毕业设计（论文）-基于单片机的LED显示屏设计.doc

目录摘要：1Abstract:2第1章 绪论3第1.1节 概述3第1.2节 技术要求3第1.3节 硬件方案选取4第2章 硬件部分的设计5第2.1节 硬件系统概述5第2.2节 相关芯片的介绍52.2.1 单片机AT89C5252.2.2 看门狗MAX813L82.2.3 计数器74LS161102.2.4 驱动器74HC245112.2.5 译码器74LS138122.2.6 串行输入并行输出移位寄存器74LS595132.2.7 电平转换芯片MAX232142.2.8 锁存器74LS373152.2.9非易失性存储器DS123016第2.3节 LED扫描显示电路的工作原理162.3.1 LED点阵显示屏的结构及工作原理172.3.2 行扫描电路的工作原理182.3.3 列锁存电路的工作原理19第2.4节 PC机与单片机之间通讯的实现20第2.5节 片外存储系统22第3章 LED显示程序设计23第3.1节 显示移动主程序设计原理23第3.2节 键盘功能的实现26第3.3节 五个汉字显示程序的编程及调试26第4章 VB字模提取软件28第4.1节 VB字模提取软件界面及说明28结论30谢辞31参考文献32附录33 LED点阵连接图33 系统总电路图34“药品提示屏”的显示程序代码35 2摘要：本论文主要研究了医药商店药品提示屏显示及数据下载系统的设计和实现。显示系统包括1680点阵的单色LED显示屏，控制板，串行数据线及PC平台。主要研究LED点阵显示行扫描、列扫描方式；PC与控制板之间的串口通讯采用RS232串行通讯标准；控制板由AT89C52与数字电路、存储单元组成，控制显示屏的扫描显示；串行口下载的数据存放于非易失性DS1230NVRAM,NVRAM作为显示信息的数据库。本文先对系统的设计方案作了简介。而后对全部的硬件电路进行了详细的讨论，包括行扫描、列扫描电路基本原理，外部存储器的控制过程，串行传输的实现以及看门狗的功能及原理。然后对显示程序部分做了说明。最后对用VB编写的字模提取软件进行了简要介绍。运行结果表明：该实验板工作稳定，性能良好，既利于操作人员使用，也便于顾客观察。整个系统的成本也较低廉，性价比优势突出。关键词：LED显示屏，控制板，字模提取，串口通讯Abstract：This paper mainly discussed the design and instrumentation of the pharmacies drug screen prompts and data downloading system.The display system consists of 1680 latticessingle color LED screen,control board,serial and PC platform.The paper mainly researches for scanning of rows and columns of lattices LED display screen.Selecting and using RS-232 Serial Data Standards for PC connect with control board.Control board consists of Atmel89C52,digital circuit,memory unit，which controls the display of the screen.Serial interface will load batch quantity datas into the DS1230 256kb nonvolatile(NV)SRAM.NVRAM is the data base of display messages.In this paper,the design of system is introduced briefly. Then the whole hardware circuit is presented particularly,including the basic principle of rows and columns scan circuits,control process of external memory,serial transmission technology,the function and principle of watchdog.Next,the display program is presented.At last,the software which picks up lattices pixel of characters with VB6.0 is introduced briefly.Test results indicate that our designed platform works well.Not only the system can convenient to operation for operator,but also customers can easy to look through LED display screen.The cost of whole system is cheap.So the system has a tactical advantage.Keyword: LED display screen,Control board,Pick-up lattices pixel of characters,Serial communication第1章 绪论第1.1节 概述随着现代社会的发展，公众对于公共场合信息的需求越来越强烈，如何能够将公共场合信息快速、方便地发布给群众，满足群众需求成了一个有意义的课题。