【毕业学位论文】(Word原稿)PC机控制LED汉字显示器-计算机科学与技术

牡丹江师范学院学士学位论文 控制 字 显示器 姓 名： 刘 冰 指导教师： 曹望成 系 别： 计算机科学与技术系 年 级： 2006 级 专 业： 计算机科学与技术 控制 字 显示器 I 目 录 摘 要 . 文摘要 . 前言 . 1 2 系统结构与硬件设计 . 1 体框图 . 1 统结构 . 2 件设计 . 2 片引脚功能 . 2 S232 工作原理 . 3 位电路 . 4 示器结构与原理 . 4 件电路图 . 4 B 界面图 . 5 3 程序设计 . 6 序流程图 . 6 位机程序 . 8 位机的基本原理 . 8 序清单 . 8 位机的说明 . 12 B 环境下通讯程序的设计 . 12 字译码原理 . 16 件清单 . 20 4 总结 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 附录 . 24 控制 字 显示器 要 ： 本文给出 阵显示屏硬件设计的基础上，显示的分析了阵显示屏的软件控制方法，给出了实现显示控制的算法，说明了在 用程序中，通过调用微机汉字库模，实现微机对显示屏内容进行控制的方法 。 实现汉字字模转换，此字模转换程序丰富了单片机系统开发工具的功能，是包含液晶显示功能的单片机系统在系统调 试和开发过程中不可或缺的功能模块。 关键词 ： 阵 ； 动态显示 ； 算法 ； 动态链接库 控制 字 显示器 C On of ED ED at of in B it of of by of CD is in an C 机控制 字 显示器 1 1 前言 1 单片机的概念 ， 顾名思义， “ 单片机 ” 就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括 并行口 (串行口 (定时器 /计数器(中断系统 (系统时钟及系统总线等 1。 2 阵电子显示屏是微电子技术，计算机技术，信息处理技术于一体的显示屏系统，随着社会的信息化， 示屏它以亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外显示的理想选择，它作为一种搞笑直观简介快捷的信息工具，正日益广泛的应用于汽车报告站器，广告屏，银行，医院等。本设计介绍一种是用的 6 点阵汉字显示屏的制作，同时降低设计难度，仅作了一个字的显示，世纪是用时刻根据这个原理自行扩充显 示的字数。本设计通过单片机控制汉字静态显示，显示内容由微机发送，利用 写实现微机和单片机之间的通讯 2，实现微机对显示内容的控制。下面为大家做一个简单的介绍 。 2 系统结构与硬件设计 体框图 控制部分 8051 下位机显示部分 如 图 2 2051 下位机显示部分 控制 051 下位机 示部分 阵 控制 字 显示器 2 统结构 本系统主要由 源电路，震荡电路，和显示电路组成 。 1) 本智能显示器采用 8051 单片机控制器 ， 1 单片机有四个并行 I/O 口，32 跟输入 /输出线，单片机利用 I/O 口作为地址和数据总线与外围 设备进行数据交换 ， 8 为单片机数据总线为 8 根，访问 64K 的存储空间，需要 16 根地址线。受到引脚的限制， 1 单片机地址线和数据线是通过 I/O 引脚复用实现的，扩展时将 作为低 8 位地址 /数据线， 作为高 8 位地址数据线。 2) 电源电路 8051 单片机采用电源电 压 5V，它的最高上限电压为 了避免 作不稳定，经常使用稳压器对给入 电源电压进行稳压以及达到使单片机正常工作的目的 。 3) 振荡电路 指令执行是靠机器周期进行存取的，因此 正常工作离不开稳定的振荡频率，由于石英晶怎当频率稳定，常采用 12石英晶振作为单片机的振荡器使用 。 4) 显示电路 大屏幕显示器在生活中应用的十分广泛，不仅能显示汉字，还可以显示图形图像，而且能产生各种动画效果，是广告宣传，新闻传播的有力工具，其应用也越来越普遍。本系统采用 16*16示，利用 列 成 16 行 *16 列的矩阵，在通过单片机 I/O 输出控制 亮和灭，达到显示汉字的效果。 