基于单片机的LED点阵显示屏设计说明

1、 PAGE35 / NUMPAGES39毕业设计（论文）题 目: 基于单片机的LED点阵显示屏设计 系 别:班 级:学 号:姓 名:指导教师: 职称：起讫日期:基于单片机的LED点阵显示屏设计摘要： 在这个信息化社会中，人们对信息的传达需求激增，点阵式LED显示屏成为重要的传播媒体。金融证券、体育场所、交通运输、商业广告、邮电电信与学校教育等领域都得到了广泛的应用。因此，点阵式LED显示屏的研发、设计、生产获得迅速的发展，并且成为了产业。点阵式LED显示屏的显示效果、功率环保也不断优化。点阵式LED屏具有较大的信息显示量、寿命长、功耗小、重量轻、空间尺寸小与造价低等优点。本设计通过使用单片机为

2、控制核心，设计一款点阵式LED屏。同时，使用电脑VB编写的上位机通过串口通信对点阵显示屏的信息更新、显示速度控制等。关键词： LED点阵 单片机 VB上位机 串口通信Led dot matrix display based on single chip designTan Jin-biao 2007 Computer Science and Technology Major,Department of Mathematics and Computer Science, SanmingUniversityAbstract：In this information society, people s

3、urge in demand for information communication, dot matrix LED display has become an important media. Financial securities, sports venues, transportation, advertising, post and telecommunications fields of telecommunications and school education have been widely used. Therefore, the dot matrix LED dis

4、play R & D, design, production for the rapid development and become the industry. LED dot matrix display screen, green power has also been optimized. LED dot matrix display screen with a large amount of information, long life, low power consumption, light weight, small size and cost of space is low.

5、 The design of the control by using the MCU core, design a dot matrix LED display. Meanwhile, the use of computer PC VB, dot-matrix display through the serial port communication on the information updated to reflect the speed control.Key words：LED dot matrix SCM Upper computer Serial communication目

6、录TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc282792228第一章绪论 PAGEREF _Toc282792228 h 1HYPERLINK l _Toc2827922291.1选题背景 PAGEREF _Toc282792229 h 1HYPERLINK l _Toc2827922301.2LED点阵显示屏的发展历史与现状 PAGEREF _Toc282792230 h 1HYPERLINK l _Toc2827922311.2.1发展历史 PAGEREF _Toc282792231 h 1HYPERLINK l _Toc2827922321.2.2我国LED兴起的现状

7、 PAGEREF _Toc282792232 h 1HYPERLINK l _Toc2827922331.3本课题研究容 PAGEREF _Toc282792233 h 2HYPERLINK l _Toc2827922341.4主要实现功能 PAGEREF _Toc282792234 h 2HYPERLINK l _Toc282792235第二章总体设计 PAGEREF _Toc282792235 h 2HYPERLINK l _Toc2827922362.1 单元显示 PAGEREF _Toc282792236 h 2HYPERLINK l _Toc2827922372.2滚屏的实现 PAG

8、EREF _Toc282792237 h 2HYPERLINK l _Toc2827922382.3关于可扩展性 PAGEREF _Toc282792238 h 3HYPERLINK l _Toc2827922392.4关于显示容的更新 PAGEREF _Toc282792239 h 3HYPERLINK l _Toc2827922402.5 系统基本原理 PAGEREF _Toc282792240 h 3HYPERLINK l _Toc282792241第三章硬件电路设计 PAGEREF _Toc282792241 h 4HYPERLINK l _Toc2827922423.1 单片机的选用

9、 PAGEREF _Toc282792242 h 4HYPERLINK l _Toc2827922433.1.1 51单片机的认识 PAGEREF _Toc282792243 h 4HYPERLINK l _Toc2827922443.1.2 STC89S52RC单片机结构 PAGEREF _Toc282792244 h 5HYPERLINK l _Toc2827922453.1.3 STC89S52RC单片机引脚功能 PAGEREF _Toc282792245 h 5HYPERLINK l _Toc2827922463.2 单片机最小系统 PAGEREF _Toc282792246 h 6H

