毕业设计-基于AT89C51单片机的LED点阵广告牌设计.doc

基于基于 at89c51at89c51 单片机的单片机的 ledled 点阵广告牌设计点阵广告牌设计 摘要摘要 本设计使用 at89c51 系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电 路来驱动 6416 的点阵 led 显示屏。利用 at89c51 系列高速单片机本身强大的 功能，可以很方便的实现单片机与 pc 机间的数据传输及存储，并能利用软件方 便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、 银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。 本 led 显示屏能够以动态扫描的方式同时显示 4 个 1616 点阵汉字，并能 通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存储在空闲的单片 机程序存储器空间，使本 led 显示系统能掉电存储 1024 个字符。设计中采用了 spi 接口的 gb2312 标准字库，支持所有的国标字符和 ascii 标准字符的显示。 因为采用串行传输方式，使本系统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的 级联。 本文从 led 的显示原理入手，详细阐述了 led 动态显示的过程，以及硬件 电路的设计、计算和软件的算法。 【关键词】 动态显示；单片机；点阵字库 abstract this design uses stc12c series mcu as a main controller, and depends on a simple external circuit to drive 9616 the lattice led display. by using its own powerful functions and capacity of internal e2prom, it is easy to accomplish the mcu and pc and e2prom for internal storage, data transmission equipment ,and it also can be used conveniently to show a variety of content changes. the other dot matrix display is widely used in hospitals, airports, banks and other public places. therefore, the design has a strong practical application. the led display dynamic scan can show the way at the same time six 16 16 dot matrix chinese characters, and pc software can modify the content and effect shows, and so on. iap used in the application of programmable technology, the characters within the code stored in the scm free program memory space, so that the led display system can store 1,024 brown-out characters. spi used in the design of the interface standard gb2312 character, to support all the gb2312 standard ascii characters and characters of the show. because serial transmission used, so that the system can be enhanced scalability, for a number of display units of the cascade. this article from the start led display principle, elaborated on the led display dynamic process, as well as hardware circuit design, computing and software algorithms. key words: mcu；serial data transfer；llattice llibrary 目目 录录 1 led 概述.6 1.1 led 电子显示屏概述.6 1.2 led 电子显示屏的分类6 2 显示原理及控制方式分析.7 2.1 led 点阵模块结构7 2.2 led 动态显示原理.7 2.3 led 常见的控制方式8 3 硬件电路设计10 3.1 系统硬件概述.10 3.2 1616led 点阵显示制作.11 3.2.1 1616led 点阵的内部结构及工作原理11 3.2.2 用 88led 点阵构成 1616led 点阵12 3.3 主控单片机的接口说明.14 3.4 led 显示驱动电路14 4 字模生成.16 4.1 字模简介.16 4.1.1 led 显示屏领域字模实现技术16 4.1.2 软件控制系统字模提取的分析与设计16 4.2 字模存储技术.17 4.3 字库生成.17 5 软件设计19 5.1 程序设计总体思路和结构.19 5.1.1 程序设计总体思路.19 5.1.2 程序流程图19 5.2 各模块程序设计20 5.2.1 系统初始化20 5.2.2 led 动态显示20 5.2.3 汉字显示的原理20 6 系统功能测试.22 6.1 单元模块电路测试.22 6.2 系统整体功能测试.22 总结.23 致谢.24 参考文献25 附录.26 引引 言言 led（light emitting diode） ，发光二极管，简称 led，是一种能够将电 能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。led 的心脏 是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接 电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部 分是 p 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 n 型半导体，在这边主 要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“p-n 结” 。 