單片機的LED點陣屏顯示

1、51單片機的LED點陣屏設計1 引言點陣顯示是集微電子技術、 計算機技術、 信息處理于一體的新型顯示方式。 由于 其具有色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。目前大 多數(shù)的公交車招牌都是采用固定的板塊顯示， 顯示的信息量少， 內(nèi)容固定， 修改 站點信息比較麻煩，不能快速、便捷的更新站點信息。本文提出一種方案，采用 LED點陣顯示模塊，克服了上述缺點，不僅可以靜態(tài)的顯示公交車站點信息，而 且也可以通過動態(tài)滾動， 從而增加信息顯示的容量。 為了醒目， 還可以產(chǎn)生諸如 閃動、滾動等顯示效果。1.1 車內(nèi)顯示器的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著電子技術和計算機控制技術在客車上的日益廣泛的應用， 客車

2、內(nèi)的路牌顯示 器也經(jīng)歷了從燈光路牌、翻板式電子模塊路牌、CRTS示、LCD液晶顯示和LED點陣顯示等幾種發(fā)展類型； 顯示信息也從固定內(nèi)容發(fā)展到任意內(nèi)容的多種顯示方 式；對顯示信息的編輯、 修改，也由遙控鍵盤有線通訊模式發(fā)展到用計算機編輯 文字，在經(jīng)專用無線控制器將其發(fā)射到各站點的通訊模式。 以后的發(fā)展趨勢是衛(wèi) 星定位系統(tǒng)站點顯示器，客車內(nèi)站牌顯示器由天線、衛(wèi)星定位模塊、微處理器、 LED點陣驅動電路、LED點陣站牌和電可擦寫存儲器構成。目前在客車內(nèi)廣泛的顯示器由LED點陣顯示器和LCD液晶顯示器，還有部分CRT 顯示器，由于CRT顯示器耗電量多、體積較大，且本質(zhì)量較重，與 LED點陣顯示 器和

3、LCD液晶顯示器相比，已處于下風，目前LED和LCD顯示器成為現(xiàn)代人們選 擇之一，它們各有優(yōu)缺點。LCD液晶顯示器具有圖像清晰、體積小、功耗低等優(yōu) 點，但它的成本高、亮度低、壽命短、可視距離和角度很有限。而 LED顯示屏具 有亮度高、 故障低、能耗少、使用壽命長、 顯示內(nèi)容多樣、 顯示方式豐富等優(yōu)點。1.2 LED 點陣顯示系統(tǒng)點陣顯示是集微電子技術、 計算機技術、 信息處理于一體的新型顯示方式。 由于 其具有色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。目前大 多數(shù)的公交車招牌都是采用固定的板塊顯示， 顯示的信息量少， 內(nèi)容固定， 修改 站點信息比較麻煩，不能快速、便捷的更新站點

4、信息。本文提出一種方案，采用 LED點陣顯示模塊，克服了上述缺點，不僅可以靜態(tài)的顯示公交車站點信息，而 且也可以通過動態(tài)滾動， 從而增加信息顯示的容量。 為了醒目， 還可以產(chǎn)生諸如 閃動、滾動等顯示效果。目前LED顯示屏的種類越來越多，從使用場合及亮度考慮可分為室內(nèi)與室外屏， 從掃描方式可分為動態(tài)掃描顯示屏和靜態(tài)掃描顯示屏。室外使用的交通誘導屏， 通常采用計算機同步控制的靜態(tài)掃描顯示，每個像素由幾個高亮LED發(fā)光管組成，可做成多色或全色。其優(yōu)點在于播放的內(nèi)容信息量大，實時性強，且由于采 用靜態(tài)顯示，亮度高；其缺點是硬件電路復雜，成本高。室內(nèi)使用的由8X 8LED點陣拼成的顯示屏也有同步和異步之