而近年来，由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，LED显示已日趋在固体显示中占主导地位。LED显示屏之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是因为它亮度高、工作电压低、功耗小、小型化而易于集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED显示屏作为传播公共信息的重要手段，已广泛应用于车站、商店、体育馆、银行、机场、医院、证券市场等各种公共场合。LED是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体合成技术的发展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后，LED显示屏开始形成。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。LED显示屏由多个半导体发光二极管构成，通过控制这些发光二极管的亮或灭来使显示屏显示各种文字或图形。可通过PC机与单片机之间进行数据通信，将要显示的信息发送到LED显示屏上。本次设计主要采用AT89C52单片机来控制LED显示屏的显示。首先用VB编写一个汉字字模提取软件，然后再通过RS232串行通讯接口将字模从PC机传送到单片机，单片机再将字模信息传送给扫描显示电路，对显示屏进行扫描显示。并通过按键来实现对各种显示要求的控制。第1.2节 技术要求技术要求：用VB设计批量汉字字模提取软件，实现PC机与医药商店药品显示屏之间的RS232串行通讯。掌握LED点阵显示行扫描、列锁存的工作原理。要将通讯端口下载的数据存放于非易失性RAM中；解决在在医药商店药品显示屏长度有限的情况下如何显示大量的信息。着重设计调试RS232与AT89C52的软硬件接口。考虑显示屏抗干扰性能，以及信息传输的快速性，以及传输字模与电子显示屏的格式统一的问题。设计采用的显示屏一次能显示5个16*16点阵的字符，采用自右向左的移动显示式。使用AT89C52单片机和RS232串行通讯电路，以及16*16点阵屏显示模块组成医药商店药品显示屏。操作人员可以通过PC个人电脑输入当天的特惠药品名及价格，输入内容的字模通过RS232串行接口下传至LED点阵显示系统中显示。要求采用看门狗电路，使系统能抗干扰。开机显示“药品提示屏”。设置功能键1和功能键2。操作人员先将药品信息输入PC机内。当按下功能键1时，开始下载数据，屏幕显示“数据准备中”。当按下功能键2时，将下载下来的数据送至药品显示屏中，所有输入的信息将循环左移显示。第1.3节 硬件方案选取理论上说，不论图形或者文字，只要控制这些图形或文字上的点相应位置上的二极管的亮与灭，就可以显示出想要的结果。这种同时控制所有发光二极管亮与灭的方式称为静态驱动显示方式。而在本设计中，采用的是5个1616点阵的显示屏，共有1280个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口。并且，一个发光二极管的驱动电流约为10mA左右，若要点亮这么多发光二极管，需超过10A的电流，所需供电电源的电流将会非常大。同时，在锁存器上花的成本也将是一个庞大的数字。因此本设计中不采用这种方案，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思就是逐行轮流点亮。具体就本设计的1616点阵来说，把所有同一行二极管的阳极连接在一起，先送出第一行的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定时间，然后熄灭，依此类推，依次点亮16行，再重新点亮第一行，如此循环，当这样循环的速度足够快，由于人眼的视觉暂留，就可观看到显示屏上稳定的图形了。由于此方案中只需同时点亮80个发光二极管，驱动电流不足1A，所需电源的供电电流小，硬件开销也小，因此采取这种方案。采用行扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，每一列有一条列驱动线。显示数据存储在AT89C52的存储器中，按8位一个字节的形式依次存放。显示时把一行中每列的数据传送到相应的列驱动线上去。从AT89C52到列驱动线的数据传输可采用串行方式或并列方式。在本设计中，显示屏共有80列，若采用并列方式，从单片机到列驱动线的线路数量大，硬件结构复杂。因此采用串行传输的方式，即单片机将一行中的数据一位一位地传送到相应的列驱动线。PC机与单片机之间通过选用RS232串行通讯标准进行串口通讯。将汉字字模信息下传至单片机。第2章 硬件部分的设计第2.1节 硬件系统概述系统的硬件部分主要由串行通讯接口电路、看门狗电路、行扫描电路、列锁存驱动电路以及片外存储系统组成。