件设计 片引脚功能 作为通用 I/O 和地址数据总线使用 。 是 8 位锁存器组成的特殊功能寄存器 ，它是通用的输入输出接口，有三种工作方式：输入输出和端口 。 控制 字 显示器 3 可作为通用 I/O 口也可作为单片机 扩展时候的地址总线 。 除了可作为通用 I/O 口外，还具有第二功能如 行输入通道）行输出通道） 。 S232 工作原理 上位机、下位机的接口，中间的电平转 换电路 6。该系统采用三线制，独占口方式。 32 它广泛地被借来用于计算机的数据发送和接受（ 更准确的说，是计算机接口与终端或外设之间的近端连接标准 ） 。 由于在计算机系统中，往往是 I/O 设备之间传送信息，双方都能发送和接受。大多数的 为接口使用一个 9 针 插入式 D接器 3。这些串行口只包 9 个信号。这个较小的连接器可分为 在扩展卡的后不面板上的其他连接器留出了更多的空间。这个连接器也被称作 ， E 表示这个外壳的大小。有些资料将它称作 ， 9 针连接器有不同的命名，尤其是 对 25 针连接器上的 19 针上的信号。容易混淆的是2 和 3 是颠倒的， 2 为 3 为 端口说明（ 部分） 上的串行口是 9 针公插座，引脚定义为： 1 载波检测 接受数据 3 发送数据 4 数据终端就绪 5 信号池 6 数据装置就续 7 请求发送 8 清除发送 9 振铃指示 接方式最简单的是用 3 根导线连接。连接交换 ，因此每个 接到对应的 果设备部使用硬件握手，这样就可以 完成通信。 控制 字 显示器 4 位电路 计算机在启动运行时都需要复位，复位使中央处理器 系统时其 他器件都处于一种初始状态，并从这个初始状态开始工作， 列单片机有一个复位引脚 。输入一个高电平信号，该高电平信号至少要维持两个机器周期（或者 24 个时钟周期）以上时间，单片机被复位，为了可靠复位，复位时间一般在 10 脚变为低点评时，单片机推出复位， 初始状态开始工作。这里的设计中我采用上电自动复位电路，在 位引脚端接一个电容至 +5V 和一个电阻至地端，实现上电自动复 位。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在 电平时间足够长久能使单片机有效地复位。 示器结构与原理 几十年前人们已经了解半导体材料可产生光纤的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。 英文 光二极管）的缩写，它的基本结构式一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层，成为 。在某些半导体材料的 中，注入的少数载流子 与多数载流子复合式会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理自作的二极管叫发光二极管，通称 当 它 处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外线到红外线不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。将 块按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示电路，直流稳压电源，软件，框架及外装饰等 ，即构成一块很快的刷新频率，如刷新速度跟不上，会造成电平画面晃动和闪烁 。 件 电路图 硬件图的说明： 如图 2通过 8051 相连（本图没有画出 接用 8051的 6*16控制 字 显示器 5 点阵 5发送数据， 作为 选信号通过 74左至右对 于扫描时间很短，我们就觉得好像是同时在亮从而达到显示汉字的效果。（图中 图没有画出来） 2件电路图 B 界面图 界面说明：如下图 2机输入，光标移至白色的输入框里，选择适当输入法输入汉字。如果汉字超过要求的字符，跳出简单的提示。没有超过可继续单机转换，汉字通过 序调用汉字库的 16 进制代码，统计数据字符个数显示在数据所描述的白色框内，选择端口号（只有 效。