(毕业论文)基于单片机滚动字幕设计(可编辑)【大学毕业论文】

1、（毕业论文）基于单片机滚动字幕设计 基于单片机滚动字幕设计专业班级姓名目 录引 言31 LED显示屏系统原理611 LED器件的工作原理612 基于LED显示屏的大屏幕显示系统的组成813 简易LED显示屏系统的硬件组成1114 简易LED系统的软件系统122 系统硬件设计1421 整体设计分析1422 处理器选取原理及功能介绍1523 行驱动电路设计2024 列驱动电路设计2125 数据存储器接口设计2626 串行接口电路273 系统软件设计3031 上位机系统软件设计3032 下位机系统软件设计3233 特效显示程序设计3434 汉字提取程序设计384 系统调试4041 硬件调试4042

2、软件调试41结 论44致 谢45参考文献46附录1系统实物图48附录2硬件电路图49附录3 程序代码50摘 要伴随着当今高度发展的信息时代传统的移动车库门显示屏控制系统已经不能满足人们对信息显示的需要当今涉及电子电路集成电路信息图象处理信息传输及电子产品安装工程等相关技术的LED显示屏在信息领域显得尤为活跃在各行业的应用和普及方面也取的了长足的进步设计基于AT89S51单片机的简易LED显示屏该显示屏系统采用PC机加单片机组成的上下位机方式其中PC机用于更新信息数据单片机用于控制硬件扫描及显示电路上下位机之间采用RS-232通信标准系统软件是由用C Builder 编写的上位PC控制及通信软件

3、和C语言编写的显示屏控制软件两部分组成硬件处理器选用AT89S51LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面显示屏幕它具有发光率高使用寿命长组态灵活色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点LED显示屏发展较快被广泛的用于公交汽车商店体育场馆车站学校银行高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传本文讲述了基于AT89C51单片机16X64LED汉字点阵滚动显示的基本原理硬件组成与设计程序编写与调试protel软件等基本环节和相关技术关键词单片机点阵显示屏数据控制AbstractWith todays highly developed information traditional mo

4、bile garage door screen control system can not meet the needs of the people on the information display Today LED display which involves electronic circuit integrated circuit information image processing information transmission and electronic products and other related technologies installation has

5、particularly acted in the field of information in the application and popularization of various industries and also taken great strides This paper designs a simple LED-based display AT89S51 microcontroller The display system is composed of PC plus the Upper and Lower MCU mode PC which used to update

6、 the information data microcontroller used to control the hardware scan and display circuit between the upper and lower computer using RS-232 communication standard System software is written using C Builder the upper PC control and communication software and C language written display control softw

7、are Hardware processor selects AT89S51 LED dot matrix display is flat display screen which is use light-emitting diode pixel module or modules It has high light long life flexible configuration color-rich and strong adaptability indoor and outdoor environment LED display develops rapidly so is widel

8、y used in public transport vehicles shops stadiums railway stations schools banks highways and other public places information publishing and advertising This paper describes the characters such as display principle the hardware composition and design programming and debugging protel software抯 basic

9、 parts and related technologies which bases on AT 89C51 microcontroller 16X64LED scrolling dot-matrixKeywords SCMlatticescreendatacontrol引 言电子显示屏是以发光二极管为显示材料结合计算机控制技术与图像处理技术的高亮度显示设备发光二极管简称LEDLight Emitting diode是利用半导体P-N结电致发光原理产生红绿蓝等颜色LED具有高亮度色彩鲜艳稳定性好功耗低发光效率高无污染寿命长等优点被誉为照亮未来的技术的LED渐渐走近了我们的日常生活并将推动显示

10、器领域发生一次革命性巨变LED显示器技术的发展速度超出了专家的预测作为一个新兴产业10年内LED显示器有望达到30亿美元的产值液晶显示器也将和CRT显示器一样退出主流舞台LED电子显示屏作为继电视广播报纸杂志之后的第五大媒体且因为它与电视墙等离子显示器磁翻板霓虹灯等媒介相比具有上述优点而广泛应用于各类场所早期的LED只有红色或绿色因此只有单色或双基色1993年日本日亚化学工业株式会社NICHIA开发出了蓝色高亮度发光二极管从此显示屏开始进入全彩色时代中国LED领域的技术创新仍较薄弱发光材料制造和发光芯片制造是发展LED产业必须掌握的两大核心技术但在这方面国外巨头优势明显核心专利基本掌握在外国几