本设计中，我采用市面上较为普遍的AT89C52作为主控芯片，控制扫描显示电路对LED显示屏的动态扫描显示。计数器74LS161，译码器74LS138，驱动器74HC245组成行扫描电路，由74LS161将计数信号送入译码器74LS138，74LS138依次选通每一行。串行输入并行输出移位寄存器74LS595，74HC245组成列锁存驱动电路，由AT89C52将某行中的数据串行送入列锁存驱动电路。74LS373与DS1230NVRAM组成片外存储系统，对从上位机下载的数据进行非易失性存储。和PC机的串口通讯则由MAX232芯片进行RS232电平转换。上位机采用VB编写的字模提取软件，并兼有串口数据发送的功能，以实现上位机与下位机的通讯。利用MAX813作为看门狗芯片使系统运行可靠。根据要求设置触点式键盘，以实现系统的各种控制要求。整个硬件系统的结构框图如下图所示。图2-1 硬件系统结构框图第2.2节 相关芯片的介绍2.2.1 单片机AT89C52本设计中AT89C52主要用于控制行译码扫描电路和列锁存驱动电路以实现对LED显示屏的扫描显示，与MAX232相连与上位机之间进行数据通信，与看门狗MAX813L相连用于对单片机的复位和防止程序乱飞，和按键相连用于实现各种控制要求。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器，可擦写寿命为1000次。片内数据存储器内含256字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。其引脚图如图2-2所示： 图2-2 AT89C52引脚图1 主要功能特性 （1）兼容MCS51指令系统 （2）8KB可反复擦写(1000次）Flash ROM （3）256字节内部RAM （4）32个双向I/O口 （5）3个16位可编程定时/计数器中断 （6）时钟频率0-24MHz（7）中断系统为具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断结构（8）一个全双工的可编程串行口（9）一个数据指针DPTR（10）低功耗空闲和掉电模式（11）可编程的3级程序锁定位（12）软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与INTER公司的80C52在脚排列，硬件组成、工作特性和指令系统等方面完全兼容。与AT89C51相比，AT89C52主要增加了以下功能：（1）程序编程器由4KB增加到8KB；（2）片内RAM由128字节增加到256字节；（3）定时器由两个增加到3个；（4）P1.0和P1.1口增加了替代功能；（5）中断系统由6个中断源增加到8个，中断矢量由5个增加到6个。2 引脚说明P0 口P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。P2 口P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。3 特殊功能寄存器在AT89C52 片内存储器中，80H-FFH 共128 个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR 的地址空间映象。并非所有的地址都被定义，从80HFFH 共128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0 和定时/计数器1 外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2 的控制和状态位位于T2CON、T2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2 在16 位捕获方式或16 位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。4 数据存储器AT89C52 有256 个字节的内部RAM，80H-FFH 高128 个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128 字节RAM 还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2 口）地址单元，MOV 0A0H，#data。间接寻址指令访问高128 字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0 的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2 口（0A0H），MOV R0，#data。堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128 位数据RAM 亦可作为堆栈区使用。2.2.2 看门狗MAX813L单片机系统在工作时，由于干扰等因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作。为了克服这一问题，除了充分利用单片机本身的看门狗电路外，还需外加看门狗电路。