打开串口，如果串口正常，串口变显示绿色，可单击发送数据，数据传播。如果不能传播，出错变红。如果正常，正常变绿。数据能够传输，传输变绿。关闭串口停止传播。 控制 字 显示器 6 图 2B 界面图 3 程序设计 序流程图 图 2序流程图 开始 初始化定时器 始化串行口 启动定时器 放中断 主程序踏步 控制 字 显示器 7 图 2序流程图 终端服务程序 显示程序 保护现场 接收地址 与本机地址相同否 回送本机地址 接收 发来的字符 显示程序 恢复现场 中断返回 显示程序初始化法 软件延时 100 毫秒 定每个字停留时间 每个字 16 码 取码输出到 扫描 1 毫秒 清除屏幕 16 码是否完成 停留时间是否到达 256 个码是否完成 控制 字 显示器 8 位机程序 位机的基本原理 单片机控制，由于单片机的总线为 8 位，一个字需要拆分为 2 个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由 8*16 点阵组成，下部也 由 8*16 点阵组成。 在单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即 0 列 。方向为 上往下排列，即可得二进制代码，转换为 16 进制，就可得到它第一列上半部分的转换后的数。 上半部第一列完成后，即从 向扫描，可以类似的得到转 换后的数，然后单片机转向上半部第二列，得到 16 进制数。这一列完成后继续进行下半部分的扫描，谁亮谁为 1。 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描 32 个 8 位，可以得出汉字的扫描代码。 由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来 分析出它的扫描代码从而先死在屏幕上。 不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，我们就不必自己去画表格算代码了。软件打开后输入汉字， 点 “ 捡取 ” ， 16 进制数据的汉字代码即可自动生成，作为静态的显示屏我们可以利用字模生成软件把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。 控制我们就可以留下一个存储空间专门来接受 发送过来的转换数据 6，在通过显示程序显示出来。 我们把行列总线接在单片机的 ,然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。在这个例子里，由于一共用到 16 行 16 列，如果将其全部 接入 51 单片机，一共使用 32 条 ，这样就造成了 源的耗尽，系统也再无扩充的余地。世纪应用中我们使用 416 线译码器 741完成列方向的显示。而行方向 16 条线则接在 。 序清单 开始 000H 控制 字 显示器 9 023H 始化定时器 20H 初始化 00始化串行口 0 串行口为方式 3， 1 80H 1 1,#40H 接受数据区起始地址 2,#32 接受数据块长度送 动定时器 开启 放中断 A 开启中断允许控制位 S 串行中断允许控制 主程序踏步 踏步等待 中断服务程序 A 保护现场 收地址 A, 接收地址 控制 字 显示器 10 与本机地址是否相等 A,#01H 与本机地址进行比较 与本机地址不符则返回 置单片机为接受数据状态 送本机地址 ,#01H 发送本机地址给 等待发送完毕 受 发来的字符 1,$ 接收一个字符 1 接收一个字符后清 存入内存 1 接收数据块指针加 1 2, 若未接收完，则继续接收 显示程序 ,#0 清除画面 0,A 清除 2,#00 清除 3,#200 赋值废 延迟程序 100 毫秒 4,#250 3,$ 3,0H,#00H 取码指针的初值 100 每个字停留的时间 16 每个字 16 个码 00H 扫描指针清零 0H 取码指针存入 C 机控制 字 显示器 11 A, 扫描指针存入 A 扫描输出 扫描指针加 1，扫描下一个 A, 取码指针存入 