5、分，同步控制顯示屏由計算機作為主控器， 異步控制顯示屏的主控器可采用單片機。單片機控制的單色顯示屏由于結構簡 單，成本低廉，適合作為客車廣告屏。本文介紹的客車廣告屏屏系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一部分，它是利用先進的顯示、 及通信等技術手段， 動態(tài)地、實時地顯示公交車的站點信息， 最大限度的提高公 交車站牌的信息顯示量。本系統(tǒng)采用的 STC89C516RD宏晶科技）單片機是新一 代增強型 8051 單片機標準的制定者，致力于提供滿足用戶需求的世界級高性能 單片機技術，在業(yè)內(nèi)處于領先地位，銷售網(wǎng)絡覆蓋全國。在保證質(zhì)量的基礎上， 以極低的價格和完善的服務贏得了用戶的長期信賴。在廣受歡迎的STC89C5全系

6、列單片機的基礎上，現(xiàn)全力推出“1 個時鐘/ 機器周期”的單片機 ,全面提升 8051單片機性能。用該單片機作為系統(tǒng)的中央控制單元，負責產(chǎn)生和控制掃描 信號、讀出顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送給掃描驅動電路，使LED點陣屏按照一定的要求 顯示。根據(jù)設計要求，顯示方式要具有掉電存儲功能，因此，在單片機外圍電路 加上I2C總線的EEPROM利用單片機外部中斷功能檢測出來所需要的顯示方式， 并把它存儲在該EEPROI內(nèi)，這樣，即使斷電顯示方式也仍然存儲在該 EEPROM 里面，單片機再重新讀取該 EEPRO里面的內(nèi)容，也就是斷電前的顯示方式。結 合KEIL軟件編程，實現(xiàn)了 PC機通信、控制界面以及安全措施，從而大

7、大豐富了 系統(tǒng)功能， 提高了系統(tǒng)的可操作性， 使達到交互式與智能化， 符合未來交通系統(tǒng) 智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展方向。 利用該系統(tǒng)， 可以實現(xiàn)同一站牌不同方向客車站點 的靜態(tài)顯示、 動態(tài)顯示和定時顯示控制， 另外用來應對交通突發(fā)事件， 作為應急 告示，達到疏散交通，保護人們安全的目的。 設計時考慮到系統(tǒng)的擴展加上升級模塊， 可以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程升級； 加上公交車 到站時間預測模塊，可以預測到公交車到站的時間，方便行人；加上網(wǎng)絡模塊， 可以連接互聯(lián)網(wǎng)，直接通過互聯(lián)網(wǎng)進行控制，也為以后的智能交通打下基礎。2 LED 點陣顯示的理論基礎LED點陣顯示的基礎理論包括光電子學、半導體器件、數(shù)字電子電路、大規(guī)模

8、集 成電路、單片機及微機等各個方面， 既有硬件又有軟件。 上述各個領域都有自成 體系，本文無法一一盡述，只能以顯示屏為主線進行討論，主要闡述了 LED器件 的應用基礎和工作原理，以及 LED點陣模塊的構成和工作原理。2.1 LED 器件的應用基礎LED器件種類繁多。早期LED產(chǎn)品是單個的發(fā)光燈，隨著數(shù)字化設備的出現(xiàn)，LED 數(shù)碼管和字符管得到了廣泛的應用。LED發(fā)光燈可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā) 光燈、電壓型發(fā)光燈等多種類型。按照發(fā)光燈強度又可以分為普通亮度發(fā)光燈、 高亮度發(fā)光燈等。LED發(fā)光燈的外形由PN結、陽極引腳、陰極引腳和環(huán)氧樹脂封裝外殼組成。其 核心部

9、分是具有注入復合發(fā)光功能的 PN結。環(huán)氧樹脂封裝外殼除具有保護芯片 的作用外，還具有透光聚光的能力，以增強顯示效果。LED器件通常用砷化傢（GaAS、磷化傢（GaP等半導體材料制成。當向LED 器件施加正向電壓時， 器件內(nèi)部的電子與空穴直接復合而產(chǎn)生能量， 以光的形式 釋放出來，產(chǎn)生半導體發(fā)光。因此 LED的驅動就是如何使它的PN結處于正偏狀 態(tài)，而且為了控制它的發(fā)光強度， 還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。 具體的驅動方 法可以分為直流驅動、恒流驅動、脈沖驅動和掃描驅動等 2 。2.2 LED 點陣模塊 顯示單元（ Display unit ）由電路及安裝結構確定的并具有顯示功能的器件組成LED顯