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 p 区，在 p 区里电子 跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 led 发光的原理。 多个 led 发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成 led 点阵图文显 示屏。其主要特征是只控制 led 点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭） ，而不 控制 led 的发光强弱。led 点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉 字点阵（如 1616 点阵） ，将点阵文件存入 rom，形成新的汉字编码；而在使 用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由 mcu 根据新编码提取相应的点 阵进行汉字显示。 led 点阵显示具有如下特点： （1） 电压：led 使用低压电源，供电电压在 6-24v 之间，根据产品不同 而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。 （2） 效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少 80%。 （3） 适用性：每个单元 led 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各 种形状的器件，并且适合于易变的环境。 （4） 稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50%。 （5） 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，led 灯的响应时间为纳 秒级。 （6） 对环境污染：无有害金属汞。 （7） 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法， 调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。 由于 led 的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有： （1） 、信号指示应用：信号照明是 led 单色光应用比较广泛也是比较早的 一个领域，约占 led 应用市场的 4%左右。 （2） 、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等， led 用于显示屏幕的 应用约占 led 应用的 20%25%，显示屏幕可分为单色和彩色。 （3） 、照明应用：便携灯具，汽车用灯，特殊照明。由于 led 尺寸小，便 于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通 电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸 lcd 显示器背 光源等。以及投影仪用 rgb 光源。 1 1 ledled 概述概述 1.11.1 ledled 电子显示屏概述电子显示屏概述 led 电子显示屏（light emitting diode panel）是由几百-几十万个半 导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料 可以制造不同色彩的 led 像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝 色和纯绿色 led 的开发已经达到了实用阶段。 led 显示屏是一种通过控制半导 体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、 录像信号等各种信息的显示屏幕。 led 显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由 led 矩阵块组成。图文显 示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容 量的字符信息显示。led 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高， 视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广 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。 led 显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、 更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.21.2 ledled 电子显示屏的分类电子显示屏的分类 按颜色分类： 单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色） 。 双基色显示屏：红和绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千 六百多万种颜色。 按显示器件分类： led 数码显示屏：显示器件为 7 段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显 示数字的电子显示屏。 led 点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显 示模块，适于播放文字、图像信息。 按使用场合分类： 室内显示屏：发光点较小，一般 3mm-8mm，显示面积一般零点几至十几平 方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作， 具有防风、防雨、防水功能。 按发光点直径分类： 室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极 管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。 2 2 显示原理及控制方式分析显示原理及控制方式分析 2.12.1 ledled 点阵模块结构点阵模块结构 八十年代以来出现了组合型 led 点阵显示器模块，以发光二极管为像素， 它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化 封装的点阵 led 模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、 耐腐蚀等特点。