10、YPERLINK l _Toc2827922473.2.1 单片机电源电路 PAGEREF _Toc282792247 h 6HYPERLINK l _Toc2827922483.2.2 单片机的振荡电路设计 PAGEREF _Toc282792248 h 7HYPERLINK l _Toc2827922493.2.3 单片机的复位电路设计 PAGEREF _Toc282792249 h 8HYPERLINK l _Toc2827922503.3 LED点阵屏驱动电路 PAGEREF _Toc282792250 h 8HYPERLINK l _Toc2827922513.3.1 LED点阵屏

11、PAGEREF _Toc282792251 h 8HYPERLINK l _Toc2827922523.3.2驱动点阵屏芯片 PAGEREF _Toc282792252 h 9HYPERLINK l _Toc2827922533.3.3点阵屏驱动电路连接 PAGEREF _Toc282792253 h 10HYPERLINK l _Toc2827922543.4 串口通信电路设计 PAGEREF _Toc282792254 h 11HYPERLINK l _Toc2827922553.4.1 MAX232芯片 PAGEREF _Toc282792255 h 11HYPERLINK l _Toc

12、2827922563.4.2 串口硬件电路设计 PAGEREF _Toc282792256 h 11HYPERLINK l _Toc282792257第四章单片机软件设计 PAGEREF _Toc282792257 h 12HYPERLINK l _Toc2827922584.1 点阵屏的显示程序 PAGEREF _Toc282792258 h 12HYPERLINK l _Toc2827922594.1.1 驱动芯片的控制程序 PAGEREF _Toc282792259 h 12HYPERLINK l _Toc2827922604.1.2点阵屏显示的移动算法 PAGEREF _Toc2827

13、92260 h 13HYPERLINK l _Toc2827922614.1.3点阵屏动态扫描显示 PAGEREF _Toc282792261 h 14HYPERLINK l _Toc2827922624.2串口通信程序设计 PAGEREF _Toc282792262 h 15HYPERLINK l _Toc2827922634.3控制函数程序设计 PAGEREF _Toc282792263 h 16HYPERLINK l _Toc282792264第五章上位机软件设计 PAGEREF _Toc282792264 h 17HYPERLINK l _Toc2827922655.1汉字点阵的编码原

14、理与提取方法 PAGEREF _Toc282792265 h 17HYPERLINK l _Toc2827922665.1.1汉字点阵的编码原理 PAGEREF _Toc282792266 h 17HYPERLINK l _Toc2827922675.1.2汉字字模的提取方法 PAGEREF _Toc282792267 h 18HYPERLINK l _Toc2827922685.2界面的设计 PAGEREF _Toc282792268 h 18HYPERLINK l _Toc2827922695.3 VB程序编写 PAGEREF _Toc282792269 h 19HYPERLINK l _

15、Toc2827922705.3.1 字模转换程序 PAGEREF _Toc282792270 h 19HYPERLINK l _Toc2827922715.3.2 串口传输程序 PAGEREF _Toc282792271 h 19HYPERLINK l _Toc2827922725.3.3 控制按钮程序 PAGEREF _Toc282792272 h 20HYPERLINK l _Toc282792273第六章设计仿真 PAGEREF _Toc282792273 h 20HYPERLINK l _Toc2827922746.1 Proteus仿真软件简介 PAGEREF _Toc2827922

16、74 h 20HYPERLINK l _Toc2827922756.2 Proteus仿真软件的使用 PAGEREF _Toc282792275 h 21HYPERLINK l _Toc2827922766.3 Proteus仿真过程 PAGEREF _Toc282792276 h 22HYPERLINK l _Toc282792277第七章总结 PAGEREF _Toc282792277 h 23HYPERLINK l _Toc2827922787.1工作总结 PAGEREF _Toc282792278 h 23HYPERLINK l _Toc2827922797.2个人收获 PAGEREF

17、 _Toc282792279 h 23HYPERLINK l _Toc282792280致 PAGEREF _Toc282792280 h 24HYPERLINK l _Toc282792281参考文献 PAGEREF _Toc282792281 h 25HYPERLINK l _Toc282792282附录1：总电路原理图 PAGEREF _Toc282792282 h 26HYPERLINK l _Toc282792283附录2:单片机程序 PAGEREF _Toc282792283 h 27 TOC o 1-3 h z u 绪论选题背景LED点阵屏是重要的信息传递媒体，在多个行业领域得到