10、示屏的最小單元，也叫點陣顯示模塊。點陣顯示屏是由上萬個或幾十萬個 LED發(fā)光二極管組成，每個發(fā)光二極管稱為一 個像素。為了取得良好的顯示一致性并簡化器件結構， 八十年代以來出現(xiàn)了組合 型LED點陣顯示器，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后， 環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成，即所謂的點陣模塊。點陣模塊具有高亮度、功耗低、 引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。按照顏色的不同分為 單基色、雙基色和三基色三類，可顯示紅、黃、綠、藍、橙等顏色。按照點陣規(guī) 模大小分有 4X 4、4X 8、5X 7、5X 8、8X 8、16X 16、24X 24、32X 32、40X 40 等。按

11、照像素的直徑大小分有 3、 3.75、 5、 10、 20等。（ a） 外部結構（ b） 內(nèi)部結構圖1 8 X8點陣結構圖1為8X8單基色點陣的結構圖，從內(nèi)部結構可以看出 8X8點陣共需要64個 發(fā)光二極管， 且每個發(fā)光二極管是放置在各行和列的交叉點上。 當對應的某一列 置高電平，另一列置低電平時，則在該行和列的交叉點上相應的二極管就亮。LED顯示屏就是由若干個點陣模塊組成的，它通過一定的控制方式，就可以顯示 文字、文本、圖形、圖像、動畫等各種信息，以及電視、錄像信號。3 方案設計從前兩節(jié)的論述中可以看出LED點陣顯示技術已經(jīng)相當成熟。實現(xiàn)方案非常多。本文要設計的是客車內(nèi)LED點陣顯示屏，根據(jù)

12、客車內(nèi)的特殊環(huán)境，選擇方案時就 要考慮公交車的車身尺寸、 震動、 溫度等對顯示屏的影響， 以及客車內(nèi)電源的局 限性，為了節(jié)約電能，采用太陽能電池供電，就要使顯示屏功耗降到最低。3.1 顯示方案 根據(jù)論文的設計要求， 本文提出了以下幾種方案， 對比論證，選取較合適的方案。（1）CRT監(jiān)視器設計方案：在站牌出安裝一小型彩色監(jiān)視屏，將站點信息顯示在CRT監(jiān)視器上，供行人查閱。站點信息放在存儲器內(nèi)，通過無線廣播的方式進 行數(shù)據(jù)更新。 這種方案的優(yōu)點： 是成本比較低， 可以采用淘汰下來的電視機作為 監(jiān)視器；缺點是：耗電量巨大， CRT顯示器在陽光下的顯示效果不理想。（2）LED點陣顯示屏設計方案：整個站

13、牌由 LED顯示屏構成，站點信息在點陣 屏幕上顯示，并且可以以靜態(tài)的方式固定顯示站點或者以動態(tài)的方式輪流顯示所 有的站點。系統(tǒng)通過RS485或者互聯(lián)網(wǎng)進行更新、升級。這種方案的優(yōu)點是：成 本相對比較低廉， 能及時動態(tài)的顯示站點信息， 顯示的信息容量也比較大， 便于 遠程控制和升級。缺點是：受目前LED顯示技術的限制，對于圖像和視頻顯示的 效果不是很理想。（ 3）液晶顯示器（或者等離子）設計方案：由液晶（等離子）顯示器構成站牌， 不但能顯示站點信息， 還可以顯示圖象或者視頻信息， 站點信息經(jīng)過專用電纜或 者互聯(lián)網(wǎng)絡傳送。 這種方案的優(yōu)點是能在有限的站牌上顯示更多的信息， 尤其是 圖像和視頻信息，

14、缺點是成本太高，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，不適合推廣使用。通過比較上述三種方案，可以發(fā)現(xiàn)LED點陣顯示方案有很大的可行性，而且其系 統(tǒng)的升級也比較方便，便于推廣使用，適應現(xiàn)代化建設的發(fā)展需求。3.2 控制電路方案控制電路有兩種選擇，數(shù)字電路控制和 CPLD控制。數(shù)字電路控制的原理是LED點陣顯示屏由單片機控制電路和顯示驅動電路兩大 部分組成，一般的單片機控制部分采用 ATME公司的51系列單片機，考慮到它 的ROM目對較小，這里采用增強型的51單片機STC89C516RD宏晶科技）單片機, 顯示驅動部分由16片8X 8 LED點陣模塊和相應的驅動電路組成， 位碼掃描信號 和段碼信號都有單片機提供。由CP