led 点阵规模常见的有 44、48、57、58、88、1616 等等。 根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所 显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、 黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管 点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管 的点亮时间，则可实现 256 或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。 图 2.1 示出最常见的 88 单色 led 点阵显示器的内部电路结构和外型规格， 其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图 2.1 88 单色 led 模块内部电路 led 点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中 西文字及符号如 5x7 点阵显示器用于显示西文字母58 点阵显示器用于显 示中西文，8x8 点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。 用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过 pc 机或 单片机控制驱动。 2.22.2 ledled 动态显示原理动态显示原理 led 点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显 示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方 式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下 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图形或文字信息 的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式 led 汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式 巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要 帧速率高于 24 帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型 的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩 减了发光单元的信号线数量，因此在 led 显示技术中被广泛使用。 以 88 点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图 2.1 中，红色 水平线 y0、y1y7 叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行 8 个 led 的 阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线 x0、x1x7 叫做列线，接内部每列 8 个 led 的阴极，相邻两列线间绝缘。 在这种形式的 led 点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示） ， 在某列线上施加低电平（用“0”表示） 。则行线和列线的交叉点处的 led 就会 有电流流过而发光。比如，y7 为 1，x0 为 0,则右下角的 led 点亮。再如 y0 为 1，x0 到 x7 均为 0，则最上面一行 8 个 led 全点亮。 现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“b”的过程。其过程如图 2.2 图 2.2 用动态扫描显示字符“b”的过程 2.32.3 ledled 常见的控制方式常见的控制方式 目前常见的是并行传输方式（见附录 1.1） ，通过 8 位锁存器将 8 位总线上 的列数据进行锁存显示，各 8 位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的 优点是传输速度快，对微控制器（mcu）的通信速度要求较低。但是这种方案最 大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。每增加一个 1616 点阵的全角汉 字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在 pcb 布线 的时候要留有充足的地址线冗余量。再一个缺点是，每个单元的 pcb 随着安放 位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。并行传输需要的芯片 较多，因此市场上已经出现用 fpga,cpld 等高密度可编程逻辑器件（pld）来取 代传统锁存器 ic 的方案。成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。因此，并行传 输方式适用于显示单元数目确定的条屏。 随着广告屏显示内容的多媒体化，对控制器传输速度，运算能力的要求越 来越高。因此控制器的种类也在不断发展以适应要求，从最初的 8051 单片机， 到 pic 单片机，又到 fpga，直到现在的 arm 处理器。不同功能档次的广告屏对 应着不同的处理器。 一以传统 8051 单片机为控制器的 led 显示屏。因受到单片机运算速度及 通信速率的限制，led 动态显示的刷新率不可能做得太高。对显示效果和移动 算法的处理也比较吃力，在实际显示效果上有比较明显的闪烁感。除此之外， 传统 8051 单片机的内部资源贫乏，仅 128 字节的数据存储器，几 k 字节的程序 存储器，无 e2prom，spi。这就需要对单片机扩展外设，无疑增加了硬件成本。 因此，8051 控制的条屏只能用于显示内容及其简单，不需要经常更改显示内容 的场合。 二以 pic 单片机为控制器的 led 显示屏。因 pic 单片机是 risc 架构的工 业专用单片机，处理指令的速度有所增加，抗干扰能力优秀，型号种类繁多。 作为条屏的控制器，可以明显的改善显示效果，同时 pic 单片机内部的资源较 丰富，可节省外部电路设计难度，同时降低了硬件成本。因此，以 pic 单片机 为控制器的条屏目前仍是单色条屏市场的主流。 