A 40H 取数据表的上半部分的代码 A,A+ 输出到 取码指针加 1，去下一个码 A,40H 取数据表下半部分的代码 A,A+2,A 输出到 02 扫描 1 毫秒 248 A,#00H 清除屏幕 00H 3 一个 16 个码是否完成 16 每个字停留时间是否到了 0100 8 个字 256 个码是否完成 恢复现场 C 机控制 字 显示器 12 位机的说明 在采用以 为控制中心的控 制系统中，通常 需 要单片机采集数据，然后用异步串行通讯方式传给 ， 单片机进行控制，如果系统不很复杂，可通过控制键控制收发过程，在必要的地方自动接收装置，使定时控制和通讯过程完美的结合起来。这样，可以免去 握手 协议的繁琐过程，简化编程，提高速度。 有面向对象的设计方法，有好的用户界面，简单方便的串行通讯和实用性强等优点，不用借用其他语言就可以开发出优秀的控制系统 通讯软件。这里介绍在 B 来实现 与单片机之间的串行通讯。 B 环境下通讯程序的设计 供 了串行口控制 为应用程序提供串行通讯。该控制件屏蔽了通信过程中的底层操作，程序员可以设置、监视 件的属性和事件，结合件即可完成对串行口的初始化和数据的输入输出工作。 件的主要属性如下： （ 1） 置并返回通讯端口号。端口号可以设置为 116 的任何数，如 表示设置当前通讯端口为 （ 2） 置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。一个包含四部分的字符串：第一部分为波特率；第二部分为奇偶校验， N 表示不校验， M 表示符号检验， E 表示偶检验， O 表示奇校验， S 表示空格校验；第三部分为数据位数，其可选值为 4， 5， 6， 7， 8；第四部分为停止位位数，其可选值为 1， 2。 能够的缺省值为 9600， N， 8，1。 （ 3） 置并返回通讯端口的状态，也可以打开和关闭端口。 （ 4） 接受缓冲区返回和删除字符。该属性在运行时为只读。 （ 5） 置并返回每次 性慈宁宫接收区中 读取的字符数。性的缺省值为 0。设置 0 时， 读取接受缓冲区的全部字符。 （ 6） 传送缓冲区写数据。要传送的数据可视文本数据或二进制数据。 控制 字 显示器 13 （ 7） 回最近的通讯时间或错误。只要有通讯错误或事件发生错误时就会产生 件。 性中存有该错误或事件的数值代码。 件的主要属性如下： 回或设置一个值，该值用来确定一个窗体或控件是否能够对用户长生的时间做出反应。通过把 置为 使 件成为无效，竟取消由控件的 性所建立的倒计时数。 回或设置对 件的计时时间调用间的毫秒数。 件的性决定该控件是否对时间的推移做出响应。将 置为 关闭 件，设置为 打开 件。当 件置为有效时，倒计时总是从其 性设置值开始。创建 件程序。可通过 每次时该做什么。 件和 性设置为 ， 在 程。为实现通讯程序，须在 发环境下设置一个用做控制通讯的窗体。窗体导航主要有一个通讯控件 两个 件。特点是事件驱动，定时器件会定时触发响应事件的驱动程序。发送单片机命令为了使主机能够对整个检测过程进行实时控制，需要在发送命令以后设定等待的时间，也可以通过条件判断下一步是发送还是接收命令。对发送的命令们可能是文本方式或二进制代码。在发送二进制代码时，应特别注意发送的格式。发送命令过程是一个带参过程 ，这样可使发送 命令简便易行。具体程序如下： 送单片机命令过程（ s 出命令（ 1出命令（ 1） = 出命令 收数据 ： 接收数据是一个被动的过程，可以通过函数来实现，由定时器开启。在接受过程中，多数用特征字符，如 #等。这些需要自通讯协议中约定。 收数据（） C 机控制 字 显示器 14 =从串行端口读 响应 2) 接收数据 =件来控制通讯中的发送命令和接受数据过程，在通讯程序中设置两个件分别控制发送单片机命令和接收单片机数据。为了实现一台 和多单片机之间的通讯，可在一个 件的过程中，在发送命令之前设定命令参数和要接收数据的单片机号，突然后发送单片机命令；在另一个 件的过程中，根据发送前设定的单片机号，接收不同单片机的数据。 