11、大公司如CREE欧司朗等手中我国LED外延和芯片制造的关键设备依赖进口这将成为制约我国半导体照明产业发展的软肋影响自主品牌的市场竞争力同时中国LED照明企业仍处于数量多规模小的状态中出现了低水平重复建设总体来说中国LED产业的发展瓶颈依旧无法回避核心技术缺乏标准不够完善成本偏高是主要发展瓶颈由于LED显示屏显示画面色彩鲜艳立体感强静如油画动如电影广泛应用于车站码头机场商场医院宾馆银行证券市场建筑市场拍卖行工业企业管理和其它公共场所因此LED显示屏具有非常强大的市场空间和前景现在国内外很多公司也在大力研发和生产LED显示屏随着信息化社会的形成信息领域愈加广泛LED显示屏应用前景更为广阔LED显示

12、屏产业自90年代以来在规模迅速发展的同时产品技术也推陈出新一直保持了在该领域内比较先进的水平早在90年代初国产的LED显示屏就具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术和无线遥控等代表了当时的国际先进水平的技术近几年在全彩色LED显示屏256级灰度视频控制技术集群无线控制多级群控技术等方面国内企业均拥有了居行业先进技术水平的产品这些产品被广泛应用于交通警车汽车车站码头体育广告银行证券商场邮政电讯机关单位等领域另外大型或超大型LED显示屏为主流产品的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LED显示屏会有较大提高面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富部分潜在市场需

13、求和应用领域将会有所突破如公共交通停车场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系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额具有良好的收益前景课题研究的目的及意义本论文以LED大屏幕显示系统设计思路为前提提出了基于51单片机的LED点阵简易显示屏设计方案论文详细论述了简易LED显示屏的硬件设计原理LED显示屏扫描驱动原理单片机控制电路的软件设计方法PC上位机控制及通信软件的设计以及特效显示方式软件的设计方法其主要目的是设计一款基于51单片机的简易LED显示屏实现汉字的上下左右和静态显示通过该课题可以学习到有关51单片机LED显示屏串口通信等知识了解LED

14、显示屏的行业动态和发展趋势可以提高动手能力编程能力自学能力等通过具体的毕业设计项目对大学学习的知识也是一个很好的检验机会1 LED显示屏系统原理11 LED器件的工作原理com LED发光二级管的基本原理发光二极管 light emitting diode LED 是一种把电能变成光能的特种器件当电流如图1所示通过它的时候可以产生可视的光图1 开启一个LED发光二极管的结构主要由PN结芯片电极和光学系统构成我们知道发光是一种能量转化现象当系统受到外界激发后会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态当系统由不稳定的高能态重回到稳定的低能态时能量差以光的形式辐射出来就会产生发光现象当在PN结上加以正向电

15、压之后P的空穴注入至N区N区的电子注入至P区相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合这些少数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光它是自发辐射发光不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布也不需要光学谐振腔发射的是非相干光com LED器件的驱动从LED器件的发光机理可以知道当向LED器件施加正向电压时流过器件的正向电流使其发光因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置同时为了控制它的发光强度还要解决正向电流的调节问题具体的驱动方式有直流驱动恒流驱动脉冲驱动和扫描驱动等本课题LED器件的驱动为扫描驱动 1脉冲驱动利用人眼的视觉暂留特性采用向LED器件重复通断供电的方法使之点燃就是通常所说的脉冲驱动方

16、式采用这种方式时应该注意两个问题脉冲电流幅值的确定和重复频率的选择首先要想获得与直流驱动方式相当的发光强度脉冲驱动电流的平均值就应该与直流驱动的电流值相同4其次是脉冲重复频率的问题通过视觉暂留特性知道脉冲重复频率必须高于24Hz否则会产生闪烁现象脉冲驱动的主要应用于扫描驱动2扫描驱动扫描驱动是通过数字逻辑电路使若干LED器件轮流导通用以节省控制驱动电路LED显示屏是将发光灯按行按列布置的驱动时也就按行按列驱动在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制也可以按列扫描按行控制所谓扫描的含义就是指一行一行地循环接通整行的LED器件而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该点亮某一列的LED器件是否应该点亮由

17、所谓的列控制电路来负责本课题采用按行扫描按列控制的方式4一个m行n列结构的LED显示屏当采用行扫描列控制的驱动方式时从H1到Hm轮流将高电位接通各行线使连接到各行的LED器件接通正电源但具体哪一个LED导通还要看它的负电源是否接通这就是列控制所要完成的工作12 基于LED显示屏的大屏幕显示系统的组成com 大屏幕LED显示系统的组成 图2 系统基本结构图由图2可看出该系统是由PC机和多台单片机组成的群显示LED显示系统PC机在控制中心作为上位机下位机采用单片机基于单片机的LED显示屏控制电路是系统的核心完成对LED显示屏的动态扫描控制PC机用于后级管理和控制 PC机与单片机之间采用RS-232