三以 fpga（复杂可编程逻辑门阵列）为控制器的 led 显示屏。fpga 以高 速、并行著称。是近年来新兴的可编程逻辑器件。用他作为 led 显示屏的控制 器，能够高速的处理色阶 pwm 信号、高速的完成动态扫描逻辑、高速的完成字 符移动算法。因此被运用于双基色、三基色的显示系统。但是其成本较高，开 发难度较大。 四以 arm（32 位 risc 架构高性能微处理器）为控制器的 led 显示屏。 arm 有着极高的指令效率，极高的时钟频率。因此其运算能力非常强大，内部 资源也十分丰富，极大的简化了硬件设计的难度，缩短了开发周期。在条屏的 运用中，能用 arm 来实现花样繁多的显示方式，以及高色阶，多像素的全彩屏 驱动。arm 与 fpga 的组合更是功能强大，除了海量存储技术，无线更新技术外， 还能实时地显示视频信号。因此，以 arm 为控制器的显示屏常为视频全彩屏。 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.13.1 系统硬件概述系统硬件概述 整个电路由单片机 89c51，8 个 74ls373，1 个 74hc154，1 个 74ls138,4 个 1616 的 led。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要 4 个 1616 led 点阵模块，可组成 1664 的条形点阵。 at89c51 是一种带 4kb 可编程可擦除 只读存储器 的低电压，高性能微处 理器，俗称单 片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100 次。该 器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单 个芯片中，atmel 的 at89c51 是一种高效微控制器， at89c2051 是它的一种 精简版本。at89c51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价 廉的方案。at89c51 引脚即外观如图 3.1 所示。 图 3.1 at89c51 的管脚图 译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件， 74ls138 的输出是低电平有 效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门，74ls138 与前面不 同，其有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。 发光二极管点亮只须使其正向导通即可，根据led 的公共极是阳极还是阴 极分为两类译码器，即针对共阳极的低电平有效的译码器；针对共阴极 led 的高电平输出有效的译码器 。 74ls373 是低功耗肖特基 ttl8d 锁存器，内有 8 个相同的 d 型(三态同相) 锁存器，由两个控制端(11 脚 g 或 en；1 脚 out、cont、oe)控制。当 oe 接地时， 若 g 为高电平，74ls373 接收由 ppu 输出的地址信号；如果 g 为低电平，则将 地址信号锁存。工作原理：74ls373 的输出端 o0o7 可直接与总线相连。当三 态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，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，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。74ls373 引脚即外 观如图 3.2 所示 图 3.2 74ls373 引脚图 74hc154 为 4 线12 线译码器，当选通端（g1、g2）均为低电平时，可 将地址端（abcd）的二进制 编码在一个对应的输出端，以低电平译出。若将 g1 和 g2 中的一个作为数据输入端，由 abcd 对输出寻址， 还可作 1 线 16 线数据分配器。工作环境温度为 070，对社会的要求非常适合。 led,50 年前人们已经了解半导体材料可产生光 线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960 年。led 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半 导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧7 树脂密封，即固 体封装，所以能起到保护内部芯线的 作用，所以 led 的抗震性能好 该电路的显示采用逐行扫描方式。工作时，由 单片机取出第一行需要显示的内容经延时一段时间后再进行下一行点阵数据的 显示。需要注意的是，每次只能选通一行数据，即要通过不断的逐行扫描来实 现汉字或字符的显示。 3.2 1616led 点阵显示制作点阵显示制作 3.2.1 1616led 点阵的内部结构及工作原理点阵的内部结构及工作原理 以 ucdos 中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。即 国家标准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 像素范围内的任何图形。这里我们以“高”字 说明，如图 3.3 所示。 图 3.3 16*16led 汉字显示 用 8 位的 at89c51 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。一般把它拆分为上部和下部，上部由 816 点阵组成，下部也 由 816 点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分， 即第 0 列的 p00p07 口。方向为 p00 到 p07 ,显示汉字“高”时,p02 点亮,由 上往下排列,为 p0.0 灭，p0.1 灭, p0.2 灭, p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 亮,p0.6 灭,p0.7 灭。即二进制 00000100，转换为 16 进制为 04h。上半部第一列完成 后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方 便，我们仍设计成由上往下扫描，即从 p27 向 p20 方向扫 描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为 00000000，16 进制则为 00h。 然后单片机转向上半部第二列，仍为 p01 点亮，为 00000100，即 16 进制 04h. 