体现在字符与字符间通信没有严格的定时要求。在异步通信中，字符帧按 顺序一般可以分为起始位、数据位、奇偶校验位和停止位4 部分。 同步通信( s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n ) 是一种连续的串行传输数据的通信方式，一 次通信过程只传送一帧的信息。同步通信由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成。 每个帧中含有多个字符代码，而且字符代码与字符代码之间没有空隙以及起始位和停止 位。 同步通信时，发送方和接受方要采用统一的时钟，以保持完全的一致。发送方首先发 送同步字符，数据字符紧跟其后发送，接收方检测到同步字符后开始接受数据，按照双方 8 山东师范大学硕士学位论文 规定的长度恢复成一个一个的数据字节，直到所有的数据接收完成。如果校验没有错误可 以结束一帧的传输。 异步串行通信字符帧的长度不受限制，也不需要进行时钟的同步，使用起来比较简单， 应用范围广；同步通信一般使用在高速率的数据通信场合，需要进行发送方和接收方的同 步，系统比较复杂。而本系统只是在一种要求传输速率不高而且没有严格的实时要求的情 况下的设计，为此本系统采用了异步串行通信的传输方式。 为保证高可靠性的通信要求，在选择接口标准时，我们从通信速度，通信距离和抗干 扰能力三方面来加以综合选择。标准异步串行通信接口有r s 2 3 2 c 、r s - 4 4 9 ( r s 4 2 2 、 r s 4 2 3 和r s 4 8 5 ) ，2 0 m a 电环流。r s 2 3 2 是美国电子工业协会( e 认) 正式公布的，在 异步串行通信中应用最广的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定， 适合于短距离或带调制解调器的通信场合。本系统中我们要传送的数据是一些二进制数 值，考虑到传输速度和传输距离的需要，在串行通信中采用了r s - 4 8 5 总线作为传输线路。 在系统结构上采用了总线型网络拓扑结构的形式，将多片l e d 显示屏通过r s - 4 8 5 总线连 接为一个整体，从而实现上位机对多片l e d 显示屏的控制，满足大面积信息覆盖面的需要。 2 1 3 字模提取技术 本系统设计中用到的是1 6 1 6 汉字字模点阵字库。因此应先取得输入汉字的区位码， 对于字库h z k l 6 ，汉字内码与区位码之间的转换关系为： 区码= 汉字机内码的高字节- - a 1 h 位码= 汉字机内码的低字节- - a 1 h 进行计算后，得到此汉字字模在点阵字库中的偏移量为： o f f s e t = ( 区码x9 4 + 位码) 3 2 基于上述的分析采用v b 软件直接从字库中提取标准的汉字字模代码，因为存放1 6 1 6 点阵汉字的字库在中文操作软件如u c d o s 7 0 中可以找到现成的文件h z k l 6 。这些字模 代码都是按照区位码的顺序在字库以二进制格式存储的，每个汉字占用3 2 个b y t e 。因此 只要找到汉字代码的起始位置，就可以正确提取汉字点阵信息。用a s a0 函数获取汉字的 区位码，当汉字作为它的参数时，返回的是汉字的机内码。经h e x ( ) 函数转换即可得到该 汉字机内码的十六进制数，再通过机内码、国标码和区位码之间的换算关系就可以得到该 汉字的首地址。在字库文件中从汉字的首地址开始到第3 2 个字节就是该汉字的代码。将 对应的点阵信息读出并存储，1 6 1 6 点阵汉字字模的每一横行占两个字节。即1 6 1 6 点 o 山东师范大学硕士学位论文 阵的每一行是由这两个字节来决定的。将其数字转化为二进制，字模中为0 的位对应的l e d 熄灭，为1 的位对应的l e d 点亮n 3 1 。 2 1 4 汉字字模与l e d 显示字之间的关系 计算机中处理的每一个汉字都可以看成是一幅图形，计算机中使用的汉字库为h z k l 6 ， 即每个汉字由1 6 行和1 6 列组成的2 5 6 个方格构成，在显示汉字时，笔画经过的方格就形 成黑色，不经过的形成白色，从而用一副图形符号显示相应的汉字信息。这幅图形符号称 作为汉字点阵字模。 通过上述方法可以提取出汉字在计算机内的点阵字模信息，利用本系统提取的汉字字 模信息用1 6 进制数表示，则一个汉字有3 2 个字节，每个字节8 位。下面以汉字“工 为 例说明汉字点阵字模和l e d 显示字之间的对应关系。本系统采用了逐行扫描的方式来显示 汉字的字模点阵信息，汉字“工 的字模信息为： o o h ，o o h ，o o h ，0 8 h ，7 f h ，f c h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ， 0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，o o h ，0 1 h ，0 4 h ，f f h ，f e h ，o o h ，o o h ，o o h ，o o h 将其转换为二进制数为： 0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 1 0 0 0 ，0 11 11 l1l ，1 11 1l1 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 1 ，0 0 0 0 0 0 0 0 ， 0 0 0 0 0 0 0l ，0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 1 ，0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0