18、C通信标准由上位机发送信号各个下位机同时接收当各个显示屏需要显示不同内容时可以通过对不同编号的下位机传送不同的显示数据的方法来实现com 主要组成部分功能介绍 1 LED显示屏LED显示屏以发光二极管为像素由LED点阵显示单元拼接而成最常见的LED点阵显示单元有577988结构前两种主要用于显示各种西文字符后一种常用于显示各种汉字字符 2 以单片机为核心的动态扫描电路图3所示以单片机为核心的动态扫描电路是由单片机显示控制电路显示驱动电路组成单片机及相应软件主要负责存储显示数据安排控制信号的定时与顺序和PC机进行通信等图3 以单片机为核心的动态扫描电路图根据驱动方式的不同LED大屏幕显示方式可分

19、为静态显示和动态扫描显示两种静态显示是指将一幅画面输入以后要保持到下一幅画面的输入动态扫描是指将画面分为若干部分分别进行刷新静态显示每一个像素需要一套驱动电路如果显示屏为nm个像素屏则需要nm套驱动电路动态扫描显示则采用多路复用技术如果是P路复用的话则每P个象素需一套驱动电路nm个象素仅需nmp套驱动电路另外对于静态显示方式需要较多的译码驱动装置需要的引线也比较多对于动态扫描显示方式可以避免以上不足但是容易造成显示亮度低屏幕闪烁等问题在实际的LED大屏幕显示中很少有采用静态驱动的 对于以动态扫描方式工作的显示系统扫描时间的确定较为重要根据人眼的视觉暂留时间若每秒显示二十四帧以上便可得到稳定的显

20、示取每秒二十五帧即完成对全屏的一次扫描时间为40ms那么只要每次完成对全屏的扫描时间不超过该值将会得到较为稳定的显示从理论上讲显示屏的大小是任意的但从上面的分析可知显示屏做得越大即屏幕的点阵规模越大往显示屏上所送的数据就越多数据传输与控制的时间也会增加即完成一屏扫描的时间也将越长然而40ms的时间却是固定的多于40ms会有闪烁感在设计显示屏的大小时该因素是必需考虑的显示数据通常以字节的形式顺序存放在单片机的存储器中在行扫描列控制显示时把显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上这就存在一个列数传输方式的问题从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式它们各有优缺数据并行传输

21、的速度比较快但是随着屏幕的增大点阵模块数量的增多线路会越来越复杂数据串行传输的速度比较慢但它可以大大简化传输线路对于大屏幕来说采用串行传输方式比较合适 采用串行传输的方法控制电路可以只用一根信号线将列数据一位一位传给列驱动器与此同时列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列并从前一列接收新数据一直到一行的各列数据全部传输到位后才能并行地进行显示对于串行传输来说列数据的准备时间可能相当长在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就少一些以至影响到LED的亮度解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题可以采用重叠处理的方法即在显示本行各列数据的同时准备下一行的列数据这就需要列数据的显示具有锁存功

22、能本行己准备好的数据打入并行锁存器进行显示时串行移位寄存器就可以准备下一行的列数据而不会影响本行的显示 3 PC机及运行在PC机上的程序PC机主要用于人机交互完成对每一个LED显示屏的控制与显示数据传输应用程序主要完成对显示屏的控制同时完成对包括图形和中西文字符的显示信息进行编辑处理将待显示信息通过串行通信传输到指定的LED控制器中13 简易LED显示屏系统的硬件组成本论文根据上节介绍的大屏幕LED显示系统的组成原理设计了一款简易LED显示屏系统该系统能方便的显示1664点阵的汉字其显示内容可以实现上下左右移动显示内容和方式可以有用户按要求随时修改系统总体硬件结构如图4所示在该系统中系统硬件电

23、路有四部分组成LED显示屏基于51单片机的动态扫描电路PC与单片机的通信电路汉字字库图4 系统总体硬件原理框图 1 LED显示屏LED显示屏由LED点阵显示器构成采用逐行动态扫描的方式工作逐次不断地对显示屏的各行进行选通同时又向各列送出表示汉字信息的信号反复循环以上操作就可显示各种文字信息本设计选用4块88 LED单色红组成一个1664的LED显示屏可以显示一个汉字采用逐行动态扫描的方式工作 2 基于51单片机的动态扫描电路本系统选用AT89S51处理器该款单片机是ATMEL公司开发制造的是增强型内载Flash的单片机芯片上的Flash存储器附在用户的产品中可随时编程再编程使用户的产品设计容易

24、更新换代方便51单片机具有较高速的处理能力在一个时钟周期内可执行复杂的指令每MHz可实现1MIPS的处理能力51单片机工作电压为2760V可以实现耗电最优化51的单片机广泛应用于计算机外部设备工业实时控制仪器仪表通讯设备家用电器宇航设备等各个领域基于51单片机的动态扫描采用逐行扫描的方式数据通过51单片机IO口输出到列数据显示存储器在根据单片机的驱动能力和LED显示屏的相应电气特性要求需要在行选通器件列数据准备器件与LED显示屏之间加上相应的驱动电路 3 PC与基于51微处理器的通信电路上位机用与在线修改显示信息及对显示的方式进行控制当需要修改显示的信息时由PC机向基于51的微处理器系统传送新