15、LD器件組成的控制電路，具有很高的可靠性和設計靈活性，所實現(xiàn)的顯示 效果樣式較多，但采用可編程邏輯器件 CPLD的設計成本相對較高。由于采用由單片機組成的控制電路已能完成設計的要求，且其性價比要優(yōu)于采用由CPLD組成的控制電路。因此，本文采用前者作為控制電路。3.3系統(tǒng)框圖 整個系統(tǒng)由兩大模塊組成：主控制單元和輔助控制單元模塊。其框圖如下所示圖2主控制單元結構框圖圖2為主控制單元結構框圖，它主要完成的功能是LED點陣的顯示和定時顯示控 制。DS1302為時鐘芯片，為顯示準確的時間； DS18B02是溫度控制芯片，顯示 車內(nèi)的溫度；AT24C256是容量為256Kbit的E2R0M用來保存掃描方

16、式的數(shù)據(jù)的 信息，以及廣告信息和更新廣告信息等其它待顯示的信息。 RS232通信模塊用來 更新顯示信息和升級系統(tǒng)。4系統(tǒng)硬件設計4.1顯示屏驅動顯示電路顯示屏分成屏體和控制器兩部分，屏體的主要部分是顯示陣列以及有行列驅動電 路。根據(jù)安裝環(huán)境的空間以及考慮成本造價， 決定使用多大尺寸的顯示屏， 從而 決定了顯示模塊的數(shù)量，這里以8X8點陣為例，模塊單位為256點陣，即需要 16塊點陣模塊，如圖 4示。漢字一般是 256點陣，那么該屏可以一次顯示 4個 漢字。采用掃描方式進行顯示時， 分成兩步， 對于每行有一個行驅動器， 各行的同名列 共用一個列驅動器， 由單片機給出行選通信號， 從第一行開始依次

17、對各行進行掃 描，對于列，根據(jù)各列所存數(shù)據(jù)，確定相應的列驅動器是否將該列與行接通，如 果接通，那么該行該列的LED將亮，以同樣方法進行顯示全部各行都掃描一遍之 后（一個掃描周期 ） ，再從第一行開始， 進行下一個周期的掃描。 只要一個掃描周 期的時間比人眼 1/25 秒的滯留時間短，就不會感覺出閃爍現(xiàn)象。 顯示數(shù)據(jù)從驅動芯片到顯示模塊是以并行方式傳輸?shù)模?但顯示數(shù)據(jù)從單片機到驅 動芯片是以串行方式傳輸?shù)模?由于串行傳輸?shù)目刂齐娐泛唵危?設計容易， 缺點是 串行數(shù)據(jù)傳輸需要很長的時間， 不過這可以由軟件來彌補， 也可考慮單片機的控 制速度。顯示驅動電路由74HC595組成。74HC595俞入端是

18、8位串行移位寄存器，輸出端 是8位并行緩存器具有鎖存功能。由于 CLK LOAD端相連，而數(shù)據(jù)線分開，這樣 在同一脈沖下，行列的數(shù)據(jù)可以同時進行傳入，行列數(shù)據(jù)準備好后，啟動 LOAD 信號使所有數(shù)據(jù)同時輸出并鎖存，這樣的設計較之傳統(tǒng)方法提高了 4倍的速度， 占用I/O 口少，由于CLK LOAD引線較長，為避免線間干擾，在驅動6片74Ls595 之后再加驅動芯片74L5244以驅動下一級驅動電路。行列掃描驅動相當于對發(fā)光管脈沖供電，要獲得與直流驅動方式相當?shù)陌l(fā)光強 度，脈沖驅動電流的平均電流 I1 與直流電流 I2 相同，它們與脈沖電流幅值 If 的關系為If=Ton/Th，X I1是掃描周期