18、应用。如车票销售点的班车信息显示、商业广告显示屏等。LED点阵屏的结构形式有多种，最常见的是把所有显示信息都固化在硬件中，当该屏幕出售后用户就比较难对屏幕信息再次更改。这种点阵屏好处在于设计简单，因此价格也相对较低。也有的点阵屏置字库，生产商无需预先写入信息，用户在购买后能通过上位机软件方便地向屏幕写入显示信息。这中屏幕可有效提高点阵屏的利用率，让屏幕具有使用的通用性。LED点阵显示屏的发展历史与现状发展历史LED显示屏发展经历了三个阶段：（1）1990年以前LED显示屏的成长形成时期。一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制

19、方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。（2）1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；电子计算机与微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，LED显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期

20、的几空企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年产值几亿元，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。（3）1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。1995年以来，LED显示屏产业部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对LED显示屏的发展予以重视并进行了适当的规和引导，目前这方面的工作正在逐步深化。我国LED兴起的现状我国的LED显示屏市场从上世纪90年代后期开始一

21、直保持着增长的势头，1998年-2000年间，年增长率基本在30%以上。2000年-2006年，每年的增长幅度在15%左右，2007年是近年增长最快的一年，增幅在40%以上。2007年，全国LED显示屏的市场规模达到了72亿元。近几年来都一直保持着一个迅猛的发展势头。随着LED器件材料性能的不断提高，LED显示屏的应用领域和应用深度都必将猛扩大和加深，其中全彩色显示屏、半导体照明交通信号、汽车等特种领域有巨大的市场，蕴含巨大的商机。本课题研究容本文以LED点阵显示屏的设计为主要任务，包括对单片机控制系统设计、LED点阵屏驱动电路、单片机控制程序设计与VB上位机设计。其中包含了串口通信技术、动态

22、扫描显示技术、远程控制技术等。LED显示屏与PC的数据传输方式有串行和并行两种，而使用串行传输可有效减少硬件设计的复杂程度，同时传输率也能得到保证。数码管动态扫描技术早已得到广泛应用，以外的数码管显示还是停留在静态显示，即每一位数字显示都需要对应9个引脚控制，这无疑对硬件设计造成压力。如一个8*8的点阵屏也是用静态显示技术，那么最少需要65根控制引脚。采用动态显示技术后，能将引脚数减少到16根。远程控制即可以通过数据传输，控制端使用通信技术或者遥控技术，对目标器件进行控制。主要实现功能本设计完成32*16分辨率的LED点阵显示屏，处于静态显示状态时，最多能显示两个完成的汉字。动态滚动显示的能力

23、则可以显示一组汉字，其显示能力可以根据单片机的RAM容量而定。本设计使用的单片机RAM高达512Byte，因此在理想情况下可以16个汉字为一组显示。点阵屏可通过VB编写的上位机更新信息，并且可以控制LED点阵屏的滚动显示速度以与LED屏幕开始/停止滚动效果。总体设计2.1 单元显示显示一个简体汉字，至少需要1616点阵来描述。本设计采用4个88点阵的LED模块拼接成1616点阵的LED阵列。为了能更好的显示功能，模块多点是比较好的，但考虑到成本的问问题，所以本设计用8个88的LED模块拼接成3216的矩阵。即可以同时显示两个汉字。要显示更多的汉字，则以移动的方式来实现。2.2滚屏的实现字符的位

24、置在屏幕上实现移动，即术语“滚屏”。可以用硬件实现，但无疑增加了额外的硬件成本与设计难度。因此本设计采用软件算法实现左滚屏、暂停、右滚屏、加速减速等常见滚屏方式。用软件来完成滚屏算法，其最大的优点在于成本低廉，而且可维护性、可升级性大大增强。2.3关于可扩展性除了基本要求外，本设计还要实现显示单元数目的随意扩展。在传统的并行传输方式中，因受到列数据锁存器地址线数目的制约，不能随意的增添显示单元，且每个显示单元的电路结构不同,PCB结构也不同，完全不符合模块化设计的要求。因此摒弃了传统的并行传输方式，而采用独特的串行锁存技术，通过控制五根总线就能实现各显示单元之间的列数据锁存。不仅板间连接简单，