件控制程序如下： 发送命令主控程序 送单片机命令 (任务 1) 动自动接收 送 单片机命令 (任务 2) 关闭自动接收 00 动定时器接收机号 =1 送单片机命令 (任务 3) 关闭自动接收 00 动定时器接收号 =2 控制 字 显示器 15 接收数据主控程序 号 接收数据（机号） 务 2 接收数据（机号） 务 3 n 接收数据（机号） 务 n 动接收、监控总线状态和通讯错误的处理 。 自动接收、监视总线状态和通讯错误的处理可以通过 件实现。 程中只要设置 过程。由于外界干扰或电压波动等原因， 壳单片机之间的通讯可能会出现错误，如接收缓冲区溢出、网络端口超速等。这些可能发生的时间都能在代码中引起运行错误。为了处理这些错误，需要经错误处理代码添加到程序中。通过控件总的 件可以捕捉和处理错误。在通讯过程中所发生的通讯错误是 性返回的。当 性值发生改变时，表明有通讯错误，就会产生 件。同时，可以利用自动引发 件的特点在接受过程中加入状态显示码。这 样可以监视通讯线控制 字 显示器 16 路状态，得到单片机和主机及单片机和单片机之间的通讯进程。通讯错误的处理程序如下： 动数据接收、监视总线通信信息 正在执行任务 1 讯错 误处理 X=,16) 错误处理 据丢失 X=数据丢失！ ， 16) 错误处理 汉字译码原理 收录了汉字、图形符号等共 7445 个，其中汉字 6763 个，按照汉字使用的频度分为两级，其中一级汉字 3755 个，二级汉字 3008 个。汉字、图形符号根据其位置将其分为 94 个 区 ，每个区包含 94 个汉字字符，每个汉字字符又称为 位 。其中 区 的序列 号由 01 区只区， 位 的序列号也有 01 位至 94 位。若以横向表示 位 号，纵向表示 区 号，则 区 和 位 构成一个二维坐标。给定一个 区 值和 位 。 值就可以确定一个唯一的汉字或图形符号。即 4 位阿拉伯数字就可以唯一地确定一个汉字或符号。如 北 字的区位码是 1717，而 京 字的区位码是 3009。前两位是 区 号，后面两位是 位 号。其中 1 至 15 区时各种图形符号、制表符和一些控制 字 显示器 17 主要国家的语言字母， 16 区至 87 区是汉字，其中 16 区至 55 区时一级汉字， 56 至87 区时二级汉字。 件中的文件 文件 别为 16*16 的国际汉字点阵文件和 8*16 的 码点阵文件， 按汉字区位码从小到大一次存放国标区位码表中的所有汉字，每个汉字占用 32 字节，每个区为 94 个汉字。而 件中按 码从小到大一次存有 8*16 的 码点阵，每个 码占用16 字节。 文本文件中，汉字是用机内码的形似存储的，每个汉字占 2 字节，其中第一个字节为机内码的去码，汉字机内码的区码范围是从 0六进制）开始，对应区位码中区码的第一区；而机内码的第二个字节为机内码的位码， 范围也是从0六进制）开始，对应谋取中的第一个位码。就是说将汉字机内码减去 0如汉字 北 的机内码是十六进制的 其中前两位示机内码的区码，后两位 示机内码的位码。所以 北 的区位码为0111H,将区位码和位码分别转换为十进制，得汉字 北 的区位码为 1717。即 北 的点阵位于第 17 区的第 17 个字的位置，在文件 的位置为低 32(1794+(17=486402个 字节为 北 的显示点阵。用 利用其边际功能中的缓冲区边际查找到864D 是十进制，竟其转变为十六进制后得 始的 32 个字节： 04 80 04 80 04 88 04 8 04 C 4 80 04 80 04 80 04 80 04 80 04 80 1C 82 2 44 7E 00 00(以上全为下十六进制 )，将其写在 1616 点阵方格纸上。由此可以理解 其相互逻辑关系。 我们以 问宋体字库为例，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由 256 点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅画像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在 256 像素范围内的任何图形。