除此之外，有些单片机系统还要求在程序运行期间单片机能将重要的数据保存下来，因为掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时就告知单片机。此外，单片机对复位电路也有要求，在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞，导致E2PROM中的数据被修改。本设计中主要采用MAX813L来构成看门狗电路。MAX813L是一组CMOS监控电路，可用于计算机、控制器、自动化设备、智能设备、微处理器及微控制器监控中。将常用的多项功能集成到一片8脚封装的小芯片内，与采用分立元件或单一功能芯片组合的电路相比，大大减小了系统电路的复杂性和元器件的数量，显著提高了系统可靠性和精确度。1 MAX813L的引脚及功能（1）手动复位端（MR）：当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。与TTL/CMOS兼容。（2）工作电源端（VCC）：接+5V电源。（3）电源接地端（GND）：接0V参考电平。（4）电源故障输入端（PFI）：当该端输入电压低于1.25V时，5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。（5）电源故障输出端（PF0）：电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。（6）看门狗信号输入端（WDI）：程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。（7）复位信号输出端（RST）：上电时，自动产生200ms的复位脉冲：手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。（8）看门狗信号输出端（WDO）：正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。其引脚图如下：图2-3 MAX813引脚图2 基本工作原理（1）RESET操作复位信号用于启动或者重新启动MPU/MCU，令其进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行。一旦MPU/MCU处于未知状态，比如程序“跑飞”或进入死循环，就需要将系统复位。在上电期间只要VCC大于1.0V，就能保证输出电压不高于0.4V的低电平。在VCC上升期间RESET维持高电平直到电源电压升至复位门限（4.65V或4.40V）以上。在超过此门限后，内部定时器大约再维持200ms后释放RESET，使其返回低电平。无论何时只要电源电压降低到复位门限以下（即电源跌落），RESET引脚就会变高。如果在已经开始的复位脉冲期间出现电源跌落，复位脉冲至少再维持140ms。在掉电期间，一旦电源电压VCC降到复位门限以下，只要VCC不比1.0V还低，就能使RESET维持电压不高于0.4V的低电平。MAX813L提供的复位信号为高电平。（2）RESET看门狗定时器MAX813L片内看门狗定时器用于监控MPU/MCU的活动。如果在1.6s内WDI端没有收到来自MPU/MCU的触发信号，并且WDI处于非高阻态，则WD0输出变低。只要复位信号有效或WDI输入高阻，则看门狗定时器功能就被禁止，且保持清零和不计时状态。复位信号的产生会被禁止定时器，可一旦复位信号撤消并且WDI输入端检测到短至50ns的低电平或高电平跳变，定时器将开始1.6s的计时。即WDI端的跳变会清零定时器并启动一次新的计时周期。一旦电源电压VCC降至复位门限以下，WD0端也将变低并保持低电平。只要VCC升至门限以上，WD0就会立刻变高，不存在延时。典型的应用中是将WD0端连接到MPU/MCU的非屏蔽中断（NMI）端。当VCC下降到低于复位门限时，即使看门狗定时器还没有完成计时周期，也将输出低电平。通常这将触发一次非屏蔽中断，但是RESET如果同时变低，则复位功能优先权高于非屏蔽中断。（3）人工复位低电平有效的手动复位输入端（MR）可被片内250mA的上拉电流源拉到高电平，并可以被外接CMOS/TTL逻辑电路或一端接地的按钮开关拉成低电平。不需要采用外部去抖动电路，理由是最小为140ms的复位时间足以消除机械开关的抖动。简单地将MR端连接到WD0端，就可以使看门狗定时器超时产生复位脉冲。当需要高电平有效的复位信号时，应该选用MAX813L。（4）电源故障比较器MAX813L内部带有一个辅助比较器，它具有独立的同相输入端和输出端，其反相输入端内部连接一个1.25V的参考电压源。为了建立一个电源故障预警电路，可以在PF1脚上连接一个电阻分压支路，该支路连接的监视点通常在稳压电源集成电路之前。通过调节电阻值，合理地选择分压比，以便于使稳压器+5V输出端电压下降之前，PF1端的电压刚好下降到低于1.25V。使用为MPU/MCU提供中断信号，以便使其能够对即将到来的电源掉电作好充分的准备。工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终造成微机系统故障的多数现象为“死机”。究其原因是CPU在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，CPU执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。