25、的显示数据以刷新FLASH中的原有信息串行通信采用传统的RS-232C标准方式通信14 简易LED系统的软件系统系统软件由两部分构成用C Builder 编写的上位PC控制及通信软件和利用C语言编写的显示屏控制软件 1 上位PC控制及通信软件在此系统中上位机控制软件用于对显示信息进行控制用C Builder编写首先设置显示的相关参数再输入显示内容最后通过串行口发送给基于51的控制电路中通信功能利用C Builder 提供的第三方通信控件通过PC串行口发送信息 2 显示屏控制软件显示屏控制软件用C语言编写由主程序和中断服务程序两部分组成主程序完成必要的初始化工作并负责进行显示按要求读出显示数据同

26、时产生需要的控制信号中断服务程序用于解决与上位机进行通信的问题2 系统硬件设计21 整体设计分析 为了设计出高性能高可靠性可行实用的显示系统采用以下的设计思想 1 在系统总体设计中将贯彻学术性与实用性相结合先进性与可行性相结合功能性与经济性相结合的原则尽量采用成熟的技术和已有的科研积累在关键难点问题上尝试采用相关学科的最新成果使系统既具有稳定可靠的运行性能又有一定的技术含量和创新价值 2 LED显示屏的下位机用的是8位微处理器AT89S51完成字模数据的接收和LED显示屏的动态扫描显示在整个系统中处于下位机的地位中央控制由PC机实现实现显示内容的输入显示模式的设置PC机与下位机的通讯采用成熟的

27、 RS232接口标准 3 在软件编制上采用结构化设计思想下位机采用适应于MCS-51系列单片机的C51语言进行编程上位机程序的编制采用而面向对象的可视化编程语言软件C BuilderLED点阵显示屏系统由上位机控制系统下位机 单片机 行扫描电路列驱动电路和汉字字库构成系统总体结构如图5所示图 5 LED显示屏总体框架系统工作过程其中上位机软件控制系统主要完成与下位机的通信及数据的传输硬件控制系统中的LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示单片机从汉字字库中提取所需信息然后通过控制行扫描电路和列驱动电路来驱动LED点阵从而显示出相关的信息 22 处理器选取原理及功能介绍com 芯片选取原理现

28、在市场上的处理器很多如AT89S51系列PICARM凌阳等ARM凌阳等单片机更适合大型系统的应用价格也更贵AT89S51PIC 都属于8位机8位单片机也是目前应用最广泛的单片机7在各个领域上都可以看到它的身影AT89S51具有一系列的优点主要体现在这几个方面 1 单片机的FLASHEEPROM蓄存器都可以反复烧写支持在ISP在线编程 烧写 入门费用非常少 2 片内集成多种频率的RC振荡器上电自动复位看门狗启动延时等功能使得电路设计变得非常简单 3 每个IO口作输出时都可以输出很强的高低电平作输入时IO口可以是高阻抗或者带上拉电阻 4 片内具有丰富实用的资源如丰富的中断源SPIUSART通信口

29、5 片内采用了先进的数据加密技术大大的提高了破解的难度综合上面的比较我选用ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统处理器com 处理器系统功能介绍 1 AT89S51的主要性能参数AT89S51与MCS-51指令系统完全兼容4K字节的可多次擦写的Flash闪速存储器100次的擦写周期全静态操作0MHz-24MHz三级加密程序存储器128×8字节内部RAM32个可编程IO口线两个16位定时器计数器6个中断源可编程串行URAT通道低功耗空闲和掉电模式 2 AT89S51的标准功能4K字节Flash闪速存储器128字节内部RAM32个IO口线两个16位定时器计数器一个5向量两级中断结构

30、一个全双通串行通信口片内振荡器及时钟电路同时AT89S51可降至0Hz的静态工作模式并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止CPU的工作但允许RAM定时器计数器串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保护RAM中的内容但震荡停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位 3 AT89S51的引脚功能说明引脚见图6图6 AT89S51引脚VCC电源电压GND电源地P0口P0口是一组8位漏极开路型的双向IO口即地址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逻辑门电路对端口写1可做为高阻抗输入端用在访问外部数据存储器和程序存储器时这组口线分时为地址和数据总线复用在访问期间激或内部上

31、拉电阻P1口 P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口P1口的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路对断口写1通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作为输入口做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P2口P2口是是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口P2口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为输入口做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在访问外部存储器或16位的地址的外部数据存储器时P2口送出高八位的地址总线在访问8为地址的外部数据存储器时P2