中文 作系统的出现使得高级开发平台实现全中文的提示和界面非常容易和方便。在一般的应用程序中已经很少需要去专门考虑汉字处理的问题。 对汉字处理， 要是提供了一些输入法设置的支持。它提供了一个性和 数 7来确定和设置输入法的状态。而且此属性和方法控制 字 显示器 18 只在 东亚区版本中有效。 数返回一个整数，用来指定当前 输入法（ 式 。 下面是中文地区的返回值： 不安装 省 ) 打开 性返回或者设置被选定的对象的 入方法编辑器 )状态。可以利用 数来检测当前的输入状态，并用 (预定值 )、 =1(切换为中文输入 )、 =2(切换为英文输入 )。 对 于简体汉字和繁体汉字 能使用设置 0 到 到 10 对于汉字系统是无效的。 能上对汉字出路的直接支持也仅限于此。对于汉字字符串的处理， 没有提供专门的函数和方法。 各个版本的 汉字的长度为 2 字节。 从 32 位版本以后，不管中英文字，均以 2存储，这与中文 汉字内核有关。但是 偶， 为每个汉字的长度为 于 字符串函数认为一个汉字和一个西文字符的长度都为 1，因此处理汉字字符串 8时邮一 定的难度。实现上必须能把汉字按照两个字符（字节）的形式读出。因此在街区汉字字符串的子串时需特别注意。由于汉字处理和汉字字模存储的特殊性，在许多情况下我们希望汉字字符的长度为 2，英文字符为 1 由于 此处理汉字时首先必须能正确判断汉字字符串的长度 。 在 C+里，汉字的 码均大于 0，而 汉字的 小于 0。因此通过判断一个未知字符的 码就可以判断该字符是否是汉字。 汉字字模读写和存储的机理 计算机是以编码的方式来处理和使用字符的。西方字符采 用一字节表示，即码 ，一般只用七位来表示 128 个字符，而把最高位用做奇偶校验（或者不用）。我国国际规定汉字用内码表示，内码为两个字节。为了保证中西文兼容，也就是说汉字系统的内码必须同时允许 码和汉字的使用 ，两者之间不应发生冲突。 目前规定每个字节只用七位，若两个字节的最高位均为 1，则给字符为汉字。 国际对汉字字库的结构作了统一规定，即将字库分成若干个区，每个区有 94控制 字 显示器 19 个汉字，每个汉字在字库中有确定的区和位，因此每个汉字各有一个区为码，知道了区位码也就相当于知道了汉字在字库中的位置。由于汉字的内码与区 位码有一定的关系，所以只要通过汉字的内码就可得到该汉字的区位码，也就得到了该汉字的字模。查找一个汉字字模数据的算法为： 汉字内码 区位码 记录号 字模数据 一个 16 点阵汉字其字模数据供油 32 字节，可以看做是一条记录，在程序中可以用一个数组存放。在 图形模式下， 汉字是通过描点的方法逐点画上去的。读取字模中每个字节的每一位，就能确定汉字中的每个点。故一个 1616 点阵的汉字必须要 32 个字节的字模数据才能确定 9。 以下是 图形模式下显示一个 1616 点阵汉字时的描点顺序图。每两个字节的字模数 据确定一行。 实现汉字字模转换的技巧 在许多工程控制的应用环境中，经常需要对标准的汉字字模进行调整和转换。 要对汉字字模进行转换首先应该正确地读出 16 点阵汉字在字库中的 32 字节的字模数据 10。设某一汉字的内码为 中 示内码， 示为内码，则 该汉字的区码， 该汉字的位码。则该汉字在字库中的位置为： ( 94+(32 需要注意的是，以何种方式从字库文件中读取这 32 字节也是一个关键问题。由于二 进制 (式访问文件可以直接查看文件中指定的字节，而且二进制方式也是唯一支持用户到文件的任何 位置 读写 任意长度数据的方法。因而以二进制方式打开汉字字库文件时最适合的。 然提供了较强的位运算功能，但是对于在字模转换中使用较到的移位操作，却没有提供对应的移位运算符、指令或函数。其实通过 )、 )二个位运算符即可编制一个自定义子函数来实现位移运算。 图形点阵显示在现代单片机系统中式一种十分常用的显示设备， 、手机上的显示屏就是图形点阵。它能显示汉字和图形，与行列式键盘组曾了单片 机系统中最常用的人机交互界面。但是直接从中文系统汉字字库中提取的汉字字模