25、更是降低了PCB布局与布线的难度。每个显示单元的PCB都是完全一样的，便于量产。2.4关于显示容的更新目前常用的下载方式有串口下载、USB下载等。考虑到本设计的上、下位机进行一次通信时的数据量不大（2KB以），而且对通信的速度与可靠性要求并不严格。因此本设计采用PC机串口来作为下载接口，PC机串口为RS-232C标准，其特点是共模传输，因此通信电缆可以是成本低廉的普通双绞线，同轴屏蔽线等。PC机串口的驱动程序编写较为简单，不需要掌握复杂的通信协议。汉字点阵数据采用现成的字库芯片，需要通过汉字的机码作地址来取出相应汉字的点阵字模数据。因此上位机软件的任务就是：将待显示的字符转换成对应的标准机码，

26、并把操作者对下位机显示方式、速度等进行设置的常数，通过RS232总线按一定的通信协议一起发送到下位机。2.5 系统基本原理系统采用VB 编写上位机程序,对字模进行提取、编码与转化,通过串行口将汉字点阵代码发送到单片机中,单片机通过驱动电路将汉字信息在点阵屏上显示出来。系统组成框图（图2-1）如下所示:行驱动点 阵显 屏下位机上位机MAX232列驱动图2-1 系统组成框图硬件电路设计单片机最小系统本设计的硬件电路包括单片机最小系统电路、LED点阵屏的驱动电路和串口通信电路。它们之间的联系如（图3-1）所示：LED点阵串口通信图3-1 硬件电路联系图3.1 单片机的选用设计中使用51系列单片机为核

27、心控制器，51型单片机是指由美国Intel公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多种类，如8031、8051、8751、8951、8032、8052和8952等，其中8051是最早，最典型的产品。目前所采用的8051并不限于Inter公司所生产的芯片，各大芯片生产厂商所推出的兼容芯片为主，如Amtel公司的89C51，STC公司的89S51等。3.1.1 51单片机的认识51单片机的CPU实现了诺依曼所设想的计算机中的运算器和控制器的功能，是单片机最核心的部件。CPU包含：算术逻辑单元(ALU)、定时控制器、专用寄存器组。单片机的存储器特点之一就是将程序存储器和数据存储器分开，并

28、有各自的寻址方式和寻址单元，这种结构叫做哈佛结构。与通用微机的存储结构不同，一般微机只有一个地址空间，可以随意安排ROM和RAM，访问数据段和代码段时采用同样的指令，这种传统的是存储器结构称之为普林顿斯结构。存储器主要包括：程序存储器ROM,单片机之所有强大的处理功能，就是需要软件程序的支持，而程序员将设计好程序经过编译后写入ROM，当单片机开始运行时，CPU就对ROM里面的指令进行调用，从而实现预期中的功能。片RAM，虽然51单片机设的RAM字节并不是很多，但却起着十分重要的作用。RAM又可以分为3个区域：工作寄存器区、位寻址区和便笺区（用户区）。51系列单片机拥有4个并行IO端口，分别为P

29、0、P1、P2和P3，每个端口都是双向功能，即能够从端口输入数据和输出数据。51单片机还有定时器/计数器结构，中断系统。这两个功能在本系统中极为重要，定时器/计数器通过程序控制辅助数码管的倒计时显示；中断系统的外部中断接收红外对管的信号，响应中断处理程序。51单片机还具有一个全双工的可编程串行口，可以实现8位数据的发送和接受。它有两个在物理结构上独立的发送接受寄存器，同时具备发送接收功能，但是在本设计中不是主要说明对象，所以不作详细介绍。3.1.2 STC89S52RC单片机结构本设计使用的是STC89S52RC单片机，原因是此款单片机具有众多优点。加密性强，难解密超强抗干扰超低功耗 掉电模式