用看门狗监视程序的运行。若程序发生“死机”，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。本电路巧妙地利用了MAX813L的手动复位输入端。只要程序一旦跑飞引起程序“死机”，/WD0端电平由高到低，当/WD0端变低超过140 ms，将引起MAX813L产生一个200 ms的复位脉冲。同时使看门狗定时器清0和使/WD0引脚变成高电平。也可以随时使用手动复位按钮使MAX813L产生复位脉冲，由于为产生复位脉冲端/MR要求低电平至少保持140ms以上，故可以有效地消除开关抖动。程序正常运行时，由主程序在小于1.6s的时间间隔内周期性地从P1.7端向MAX813L的WD1输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。实现指令为：SETB P3.2NOPCLR P3.2若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部看门狗定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。引起MAX813L产生一个200ms的复位脉冲。同时使看门狗定时器清零和使RESET引脚变成高电平。2.2.3 计数器74LS161在本设计中，74LS161用于加法计数，并将计下来的数以四位二进制数的形式送入由两片74LS138译码器扩展成的“4-16”译码器，从而实现对显示屏的行扫描显示。74LS161是一个4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零同步并行置数保持等功能。74LS161的逻辑电路图如图2-4所示：其中MR是异步清零端，PE是预置数控制端，P0、P1、P2、P3是预置数据输入端，CEP和CET是计数使能端，TC是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。当MR=0时，不管其它输入端的状态如何（包括时钟状态CLK），4个触发器的输出全为零。在MR=1的条件下，当PE端为零且有时钟脉冲CLK上升沿作用时，P0、P1、P2、P3输入端的数据分别被预置到输出端Q0、Q1、Q2、Q3。由于置数操作必须有时钟脉冲CLK上升沿配合，故称为同步置数。在MR=PE=1的条件下，当CEP=CET=0时，不管有无CLK脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。当MR=PE=CEP=CET=1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回0000状态。当计数控制端CET=1，且触发器全为1时，进位输出为11，否则为0。图2-4 74LS161的逻辑电路图74LS161功能表如下表所示：表2-1 74LS161功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出/MR/PECEPCETCLKP0P1P2P3Q0Q1Q2Q3LLLLLHLP0P1P2P3P0P1P2P3HH保持HH保持HH计数2.2.4 驱动器74HC245由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。在译码之前应先用一个8位双向总线驱动器用于控制面板之间的联系。74HC245为总线驱动器，典型的CMOS型三态缓冲门电路。 74HC245的逻辑电路图如图2-5所示：第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。 第29脚“A”信号输入输出端，A1=B1A8=B8，A1与B1是一组，如果DIR=“1”，OE=“0”，则A1输入B1输出，其它类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其它类同。 第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。 第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。 第10脚GND，电源地。 第20脚VCC，电源正极。由于这个显示系统中只是由控制面板向显示面板发送数据，故将74HC245的DIR引脚接高电平。由于不需要隔离，所以将/E接地，形成一个A端输入数据B端输出数据的模块，同时，74HC245具有驱动作用。图2-5 74HC245引脚图74HC245功能表如下表所示：表2-2 74HC245功能表/EDIR功能LL数据从A端传送到B端LH数据从B端传送到A端H隔离2.2.5 译码器74LS138译码的功能是将具有特定含义的二进制转换成对应的输出信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。在本设计中，由74LS138译码器接收由计数器74LS161送来的二进制计数信号，输出依次导通由三极管控制的行扫描电路。74LS138引脚图如图2-6所示：图2-6 74LS138的引脚图74LS138是3线8线译码器。