32、口线上的内容也即特殊功能寄存器区中R2的寄存器的内容在整个访问期间不变P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口P3口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P3口写1时他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口做输入端时被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流P3口除了作为一般的IO端口线外更重要的是它的第二功能如表1所示 表1 P3口第二功能表断口引脚 第二功能 P30 RXD串行输入口 P31 TXD并行输入口 P32 外中断0 P33 外中断1 P34 定时计数器0外部输入 P35 定时计数器1外部输入 P36 外部数据存储器写选通 P37 外部数据存储器读选通RST复

33、位输入当震荡器工作的时候RST出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位ALE当访问外部程序存储器时ALE地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的第8位字节即使不访问外部存储器ALE仍然以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号因此他可以对外输出时钟或用于定时目的要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲对Flash存储器编程期间该引脚还用于输入编程脉冲如有必要可以通过对特殊功能寄存器区中的8EH单元的D0位置位可禁止ALE操作该位置位后只有一条MOVX和MOV指令ALE才会被激活此外该引脚会被微弱拉高单片机执行外部程序时应设置ALE无效EAVPP外部访问允许欲使CPU仅访问外部程序存储器E

34、A端必须保持低电平接地需要注意的是如果加密LB1被编程复位时内部会锁存EA端状态如果EA端为高电平接VCC端CPU则执行内部程序存储器中的指令Flash存储气编程时该引脚加上12V的编程允许电源Vpp当然这必须是该器件是使用12V编程电压VppXTAL1振荡器反向放大器的及内部时钟发生器的输入端XTAL2振荡反向放大器的输出端23 行驱动电路设计图7 行扫描输出电路原理图为了保证显示屏的亮度同时也为了保证刷新频率在50Hz以上系统要求每行LED能在125ms内快速被点亮如果用普通的LED点亮方式则LED要达到要求的亮度点亮时间要在5ms以上那么刷新频率就达不到预定的频率屏幕会出现闪烁现象为了解

35、决这一问题本系统在硬件设计上用74HC573做上下半屏数据锁存用ULN2003做行驱动ULN2003是一种以吸收为主的恒流驱动电路最大驱动电流能达到500mA能在05ms内将LED点亮以达到预定的要求在系统开始行扫描时AT89S51的P0口输出行扫描信号到两块74HC573的数据输入端结合片选信号SCANLSCANH实现上下半屏的显示选择这样可以节省大量的端口资源其原理图如图7所示24 列驱动电路设计com 列驱动方案比较目前以圆半导体发光器件为显示介质的大型显示屏已广泛地被应用其控制驱动方式各种各样也各具特色在LED发光管的驱动设计上也有许多的方式由于大型的点阵显示屏是由上万个或几十万个LE

36、D发光象元组成这也就需要大量的驱动电路来支持那么驱动电路设计的好坏就直接影响系统的生产制造成本和显示的效果及系统的运行性能设计一个即能满足控制驱动要求同时使用器件少成本低的单元控制驱动方案是必要的下而我们就以LED 16x64点阵模块 共阴极 为显示器件的显示屏为例来论述以下几个驱动方案加以比较 1 串行控制驱动方式所谓串行控制驱动方式就是显示的数据是通过串行方式送入点 列 驱动电路其特点是单元内的线路连接简单这给印刷电路板的设计带来了方便同时也减少了印刷电路板的布线密度从而为生产和调试带来了有利的一面当然单元的可靠性也相应的提高了串行控制驱动方式可选用的芯片有MC409474LS59574H

37、C5956B5959094等等其中MC40946B595均为CM0S芯片应与功率芯片结合使用例如使用2803驱动芯片若采用6B595或9094 74LS595也可用 则一般不需要使用功率芯片因为这几种芯片都具有一定的驱动能力可直接驱动LED发光管同时串行移位并行功率输出的芯片 6B5959094 自身具有级联功能为单元的级联提供了支持关于行的控制和驱动是相对容易的因为行的工作方式是分时顺序工作的由于行的组成是几个模块并联形成的因此驱动的功率要求是比较大的行的驱动一般是采用PNP 用于共阳方式 功率三极管行的逻辑控制可选用三八译码方式和直接行线控制方式译码方式是应用三条行控制线控制一个三八译码器

38、 如74LS138等 八选一顺序控制八条行线直接行线控制方式是比较简单的这里就不赘述了在应用串行控制驱动系统时尽管串行移位芯片具有级联功能但设计时要考虑时钟信号使能信号行控制信号的级联驱动问题另外为提高单元的多级级联的数量设计时要考感到每个信号的传输延迟以保证控制时序的正确运行 2 并行控制方式 并行控制驱动方式就是显示的数据是通过并行 C8位 方式送人点 列 驱动电路每送入一个字节就完成了一个模块的一个行的数据置入其优点是数据的刷新速度块这就减轻了上一级控制系统的压力在同样的数据处理量的前提下对处理速度要求的降低就意味着对系统投入的降低同时处理速度的降低也相应地提高了系统的稳定性在并行控制驱