30、：0.1A空闲模式：2mA正常工作模式：4mA7mA提供STC-ISP在线编辑系统，无需编辑器，无需仿真器，可省去购买编辑器、仿真器的昂贵资金，适合大众使用置看门狗STC89S52RC的基本结构与8051一样，但是比传统的8051单片机拥有更多的部Flash，最高可达64KB。片SRAM容量同样是非常吸引的数字，最高可拥有1280Byte的SRAM。而且还置EEPROM存储器、AD转换等功能。另外它还可以用串口直接仿真程序，不需要另外加用仿真器或者下载线。3.1.3 STC89S52RC单片机引脚功能VCC：接电源正极，一般输入电压为5V。GND：接电源地端。P0口：P0口为一个8位漏级开路双

31、向I/O口，每个脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存

32、储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计数器0外部输入）P3.5 T1（计数器1外部输入）P3.6 /WR

33、（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处

34、理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2 单片机最小系统何谓单片机最小系统？实

35、际上是以最小的外围电路就能让单片机正常工作，这样的电路支持成为单片机最小系统电路。一般情况下，单片机的最小系统由电源供电、晶振电路与复位电路组成。3.2.1 单片机电源电路电源电路不单单是为单片机运行提供工作电压，还需要对单片机的外围电路提供工作电源。这里提供2种电源供电方案：USB接口供电具有USB接口的设备一般工作电压都为5V。计算机上的USB接口（图3-2）可以输出稳定的+5V电压，最大额定电流为500mA，足以满足本设计的要求。在设计的时候，需要注意电路不能出现短路，以免损坏电脑的USB接口。图3-2 USB接口要注意，接口上的电源为四只引脚的最旁边的两个，而中间的两个引脚是USB的差

36、分数据线，在本设计中不需要使用。7805稳压管电路电源电路的设计也可使用7805的稳压三极管IC，该IC只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。电源所需的外围元件极少，电路部还有过流、过热与调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。具体电路如（图3-3）：图3-3 电源电路 需要注意：输入到7805的电压围应在18V9V的直流电压。7805输入输出端需加上滤波电容，确保系统运行的稳定性。系统功率较大时，7805需加装散热片，以免稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。为了简化硬件电路，本设计采用方案1的电源设计方式。3.2.2 单片机的振荡电路设计单片机的运行需要一个时钟

37、频率，类似我们的计算机的CPU主频的高低，现在计算机的CPU一般用GHz来左单位。而我们的51单片机常用到的时钟频率有12MHz，11.0592MHz，这些时钟频率都是依靠外部晶振产生的。晶振连接到单片机的XTAL1、XTAL2引脚处。电路上的晶振旁有两个无极性电容，容量为33P。这两个电容称晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。 晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C （3.1） 式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路部电容）+C（PCB上电容）经验值为3至5pf。设计需要考虑

38、到串行通信的使用，为了减少误码率提高通信质量，因此选用11.059MHz晶振。3.2.3 单片机的复位电路设计当单片机上电后，通过复位电路（图3-4）使得单片机的PC指针复位到0000H。这时，单片机就从0000H地址开始执行代码。理论上51单片机的复位需要12个时钟周期的高电平，系统中使用一个10Uf极性电容和10K电阻组成的复位电路。系统通电后，电容开始充电，此时单片机复位引脚输入的是高电平。当电容充满电后，复位引脚输入变为低电平，单片机完成复位，开始从0000H执行代码。复位电路延时时间计算公式如下：T = C*RT = 10*(10-6) * (103) = 100 ms（3.2）图3

39、-4 单片机复位电路3.3 LED点阵屏驱动电路设计的要求屏幕需要有32*16的分辨率，若使用8*8的点阵模块，则需要使用4块。每一块点阵屏有16根引脚，4个点阵模块共有64根引脚。采用动态扫描显示技术，也需要使用48个控制端。单片机仅有的32个IO是不能满足设计的要求，而且单片机的IO负载只有20mA，这个负载能力只可以点亮一个LED发光二极管。因此，需要借助一些驱动芯片完成设计。3.3.1 LED点阵屏设计使用型号为SD411988的LED点阵屏，该点阵屏为共阳极的驱动方式。14236875ECHBADFG图3-5 点阵模块背面引脚示意图上图（3-5）为单个点阵模块的背面引脚示意图，从图上