该译码器有3位二进制输入A2、A1、A0，它们共有8种状态组合，即可译出8个输出信号/Y0/Y7，输出为低电平有效。此外，还设置了E3、/E2和/E1这3个使能输入端，为电路功能的扩展提供了方便。当E3=1，且/E2=/E1=0时，译码器处于工作状态。功能表如表2-3所示：表2-3 74LS138功能表输入输出E3/E2/E1A2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL2.2.6 串行输入并行输出移位寄存器74LS59574LS595是串行输入八位并行输出带有锁存功能的移位寄存器，该芯片内部由数据移位触发器和三态输出锁存器组成。其引脚图如图2-7所示：7图2-7 74LS595的引脚图SER为串行数据输入端，O0O7为并行输出端，Q7为串行输出端，通常将它连下一个74LS595芯片的SER端，从而实现多片74LS595的级联，/SRCLR为清零端，低电平时将移位寄存器的数据清零，通常将它接VCC，SRCLK为移动脉冲输入端，上升沿时数据寄存器的数据移位，O0-O1-O2-.-O7，下降沿移位寄存器数据不变，RCLK为锁存脉冲输出端，上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常将RCLK置为低点平，当移位结束后，在RCLK端产生一个正脉冲更新显示数据，/E为输出使能端，高电平时禁止输出（高阻态）。在正常使用时/SRCLR为高电平，/E 为低电平。从SER每输入一位数据，串行输入时钟SRCLK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。本设计利用AT89C52单片机控制该芯片的并行输出端驱动八段码（LED）组成大屏幕显示屏。对每个显示模块中的数据输入及每位LED数码管的输出驱动采用串行移位输入8位并行锁存输出的74LS595芯片，由于一行有80列，所以采用10个74LS595芯片级联。若将串行数码D0D1D2D3D4D5D6D7从高位（D7）到低位（D0）按时钟序列依次送到SER端，则74LS595的状态表如下表所示：表2-4 74LS595的状态表SRCLKO0O1O2O3O4O5O6O7第一个上升沿之前1D72D6D73D5D6D74D4D5D6D75D3D4D5D6D76D2D3D4D5D6D77D1D2D3D4D5D6D78D0D1D2D3D4D5D6D72.2.7 电平转换芯片MAX232MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电。由于电脑串口RS232 电平是10V至10V ，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0至+5V，MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2 驱动器、2 接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F 电平。该器件符合TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F 电平转换成5V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将TTL/CMOS 电平转换成TIA/EIA-232-F 电平。其引脚图如图2-8所示：图2-8 电平转换芯片MAX232第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚(R1OUT)、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5V）。主要特点：（1）只需要单一 +5V电源供电。（2）片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能产生+10V和-10V电压。（3）高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。（4）内部集成2个RS-232C驱动器。（5）功耗低，典型供电电流5MA。（6）符合所有的RS-232C技术标准。2.2.8 锁存器74LS373在本设计中，74LS373用于锁存从单片机送出的地址信息。74LS373是八D锁存器，常应用在地址锁存及输出口的拓展中。其引脚图如图2-9所示：图2-9 74LS373的引脚图74LS373内有8个相同的D型（三态同相）锁存器，由两个控制端输出使能端/OE和锁存控制端LE控制。当/OE接地时，若LE为高电平，74LS373接收地址信号；如果LE为低电平，则将地址信号锁存。74LS373的输出端Q0Q7可直接与总线相连。当三态允许控制端/OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当/OE为高电平时，Q0Q7呈高阻态，既不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。