39、动方式下我们可以选用74LS374这样一类锁存芯片采用首尾相连的方式将控制驱动一并形成也可以将这一方式称其为并行移位锁存方式这一设计方案的特点是设计线路简洁控制方便快速系统的整体投入成本比较低这一设计方案将大大地提高系统的性能价格比并行控制驱动方式的缺点是由于数据是并行输入的这就使得单元内的线路连接复杂由此增加了单元的印刷线路扳的设计难度同时提高了印刷线路扳的密度对生产加工和调试提出较高的要求但设计难度的加大仅仅是一次性的而生产和调试的难度是可以提高生产的手段和使用先进的仪器设备加以克服的由于并行控制驱动方式的自身特点使得单元的级联不成问题只要设计时对控制信号的级联驱动加以注意就可以了并行控制

40、驱动方案中也可采用总线式结构即选用的八位锁存器不是首尾级联方式而是共用总线方式但这种方式将增加控制逻辑的投入也就是说每个锁存器都要有一个独立的锁存控制时钟因此这一方式一般不采用 3 高度集成专用芯片的应用随着微电子技术的不断发展以及大型电子显示屏应用的日益广泛一种高度集成的LED显示屏控制驱动专用芯片出现了例如ZQL9701芯片ZQL9701芯片是集行控制列控制和一些外围驱动电路于一身的高度集成控制驱动芯片采用ZQL701芯片将会使单元的控制驱动更为简单高度的集成化也使系统的稳定性更为可靠另外ZQL9701芯片在单元的级联方而也提供了充分的支持采用ZQL9701芯片将使系统的显示灰度达到256

41、级采用ZQL9701芯片设计显示单元时由于ZQL9701芯片是表面封装器件这就需要用专用的生产设备进行生产这对一般的生产单位是要考虑的问题总之采用专用芯片设计的显示单元的性能得到极大的提高但系统的成本也要提高在应用中要给子重视8com 列驱动方式选择 1 74HC595简介通过以上几种方案的比较结合本LED显示系统的要求亮高度模块化可靠性高级联方便维护简单等特点我们取用第一种驱动方案即串行控制方式选用74HC595做列数据驱动芯片现对74HC595具体工作原理说明如下74HC595是硅结构的CMOS器件兼容低电压TTL电路遵守JEDEC标准74HC595是8位串行输入8位串行或并行输出具有高阻

42、关断状态74HC595的特点是8位串行输入8位串行或并行输出存储状态寄存器输出寄存器可以直接清零100Hz的移位频率74HC595的移位寄存器和存储器是分别的时钟数据在SCHcp的上升沿输入在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去如果两个时钟连在一起则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲移位寄存器有一个串行移位输入Ds和一个串行输出Q7和一个异步的低电平复位存储寄存器有一个并行8位的具备三态的总线输出当使为低电平时存储寄存器的数据输出到总线74HC595引脚功能如表2所示表2 74HC595引脚功能表符号引脚描述Q0-Q7151-7并行数据输入GND8接地Q79串行数据输出10主复位 低电平 S

43、HCP11移位寄存器时钟输入STCP12存储寄存器时钟输入13输出有效 低电平 DS14串行数据输入VCC16电源 2 74HC595级连刷新的状态下整个屏幕分为16行扫描显示在一行中每个字占两个字节数据则扫描一行的时候要传输2个字节的数据而扫描行与行之间的时间隔不能大于125ms 刷新率5OHz 本系统采用了数据串行传输的方案显示数据按2个字节的形式顺序排放显示时把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器中单片机从存储器中读出8bit数据按顺序一位一位的输出给列驱动器与此同时列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列并从前一列接收新数据当一行的各列数据都已经传输到位这一行的各列才能并行的进行显示由

44、 74HC595组成的列驱动器中第一片列驱动器的 SER 端连接单片机输出端口P21其QH端连接下一片的SER端两片74HC595相应的SRCLKSRCLRRCLK 端分别并联作为统一的串行数据移位寄存器串行数据清除信号和存储数据时钟输入信号这样的结构使得单片机能把显示数据依次输入到相应移位寄存器输出端移位过程结束后控制器输出 SRCLK打入信号各列显示数据一起打入相应的输出锁存器通过选通相应的行该行的各列就按照显示数据的要求进行显示用两片8位移位寄存器74HC595 为了电路板简洁美观74HC595采用的是贴片封装 采用首尾相连以驱动16列LED列驱动电路原理图如图8所示图 8 列驱动电路原