40、可见引脚被分为两大部分。黑色点的引脚为正极，同时也为行控制；白色的引脚为负极，同时也为列控制。3.3.2驱动点阵屏芯片驱动芯片作用是扩展单片机的IO口，同时为点阵屏提供工作电流。设计选用74HC164 为 8 位移位寄存器、74HC595串入并出芯片。将点阵屏划分为16行、32列，使用74HC164作为点阵屏的行控制，使用74HC595作为点阵屏的列控制。下面对这两款74系列的芯片作介绍：图3-6 74HC595引脚图上图为74HC595 是一款8 位的串入并出、串/ 并出移位寄存器和8位三态输出锁存器。寄存器和锁存器分别有各自的时钟输入(SCLR和SCK) ，都是上升沿有效。当SCLK从低到

41、高电平跳变时，串行输入数据(SDA) 移入寄存器；当SLCK从低到高电平跳变时，寄存器的数据置入锁存器。清除端(CLR) 的低电平只对寄存器复位(QH 为低电平) ，而对锁存器无影响。当输出允许控制(EN) 为高电平时，并行输出(Q0Q7) 为高阻态，而串行输出(QH) 不受影响。74HC595 最多需要5 根控制线, 即SER、RCK、SCK、SCLR 和G。其中第13引脚（G）连接到电源地，第10引脚（SCLR）连接电源正极。把其余三根线和单片机的I/ O 相接，第12引脚（RCK）连接到单片机的P35，第11引脚（SCK）连接到单片机的P36第12引脚（RCK）连接到单片机的P35，第1

42、4引脚（SER）连接到单片机的P37，即可实现控制。74HC595与点阵屏的列引脚连接前还需串联20欧姆的限流电阻，其中用是保护点阵屏中的LED发光二极管，延长点阵屏的显示寿命。图3-7 74HC164结构图上图为74HC164的结构图，其功能是8 位移位寄存器，可以实现地址的扩展。74HC164控制方式简单，各引脚功能如下表（表3-1）：引脚名称功能A、B串行数据输入端QAQH输出CLEAR同步清除输入端CLOCK时钟输入端表3-1 74HC164引脚功能A、B引脚为串行数据输入端，通过CLOCK时钟信号，数据会从QA到QH位移，而CLEAR为低电平时产生同步清除信号。3.3.3点阵屏驱动电

43、路连接通过对点阵模块的引脚关系与两款74系列的芯片功能了解后，接下来可以设计点阵屏的驱动电路。将8块点阵屏幕按照16行、32列方式排列，如下面示意图（图3-8）：12563478图3-8点阵示意图点阵屏被分为2大部分，每部分可以由四个点阵模块组成。静态显示时，第1、2、3、4点阵模块的显示一个汉字，而第5、6、7、8点阵模块显示同样显示一个汉字。点阵屏的行列信号输入端分别连接到74HC164和74HC595，而这两个驱动芯片由单片机经行控制。3.4 串口通信电路设计设计要求计算机与单片机能实现互相通信，而串口通信是单片机设计开发中最常用的通信接口。单片机置Uart串口通信控制器，因此可以通过串

44、口方便地与计算机进行数据的交换。3.4.1 MAX232芯片MAX232芯片是一款由美信（MAXIM）公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。常用于单片机的串口通信的点评转换。部结构基本可分三个部分：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。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

45、（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。电源输入。15脚GND、16脚VCC（+5v）。3.4.2 串口硬件电路设计MAX232的基本电路需要的4个电容为升压作用，将单片机输入的点评信号转换为12V的传输电平，以达到RS-232通信标准。将无极性104电容连接到MAX232的第1、3引脚，第4、5引脚，第6引脚经过104后连接电源地，第2引脚经过104后连接电源正极。引脚9与单片机的Rx

46、（第10引脚）相连接，引脚10与单片机的Tx（第11引脚）相连接。经过电平转换后的信号，MAX232上的第7引脚连接到串行通信接口的第2针，第8引脚连接到串行通信接口的第3针。还需要将串行通信接口的第5引脚与MAX232电源共地连接。第四章 单片机软件设计4.1 点阵屏的显示程序单片机程序主要负责74系列芯片的控制程序、点阵屏显示的算法与串口通信程序。4.1.1 驱动芯片的控制程序8位数据从SER 口送入74HC595 ，在每个SCK的上升沿，SER 口上的数据移入寄存器。在SCK经过第9个上升沿， 数据开始从QH 移出。如果把第一个74HC595 的QH 和第二个74HC595 SER相接，