这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p20 点亮，为二进制 00000010，即 16 进制 02h.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“高”的扫描代码为：02h，00h，01h, 04h,0ffh,0feh, 00h, 00h，1fh,0f0h, 10h, 10h, 10h, 10h, 1fh,0f0h，00h, 04h, 7fh,0feh, 40h, 04h, 4fh,0e4h，48h, 24h, 48h, 24h, 4fh,0e4h, 40h, 0ch。 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显示在屏幕上。不过现在有很多现成的汉字字模生成软 件，就不必自己去画表格算代码了。 3.2.23.2.2 用用 88led88led 点阵构成点阵构成 1616led1616led 点阵点阵 proteus 中只有 57 和 88 等 led 点阵，并没有 1616led 点阵，而在 实际应用中，要良好地显示一个汉字，则至少需要 1616 点阵。下面我们就首 先介绍使用 88 点阵构建 1616 点阵的方法，并构建一块 1616led 点阵， 用于本例的显示任务。 首先，从 proteus7.1 的元件库中找到“matrix-8x8-red”元器件，并将四块该 元器件放入 proteus 文档区编辑窗口中。此时需要注意,如果该元器件保持初始 的位置（没有转动方向），我们要首先将其左转 90，使其水平放置，那么此 时它的左面 8 个引脚是其行线，右边 8 个引脚是其列线（当然，如果你是将右 转，则右边 8 个引脚是行线）。然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别 进行连接，使每一条行线引脚接一行 16 个 led，列线也相同。并注意要将行线 和列线引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。连接好的 1616 点阵如图 3.4 所示。 成如上图的 1616 点阵只是第一步，这样分开的数块并不能达到好的显示 效果,下面我们要将其进一步组合。组合实际上很简单，首先选中如上图中右侧 的两块 88 点阵，然后拖动并使其与左侧的两块相并拢，如图 3.5 所示。 图 3.5 可以看到原来的连线已经自动隐藏了，至于线上的交点，我们不要去动。 然后，我们再来最后一步，选中下侧的两块点阵，并拖动使其与上侧的两块并 拢,最后的效果如图 3.6 所示。看到,原来杂乱的连线现在已经几乎全部隐藏了， 一块 1616 的 led 点阵做成了。需要注意，做成的 led 点阵的行线为左侧的 16 个引脚，下侧的 16 个引脚为其列线，而且其行线为高电平有效，列线为低 电平有效。然后，我们将其保存，以便以后使用。 图 3.4 点阵模块组合 图 3.6 3.33.3 主控单片机主控单片机的接口说明的接口说明 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 复制用口，作为输入口时，每位能吸收电流的方式驱动8 个 ttl 逻辑门电 路，对端口写入 “1 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 激活内部上拉电阻。在 flash 编程时，po 口接收指令节，而在程序校检时， 输出指令字节，校检时，要求外接上拉电阻。 p1 口：p1 口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 i。flash 编程和程序校检期间， p1 接收低 8 位地址。 p2 口:p2 口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i。在访问 外部数据存储器或 16 位地址的外部数据存储（例如执行movxdptr 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 movxri 指令）时，p2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（ sfr）区 中 r2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变。 flash 编程和校检时， p2 亦接收高位地址和其他控制信号。 p3 口：p3 口是一个带内部上拉电阻的 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输入端口，作输入端时，被外部拉低的 p3 口将用上拉电阻，输出电流 i。p3 口还接收一些用于 flash 闪速存储器编 程和程序校检的控制信号。 rst:复位输入，当震荡器工作时，rst 引脚出现两个机器周期以上高电平 将使单片机复位。 ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时,ale(地址锁存允许）输 出脉冲用于所存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ale 乃以时钟振 动频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可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。 3.4 led 显示驱动电路显示驱动电路 led 显示驱动电路如图 3.7 所示。 图 3.7 显示驱动电路图 4 4 字模生成字模生成 4.14.1 字模简介字模简介 文字的字模是一组数字，但它的意义却与数字的意义有着根本的变化，它 是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状1。 在电脑硬件中，根本没有汉字这个概念，也没有英文的概念，其认识的概 念只有内码(将 ascii 表的高 128 个很少用到的数值以两个为一组来表示汉 字，即汉字的内码。而剩下的低 128 位则留给英文字符使用，即英文的内码)。 如果你用启动盘启动系统后用 dir 命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那 确确实实是汉字，如果你启动 ucdos 或其他的汉字系统后，就会看到那是一个 个熟悉的汉字。在硬件系统内，英文的字模信息一般固化在 rom 里，即使在没 有进入系统的 cmos 里，也可以让你看到英文字符。而在 dos 下，中文的字模信 息一般记录在汉字库文件里(将制作好的字模放到一个个标准的库中，这就是点 阵字库文件)。 