45、理图25 数据存储器接口设计com 数据存储器芯片介绍本LED显示系统的一个特点是自带字库本系统使用的存储芯片为AT27C040该芯片是AT公司生产的512K字节的FLASH ROM该芯片价格低廉性能可靠27C040电路是32线双列直插式封装A0-A18地址输入线Q0-Q7三态数据总线读或编程校验时为数据总线编程时为数据输入线维持或编程禁止时呈高阻状态CE片选通Vpp编程电源线Vcc电源线接5VGND接地EPROM27C040的编程时首先设置计数器C的初值为0然后发一个1ms宽的编程脉冲将一个数据写入一个单元C加1然后读该单元若读出内容与写入内容不符则再发一个1ms宽的脉冲写入该单元C再加1然

46、后再读再比较若在第n次n25读出与写入内容相符则为信息稳定接下来清零计数器C编程下一个单元com 数据存储器接口连接图 9 字库存储电路单片机接收到上位机发送的机内码后首先将其存储到片内寄存器中再经过相应汉字点阵字模的程序处理计算出相应汉字字模的点阵数据存放地址然后根据地址从大容量存储器AT27C040中依次提取显示数据数据存入显示缓冲区后开始控制显示屏的显示其详细电路图如图9所示26 串行接口电路本系统采用的RS-232C串行通信接口标准他是EIA 40年前为公用电话网络数据通信而制定的标准由于RS232的发送和接收是对地而言的采用非平衡模式传输存在共地噪声所以其最大传输距离和速率在标准中被

47、限定为15米和19200bits从机械特性而言RS-232包括标准的25针及其简化的9针引脚排列实际上RS-232C的25条引线中有许多是很少使用的要完成最基本的串行通信功能只需要RXD TXD和GND即可表3为常用的9针接口各引脚的信号功能表3 9芯D型插头引脚信号描述引脚 信号信号源 类型 描述1DCDDCE控制载波信号检测2RXDDCE数据数据接收3TXDDTE数据数据发送4DTRDTE数据数据终端准备好5GND信号地6DSRDCE控制数据设置准备好7RTSDTE控制请求发送8CTSDCE控制清除发送9RIDCE控制振铃提示从电气特性而言RS-232总线的逻辑电平与TTL电平完全不兼容鉴

48、于51系统电路所定义的高低电平为TTL电平TTL的标准逻辑1对应2V3 3V电平标准逻辑0对应OV 04V电平而一般的PC机配置的是RS-232标准串行接口RS-232C标准采用负逻辑方式标准逻辑1对应-5V-15V电平标准逻辑0对应5V15V电平显然两者的电气规范不一致因此要完成PC机与51系统的数据通讯必须进行电平转换目前常使用的电平转换芯片为232图10为本系统的RS-232通讯接口电路图电容C4C5C6C7都是22uF在这里的作用是电压变换时进行充放电图 10 232与单片机硬件接口3 系统软件设计31 上位机系统软件设计我选择的上位机开发语言为C Builder编辑调试环境为波兰公司

49、的Borland C Builder 6 BCB60 BCB60是一种以C语言为基础面向对象的典型的VCL编程语言编程效率高需要用户输入的代码很少执行效率也很高上位机软件是整个系统的控制核心主要负责与LED显示屏通讯时串口的选择以及相应串口参数的配置同时完成LED显示屏的显示方式移动速度参数的设置其操作界面如图11所示图11 显示屏控制软件界面显示屏控制系统的软件主要由主程序和一个中断程序组成主程序主要完成系统的初始化和参数的配置与检测并与显示屏硬件进行串口通信中断程序由一个定时器服务程序完成在规定的时间内对显示屏信息刷新以防止显示屏的显示出现乱码或停止等现象程序开始运行后一直处于等待控制参数

50、输入状态当用户将串口及其相应参数配置后被选择的串口将被打开同时系统会按输入的参数配置串口波特率然后系统处于等待用户输入显示屏控制信息状态控制信息包括显示方式移动速度当用户点击发送按钮时程序开始检查所输入的参数和信息是否全部正确如果全部正确则开始向串口发送控制和显示数据发送数据的排列方式如表4所示如果检查到有错误信息表 4 串口发送数据的排列方式第1帧第2帧第3-4帧显示方式移动速度汉字机内码则按错误信息提示用户重新配置发生错误的参数或显示信息上位机控制软件流程如图12所示具体程序见附录3图 12 上位机显示屏控制软件流程图32 下位机系统软件设计本文设计的LED点阵显示屏可以实现静态左移右移上

51、移下移五种显示方式显示屏硬件控制系统的程序主要由主控程序和两个中断程序组成主程序主要完成系统的初始化和参数的配置与检测并与PC机进行串口通信屏幕刷新中断程序由一个定时服务程序完成在规定的时间内对显示屏信息刷新以实现汉字或字符的上下左右的动态显示串口中断程序完成与上位机的通信com 显示屏控制软件设计系统的总体程序流程图如图13所示图13 总体程序流程图显示屏控制软件用C语言编写基于51单片机的LED显示屏软件的主要功能是接收上位机下载的显示数据向屏体提供显示数据和各种控制信号显示程序由主程序和串行口中断服务程序两部分组成主程序完成必要的初始化和对LED显示屏的动态扫描控制按要求读出显示数据并产