47、数据即移入第二个74HC595 中，按照如此规律，数据会一个连接一个传下去。当数据全部按照移位送完后，给RCK 一个上升沿，寄存器中的数据即置入锁存器。此时如果G 为低电平，8位数据从Q0Q7 输出，把Q0Q7 与LED点阵的列项连接，当某行为低电平时，该行的LED等会按照输出电平点亮。程序流程图（图4-1）如下：SCK置为低电平开始数据移位从SER输入SCK置为高电平输出数据到8位？结束NY图4-1 74HC595控制程序流程图程序设计使用for循环8次，将1字节数据按照从低位到高位输出。开始将同步移位时钟置为低电平，向数据位输出1位数据，接着同步移位时钟置为高电平，对需要发送的字节作右移位

48、处理。经过8次移位过程，完成1字节的发送。4.1.2点阵屏显示的移动算法本设计的LED点阵屏幕，可以对信息实现动态显示，字符从右侧往左侧移动。移动算法分析： 显示的定义为uchar display32，这里表示了要显示一个完整的字符，需要32个字符型数据。为什么呢?因为显示一个完整的字符需要四块点阵，每个点阵有8行，每行八个点。就是说，一行的数据就占一个char，四块当然就是32个char型。这里变量i代表是第几个汉字，变量j带便的是该汉字的第几个char数据。下面是四块点阵的示意图：第一个char第三个char。第二个char。第十七个char。第十八个char。第三十二个char移动前：1

49、111000011110000。11110000。11110000。11110000。11110000。1111000011110000。11110000移动后：11XXX1110000111100001。11100001。1110000 x。1XXXX111100001。11100001。111000011110000 x。1110000 x图4-2 点阵屏移动分析示意图奇数次移动显示程序：for(j=0;j31;j+=2)/行显示，一共16行，mov为移动次数，smov为剩于移动次数SendByte(displayi+1j+1 smov);SendByte(displayi+1jsmov)

50、;SendByte(displayij+1 smov);SendByte(displayijsmov);偶数次移动显示程序：for(j=0;j31;j+=2)/行显示，一共16行SendByte(displayi+2jsmov);SendByte(displayi+1j+1smov);SendByte(displayi+1jsmov);SendByte(displayij+1smov);无论奇数次或者是偶数次移动，每次都向74HC595写入4字节数据，之后再开个该行的显示。经过16次行循环显示，则完成屏幕的一次显示。4.1.3点阵屏动态扫描显示点阵屏的显示的方式的逐行扫描，从第一行开始显示，之

51、后是第二行，最后是第十六行。这样的显示方式，有些类似电视机的显像管逐行扫描技术，它是指显示屏显示图像进行扫描时，从屏幕左上角的第一行开始逐行进行，整个图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小，显示效果好。按照这个原理，在某一时刻只能有一行LED二极管被点亮，为何我们看见的整屏幕在显示信息呢？由于单片机通过对74系列的驱动芯片高速控制，点阵屏每行都处于高速扫描。因此，我们看到的是不会闪烁的显示画面。由于人眼的暂留效应以与LED二极管余晖效应，当屏幕的刷新频率高于50Hz时，此时人眼就会“误认”为屏幕是连续显示的。4.2串口通信程序设计单片机使用串口通信，让上位机软件传送显示字模数据，并存储在单片

52、机片SRAM作为屏幕显示算法的调用。首先对串行通信作简单的介绍，串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。 同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧有所不同，通常含有若干个数据字符。它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要

53、求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。 异步通信 异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。 接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑0（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。以工作方式划分，又可以分为方式0、方式1、方式2与方式3，本设计主要使串行通信口工作在方式1。方式1为8位数据异步通信方式，一帧数据包含10位，即8

54、未数据位、1个起始位和一个停止位。串口通信的工作方式通过SCON寄存器的第6、7位设置：位数76543210SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI表4-1 SCON格式串口通信还需要借助定时器产生传输波特率，程序让定时器1工作在方式2，产生19200bps的波特率。定时的工作方式则在TMOD寄存器设置：位数76543210TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0表4-2 TMOD格式工作方式M1 M0功能说明方式00 013位定时器/计数器方式10 116位定时器/计数器方式21 0自动重装8位定时器/计数器方式31 1T0分为2个8位计数器，关闭T1表4-3 TMO