4.1.14.1.1 ledled 显示屏领域字模实现技术显示屏领域字模实现技术 在通过软件实现的技术中，目前有许多字模生成软件，软件打开后输入汉 字，点“检取” ，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排 数据复制到我们的程序中即可。在通过硬件实现字模提取的技术中，有在单片 机系统中增加硬汉字库的方法，主控器发送的汉字是其机内码，用两个字节来 表示一个汉字。根据机内码，显示单元控制模块从汉字库中查取显示字模，实 现汉字显示。由于带有硬汉字库，进行动态文字显示时，通用智能显示单元仅 接受汉字的机内码即可，这样数据通讯量大大减少。因此， “动态文字显示速度 快” 。 4.1.24.1.2 软件控制系统字模提取的分析与设计软件控制系统字模提取的分析与设计 而在 led 显示屏控制系统具体应用的 windows 操作系统下如何提取字模信 息是设计的核心。软件控制系统在实际编辑过程中，要求各种字体、字号的文 字都能被编辑、保存。所以系统在设计时，把文本区理解为由众多的象素点构 成，而把不同字体、字号的文字理解为一幅图像。因为所开启的文本区大小与 led 显示屏的大小对应，所以采用 1616 点阵为单位，把文本区内的每个像素 点都看成一个二维数组，由于系统中各种颜色都有对应的值，赋予每个不同颜 色的像素点不同的对应值，再把每个点赋予一个 int 型的值，这样保存下来的 信息就是二进制数据。通过这样的设计，我们不仅可以把任何字型，任何大小 的文字保存下来，还可以显示以 256 个像素点阵为单位的任何图形。在软件控 制系统中实现字模的提取，也就避免了在单片机中加载硬汉字库模块，从而简 化了硬件模块的设计。 以下以单色屏为例，介绍系统采用字模保存的算法设计： 定义 colorref zimo_ color 为像素点的颜色，判断某个点的颜色值。如 果值为 oxffffff，说明此点为白色，赋予此点值 0。由于单色屏只有红色和不 显色两种，所以可以简单赋值为除白色外其余点赋值为 1 cclientdc dc(this); cfile myfile; unsigned int zimo192 384=0; unsigned char zimo_data19248=0; colorref zimo_color; int row, col ; this -hidecaret(); for (row=0;row192;row+) for (col=0;col384;col+) zimo_color=do.getpixel (col, row); if (zimo color = =oxffffff) zimo row col=0;else zimo row col=1; 定义 unsigned int zimo192384=0;/文本区像素点 以 8 位为一字节(因为在随后的串行通讯中，传输的数据是 8 位的二进制数据) 定义 unsigned char zimo_data19248=0 4.24.2 字模存储技术字模存储技术 目前使用最广泛的技术是，通过上位机软件将待显示的字符串转换为对应 的点阵字模数据，通过烧写的方式将这些字模数据按一定的顺序编址后存储在 e2prom 中。在条屏显示的过程中按规定的方式取出 e2prom 中的字模数据进行处 理。对于一个 1616 点阵的汉字字模数据，需要连续 32 字节的 e2prom 空间来 存储。照此计算，若有 256 个需要显示的字符，则至少需要 32b256=8192 字 节（8kb）的 e2prom 存储空间。通常的单片机内部没有集成这么大容量的 e2prom。因此这种方案，需要在单片机外部扩展大容量的 e2prom，增加硬件成 本。上位机程序设计由于涉及到汉字取模，取模算法的难度较大。在多字下载 的时候传输时间也较长。诸多弊端使本设计放弃了传统方案。而本设计创新使 用了专用的点阵字库芯片，成本仅为 8 元，内含各种点阵规格的 gb2312、ascii 等标准字库。专用字库芯片采用微型 so-8 封装，使用高速同步 串行 spi 接口进行读写操作，节省了控制器的 i/o。在本设计中，单片机内部 的小容量 e2prom，用于存储待显示汉字的 gb2312 标准机内码，每个全角字符的 内码占 2 字节，则在同样需要显示 256 个汉字的情况下，这种方案仅占用 512 字节的 e2prom 空间 4.34.3 字库生成字库生成 因为本设计中为行扫描，列输入，所以“魏”的自摸代码为： db 49h,40h,4ah,51h,4ch,6ah,7fh,0c4h,4ch,4ah,8ah,71h,88h,42h,3fh,84h db64h,98h,0a5h,0e0h,3eh,0beh,24h,81h,24h,89h,7fh,81h,20h,07h,00h,00 “佳”字代码为： db 01h,00h,02h,00h,04h,00h,1fh,0ffh,0e2h,02h,12h,22h,12h,22h,12h,22h db 12h,22h,0ffh,0feh,12h,22h,12h,22h,32h,62h,16h,26h,02h,02h,00h,00h “锋”字代码为： db 01h,40h,02h,40h,0eh,40h,0f3h,0feh,12h,44h,12h,48h,09h,00h,11h,28h db 0f2h,0a8h,2ah,0a8h,25h,0ffh,2ah,0a8h,32h,0a8h,23h,28h,02h,00h,00h,00h 5 5 软件设计软件设计 5.15.1 程序设计总体思路和结构程序设计总体思路和结构 5.1.15.1.1 程序设计总体思路程序设计总体思路 用简短的汇编程序设计，实现 led 点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕 上从左到右的滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示 子程序和串行口中断程序。 用 at89c51、74ls373、74ls138、74hc154 芯片和 4 个 1616led 点阵显示器构 成一个完整的 16 位点阵 led 显示系统。 5.1.25.1.2 程序流程图程序流程图 程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流 程 图如图 5.1 所示。 图 5.1 单片机汉字显示程序流程图 5.25.2 各模块程序设计各模块程序设计 5.2.15.2.1 系统初始化系统初始化 org 0000h ajmp start org 000bh ljmp time0 org 0030h start:mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov r4,#00h mov r5,#00h 5.2.25.2.2 ledled 动态显示动态显示 显示要求汉字在显示屏上按从左到右的顺序一个个的出现。