52、生需要的控制信号中断服务程序解决与上位机进行通信的问题具体程序见附录3com LED动态扫描程序设计动态扫描显示的程序流程图如图14所示程序原理说明显示采用动态扫描方案行作选通列作为数据准备先选通第一行然后列数据输出达到显示了第一行的数据在选通第二行然后列数据输出达到显示第二行的数据依次循环显示就可以显示整个画面扫描速度如果够快就可以达到无闪烁的显示整个画面的效果图14动态扫描程序流程图显示数据存储在FLASH中先用ULN2003选通一行LED把EPROM中的显示数据以字节为单元取到RAM中然后通过调用函数发送数据把数据发送到74HC595的移位寄存器中连续发两次就准备了一行的数据然后在锁存7

53、4HC595的移位寄存器的数据到数据锁存器最后输出锁存器中的内容就可以显示一行的数据通过动态扫描循环显示就可以实现显示整个画面的显示其中为了满足每一行LED灯有足够的亮度需要在每行显示的时候适当延时33 特效显示程序设计特效显示方式有替换上移下移左移右移现在逐一介绍各个特效显示程序的设计思路com 上移方式显示上移程序说明由于本系统的1664 LED显示屏只能同时显示一个字数据缓存区可以存储32个字节的数据即一个汉字的点阵数据开始显示时首先让屏幕完整的显示一个汉字等移动定时中断触发后程序会提取显示数据的指针向下移动一位然后调用动态显示函数显示移动后的数据依照次方法循环就可以看见字是以上移显示的

54、方式显示上移动态显示的流程图如图15所示图15 上移显示程序流程图com 下移方式显示下移程序说明向下移动显示的方式是与上移动刚刚相反由于本系统的1664 LED显示屏只能同时显示一个字数据缓存区可以存储32个字节的数据即一个汉字的点阵数据开始显示时首先让屏幕完整的显示一个汉字等移动定时中断触发后程序会将提取显示数据的指针向上移动一位然后调用动态显示函数显示移动后的数据依照次方法循环就可以看见字是以下移显示的方式显示下移动态显示的流程图如图16所示图16 下移显示程序流程图com 左移方式显示 左移显示程序说明左移的设计思路与上下移动的显示方式的设计思路不一样具体是当需要左移时把需要显示的数据

55、在内存中作相应的改变然后调用动态显示函数再延时按照此方法循环就可以看见左移的显示方式在内存中数据的左移的具体方法是根据显示屏每行的显示数据与内存中存储地址的对应关系内存中存储的一个汉字的编码在32个字节中A00A01对应第一行的信息A10A11对应第2行的信息其他依此类推如对一行信息左移把A00先保存在一个变量B中在把A00左移一位把A01的数据保存在变量B1中然后把A01的数据左移一位然后把BB1左移7位最后B变量或上A01B1变量或上A00就实现了内存变量左移其他行信息的左移也按照此办法左移显示流程图如图17所示左移显示数据程序流程图如图18所示图17左移显示流程图 图18左移显示数据程序

56、流程图com 右移方式显示 右移显示程序说明当需要右移时把需要显示的数据在内存中作相应的改变然后调用动态显示函数再延时按照此方法循环就可以看见右移的显示方式在内存中数据的右移的具体方法是根据显示屏每行的显示数据与内存中存储地址的对应关系内存中存储的一个汉字的编码在32个字节中A00A01对应第一行的信息A10A11对应第2行的信息其他依此类推如对一行信息右移把A00先保存在一个变量B中在把A00 右移一位把A01的数据保存在变量B1中然后把A01的数据右移一位然后把BB1右移7位最后B变量或上A01B1变量或上A00就实现了内存变量右移其他行信息的右移也按照此办法右移显示流程图如图19所示右移

57、显示数据程序流程图如图20所示图19右移显示流程图 图20 右移显示数据流程流程图34 汉字提取程序设计在本系统中每个汉字的显示采用16×64点阵方式显示国标GB2312-80一二级汉字点阵库存放在一片EPROM芯片AT27C040中每个汉字占用32个字节当需要显示汉字时首先根据区码和位码计算出该汉字点阵在EPROM中存放的起始地址然后从此地址连续的取出32个字节的汉字点阵并写入到数据缓存区根据汉字区位码计算汉字在字库ROM位置的转换关系可概括为 起始地址区码×94位码×32单片机从上位机接收汉字的机内码然后根据机内码计算区位码并根据区位码计算出该汉字在字模中的起