55、D工作方式功能表实现串口通信的程序流程如下：设置定时器1工作方式开始设置定时器寄存器值打开定时器结束设置串口工作方式设置波特率加倍开发全局中断打开串口中断清除串口接收中断标志位 图4-3 串口通信程序流程图4.3控制函数程序设计控制函数主要任务是对上位机软件发送的控制指令作出响应，屏幕滚动显示加/减速，屏幕开始滚动显示和屏幕停止滚动等，每项功能对应一个指令，这个指令和上位机程序是共同协议的。比如，上位机上用来控制开始滚动用指令0 x11。单片机程序设计时用一判断语句控制其功能。第五章 上位机软件设计VB是由美国微软公司于1991年开发的一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设

56、计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。设计使用VB编写上位机软件，主要实现功能有：将输入汉字经过本地字库转换为字模数据。通过串口通信发送到目标板上，刷新显示信息。控制屏幕的显示效果。5.1汉字点阵的编码原理与提取方法5.1.1汉字点阵的编码原理以UCDOS 中文宋体字库为例,每一个字由16 行16 列的点阵组成,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理解为一个像素,而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字,也可以显示在256 像素围的任何图

57、形。编码的时候,黑的地方为1 白的地方为0 ,依次从低到高,八位一组,从上到下的顺序,进行编码。由图5-1可见,“大”字的第一组和第二组编码分别为04H 和00H。图5-1 汉字点阵字模示意图依照这个方法,继续进行下面的扫描,一共扫描32 个8 位,可以得出汉字“大”的扫描代码为: 04H ,00H ,04H ,02H , 04H , 02H , 04H , 04H , 04H , 08H , 04H , 30H , 05H , 0C0H , 0FEH , 00H , 05H , 80H , 04H , 60H ,04H ,10H ,04H ,08H ,04H ,04H ,0CH ,06H ,

58、04H ,04H ,00H ,00H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,只要输出扫描代码就可以在屏幕上显示出字体或图像。5.1.2汉字字模的提取方法知道汉字点阵的编码原理后,就可以通过计算机程序对汉字进行编码处理了,下面以16 16 点阵字库为例进行介绍。16 16 点阵汉字字库可以在中文操作软件(UCDOS) 中找到现成的文件。一般汉字字库均符合国家标准GB2312 - 80 的规定。在汉字系统中使用机码形式存储汉字,国标码最高位置1 作为汉字的机码。而国标码由两个字节组成,其中高字节表示区,低字节表示位。国标码和区位码都有94 个区,每个区又都

59、有94 个位。19 区为图形区,1015 区未规定,1687 区存放一、二级汉字库(具体编码可查看WINDOWS根目录下的GB K. TXT 文件) 。国标码和区位码的关系是:国标码高字节= 区码+ 20H ;国标码低字节= 位码+ 20H。所以,机码与国标码和区位码的关系是:机码高字节= 国标码高字节+ 80H = 区码+ A0H ;机码低字节= 国标码低字节+ 80H = 位码+ A0H。字模代码按照区位码的顺序在字库中以二进制格式存储,每个汉字占用32 个字节。因此只要找到汉字代码的起始位置,就可正确提取汉字点阵信息。对于不同的字库,汉字代码起始位置的计算方法可能存在差异,例如HZK16

60、 若以ADDRESS 表示首地址,Q 表示区码,W 表示位码,经分析和实践得出HZK16 中汉字首址计算公式为:ADDRESS = 32 (Q - 1) 94 + (W - 1) （ 5.1）在VB 中,获取汉字区位码必须用到ASC() 函数和HEX( ) 函数,函数ASC( ) 返回一个IN TEGER 数据,代表字符串中首字母的字符代码。HEX() 函数返回代表十六进制数值的字符串。当汉字作为ASC() 函数的参数时,返回的是汉字机码,经HEX() 函数转换即可得到汉字机码的十六进制数,再通过上述的关系就可以得到汉字的首地址,有了汉字的首地址再从字库中提取汉字代码就容易了。5.2界面的设计