设计时可采用 如下方法：首先将 led 显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即 led 显示空白， 然后每间隔一个“软定时器”设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个 汉字点阵数据并进行扫描显示，这样就可达到动态显示的效果。实现 led 从左 向右移动显示程序： time0:inc r5 cjne r5,#3,next mov r5,#0 inc dptr inc dptr inc r1 cjne r1,#144,next mov r1,#0 mov dptr,#tab next: mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h reti 5.2.35.2.3 汉字显示的原理汉字显示的原理 我们以中文宋体字库为例，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 像素范围内的任何图形。led 点阵汉字显示程序： main: mov p1,r2 mov a,r3 movc a,a+dptr mov p2,a inc r3 mov a,r3 movc a,a+dptr mov p0,a inc r3 mov p3,r4 lcall delay1ms inc r2 cjne r2,#16,main mov r2,#0 inc r4 cjne r4,#3,main mov r3,#0 mov r4,#0 ljmp main 6 6 系统功能测试系统功能测试 6.16.1 单元模块电路测试单元模块电路测试 在 proteus 仿真软件中运行测试 at89c51、74ls373、74ls138、74hc154 等 芯片和 led 显示器均能正常运行并完整的显示出了我所要的效果。所以各个模 块功能正常。 6.26.2 系统整体功能测试系统整体功能测试 在仿真软件 proteus 中运行测试系统整体功能，一切正常。实现了汉字的 左移滚动显示，完整的显示出了“陕西理工学院”浮动汉字。 图 6.1 单片机汉字显示系统测试图 总总结结 在本设计中我用简短的汇编程序在 led 显示屏实现了汉字的左移滚动显示。 在设计中采用的芯片有 at89c51、74ls373、74ls138、74hc154 和 4 个 1616led 点阵显示器。其特点：1.内容能从右向左浮动显示。2.硬件结构简 单，应用广泛。3.led 数码管动态扫描显示，工作效率高，价格低廉等。 通过本次(6416 位点阵 led)的设计，理论知识学习和实际设计的结合锻 炼了我的综合运用所学的专业基础知识解决实际工程问题的能力，同时也提高 我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而 且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力 得到了锻炼，经验得到了丰富。为后继的学习和工作奠定的基础。 参考文献参考文献 1李建忠编著.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002 2李群芳，肖看编著.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，2005 3于海生编著.微型计算机控制技术.北京：清华大学出版社，2008 4戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第 3 版).北京：清华大学出版 社，2008 5江晓安，董秀峰编著.数字电子技术(第二版).西安：西安电子科技大学出版 社，2005 附录附录 附录：源程序代码 org 0000h ;初始化 ajmp start org 000bh ljmp time0 org 0030h start:mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov r4,#00h mov r5,#00h mov tmod,#01h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov ie,#82h setb tr0 mov dptr,#tab ;= main: mov p1,r2 ;单片机输出 mov a,r3 movc a,a+dptr mov p2,a inc r3 mov a,r3 movc a,a+dptr mov p0,a inc r3 mov p3,r4 lcall delay1ms inc r2 cjne r2,#16,main mov r2,#0 inc r4 cjne r4,#4,main mov r3,#0 mov r4,#0 ljmp main ;= time0:inc r5 ;移动显示 cjne r5,#3,next mov r5,#0 inc dptr inc dptr inc r1 cjne r1,#144,next mov r1,#0 mov dptr,#tab next: mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h reti ;= delay1ms:mov r7,#2 ;延时 del: mov r6,#250 djnz r6,$ djnz r7,del ret ;= tab:;db 000h,000h,01fh,0fch,010h,000h,025h,000h,03bh,004h,000h,048h,00ah,050h,0 09h,060h;陕 ;db 07fh,0c0h,010h,0a0h,012h,090h,014h,088h,000h,08ch,000h,004h,000h,004h,0 00h,000h db 00h,00h,7fh,0ffh,44h,20h,5ah,10h,61h,0e1h,10h,82h,14h,84h,12h,88h db 10h,0b0h,0ffh,0c0h,10h,0b0h,12h,88h,34h,86h,11h,83h,00h,82h,00h,00h db 000h,000h,003h,000h,002h,0f8h,022h,010h,022h,050h,03fh,090h,022h,010h,0 22h,010h db 07fh,090h,044h,090h,044h,090h,004h,00ch,004h,030h,007h,0c0h,000h,000h,0 00h,000h db 000h,010h,011h,010h,011h,020h,01fh,0e0h,022h,048h,000h,048h,038h,008h,0 27h,048h db 025h,048h,03fh,0f0h,04ah,090h,042h,090h,07eh,010h,000h,010h,000h,000h,0 00h,000h db 000