引脚图如图2-8所示：真值表如表2-5所示：表2-5 74LS373真值表DnLE/OEQnHHLHLHLLLLQ0H高阻态2.2.9 非易失性存储器DS1230DS1230是为了存储从上位机下载下来的字模数据，在本设计中，为了使单片机在断电后，存储在其中的数据仍能保持不丢失，以致于使下次通电后，不需要再通过从上位机下载数据，而是直接将其中的数据送到显示屏显示，需采用能掉电保持数据的非易失性存储器DS1230构成片外存储系统。DS1230为静态非易失SRAM。每个NVRAM均自带锂电池及控制电路，控制电路连续监视VCC是否超出容差范围，一旦超出容差范围，锂电池便自动切换至供电状态、写保护将无条件使能、防止数据被破坏。DIP装封的DS1230器件可以用来替代现有的32K8静态RAM，符合通用的单字节宽、28引脚DIP标准。DIP器件还与28256EEPROM的引脚匹配，可直接替换并增强其功能。小尺寸模块封装的DS1230器件专为表面贴装应用设计。该器件没有写次数限制，可直接于微处理接口、不需要额外的支持电路。引脚说明：A0-A14地址输入线，D0-D7双向数据线，/CE片选信号，/WE写允许信号，/OE输出允许信号，VCC电源（5V），GND电源地，NC未接。其引脚图如图2-10所示：图2-10 DS1230引脚图第2.3节 LED扫描显示电路的工作原理本设计采用的LED显示屏由5个1616的单色发光二极管点阵显示模块组成，组成1680的高亮度发光阵列，它可以显示5个1616二极管点阵汉字、字符或数字。用74LS161、74HC245、74LS138、驱动三极管组成行动态扫描驱动电路；74LS161、74HC245、74LS595组成80列列锁存驱动电路，由AT89C52控制其实现对1680点阵的LED发光二极管显示屏的行列动态扫描。汉字点阵显示原理：以UCDOS中文宋体字为例，每一个字由16行16列的点阵显示组成。即国标汉字库中的每一个字均由256个点阵来表示。我们可以把每一个点阵理解为一个像素，而把每一个汉字理解为一幅图像。我们以汉字“药”字为例，来说明汉字的点阵扫描显示原理。点阵图如图2-11所示。图2-11 汉字的点阵图由图可得到此汉字的1616点阵，将此点阵拆分成4个88点阵，即左上、右上、左下、右下，可得到其字模。字模：左上：04H，04H，FFH，04H，10H，10H，20H，45H，右上：40H，40H，FEH，40H，80H，80H，FCH，04H，左下：FAH，10H，20H，FCH，00H，1CH，E0H，40H，右下：04H，84H，44H，44H，04H，04H，28H，10H，这32个字节对应图2-11中的每8个点。扫描过程如下：先由AT89C52单片机将第一行字模“04H，40H”送入列锁存驱动电路，由列锁存驱动电路锁存保持，但此时第一行的LED显示灯不亮，等到行动态扫描电路选通第一行时，才点亮第一行中的像素为“1”的显示灯，延时几毫秒后关第一行，再送第二行字模，将第二行字模锁存保持，当行动态扫描电路选通第二行时，点亮第二行中像素为“1”的显示灯，以此类推，依次循环点亮每一行，即可显示出一个完整的汉字，实现对汉字的点阵扫描显示。2.3.1 LED点阵显示屏的结构及工作原理本设计中的LED显示屏由20个88的单色发光二极管点阵模块组成。一个88发光二极管点阵显示模块的内部结构图如图2-12所示：图2-12 LED点阵显示屏的内部结构图88点阵显示模块共需要64个发光二极管，每个发光二极管是放置在其所在的行和列的交叉点上，当对应的某一行置为高电平，某一列置为低电平时，则相对应的发光二极管就会点亮。比如说，若要将左上角第一个二极管点亮，则行1接高电平，列1接低电平；若要将第1行点亮，则将行1接高电平，列2到列8接低电平即可；若要将第1列点亮，则将列1接低电平，列2到列8接低电平即可。2.3.2 行扫描电路的工作原理本点阵显示阵列需要实现对5个1616点阵汉字的扫描显示，采用了20个88点阵LED显示模块的拼接。将同一行的88点阵LED显示模块的行扫描口并联在一起，一共16行以达到行扫描的目的。再将每一个88点阵LED显示模块的列扫描口并联在一起，共80列以达到列扫描的目的。将要点亮的行扫描口加上高电平，同时控制列扫描口的高低电平就能控制一行的显示灯按要求点亮。如此逐行扫描，依靠快速的扫描来完成点阵汉字的显示效果。行动态扫描电路由计数器74LS161、驱动器74HC245、译码器74LS138以及行驱动三极管组成，其电路图如图2-13所示：图2-13 行扫描电路首先，由计数器74LS161进行加计数，将计下的数以四位二进制数的形式经驱动器74HC245送入译码器的输入端，由译码器产生译码信号，从而依次导通由三极管控制的行扫描电路。在本设计中，由于要产生16行的扫描信号，所以74LS161需要从0000计到1111，所以需要采用由两片“3-8”译码器74LS138扩展成的“4-16”译码器，只要将四位计数信号加到4个输入端，则16个输出端“Y0Y15”的对应输出端输出低电平其它输出端输出高电平。当74LS161的输出端Q0Q1Q2Q3为“00001111”时，由于Q0为0，由图2-13可知U4的/G2A端为低电平，因为/G2A引脚为低电平有效，所以U4选通，而U5的G1端为低电平，因为G1引脚高电平有效，所以U5没有选通，所以只在U4的输出端输出有效电平，依次点亮L0 L7行；同理，当74LS161的输出端为“10001111”时，U5选通而U4没有选通，只在U5的输出端输出有效电平，依次点亮L8L15行，这样，即实现了对16行点阵的动