19、，Ton是導通時間，占空比是1/16，掃描 頻率應大于24HZ I取8mA那么I=8X16=128mA發(fā)光管壓降取2V,那么每個 發(fā)光管應串接 50的電阻。行驅動最大瞬間電流能達到 1 28X 80=1 0.240A。 LED顯示屏驅動電路的設計，與所用控制系統(tǒng)相配合，通常分為動態(tài)掃描型驅動 及靜態(tài)鎖存型驅動二大類。以下就動態(tài)掃描型驅動電路的設計為例為進行分析： 動態(tài)掃描型驅動方式是指顯示屏上的 4行、8行、16行等n行發(fā)光二極管共用一 組列驅動寄存器，通過行驅動管的分時工作，使得每行LED的點亮時間占總時間 的1/n ,只要每行的刷新速率大于50Hz利用人眼的視覺暫留效應，人們就可以 看到一

20、幅完整的文字或畫面。常規(guī)型驅動電路的設計一般是用串入并出的通用集 成電路芯片如74HC595或MC14094等作為列數(shù)據(jù)鎖存，以8050等小功率NPN三 極管為行驅動，而以達林頓三極管如 TIP127等作為行掃描管。如動態(tài)掃描型驅 動方式是指顯示屏上的4行、8行、16行等n行發(fā)光二極管共用一組列驅動寄存 器，通過行驅動管的分時工作，使得每行 LED的點亮時間占總時間的1/n，只要 每行的刷新速率大于50Hz,利用人眼的視覺暫留效應，人們就可以看到一幅完 整的文字或畫面。常規(guī)型驅動電路的設計一般是用串入并出的通用集成電路芯片 如74HC595或 MC14094等作為列數(shù)據(jù)鎖存，以8050等小功率

21、NPN圖3顯示驅動電路三極管為列驅動，而以達林頓三極管如TIP127等作為行掃描管。如以單色點陣、 16行X 64列為一個基本單元，則需用8片74HC595 16個行掃描管，其工作原 理為：將八片74HC595級連，共用一個串行時鐘CLK及數(shù)據(jù)鎖存信號STR當?shù)?一行需要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過8X 8=64個CLK時鐘后將全部移入74HC595中，此時產(chǎn) 生一個數(shù)據(jù)鎖存信號STR使數(shù)據(jù)鎖存在74HC595的后級鎖存器中，同時由行掃 描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導通，相當于第一行LED的正端都接高平，顯然第一行LED管子的亮、滅取決于74HC595中所鎖存的信號；在第一行LED管子點亮的同時，在74

22、HC59沖移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，并 同時由行掃描控制電路將第一行掃描管關閉而接通第二行， 使第二行LED管子點 亮,以此類推， 當?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像，其工作時序見圖4DATACLk_TWLTL JirLRTLSTRLT圖4串行移位工作時序圖4.2顯示屏主控制電路在控制領域51系列、PIC系列以及AVF系列單片機是常用的微型控制器，每個 系列都有自己的優(yōu)缺點，在某些方面都有自己的長處。在具體的設計當中要綜合 考慮，如單片機的資源是否滿足系統(tǒng)要求，系統(tǒng)是否有嚴格的速度要求，系統(tǒng)對控制器的抗干擾能力，硬件的加密性，外圍電路

23、是否簡單，是否有比較齊全的成 熟的開發(fā)、調(diào)試工具，如果要生產(chǎn)的話，則還要考慮價格和供貨渠道等因素。4.2.1控制器的比較及選型PIC系列單片機：PIC單片機采用精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMO單片機具有獨特的RISC結構，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結構，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用 CISC結構的8位單片機相比，可以達到2:1的代 碼壓縮，速度提高4倍。PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。PIC在推出一款新型號的同時推 出相應的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流

24、電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器 控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應用帶來極大方便。 PIC 以保密熔絲來 保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復熔絲。目 前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復熔絲的可能性極小。自帶看門狗定時器，可以 用來提高程序運行的可靠性。AVR系列單片機：是一種新型的單片機。運行速度快，一個時鐘周期執(zhí)行一條指 令。硬件應用哈佛 (Harvard) 結構，具有預取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時， 預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。AVR單片機是多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。超功能精簡指令，具有 32 個通用工作寄存器，

25、 相當于有 32 條立交橋，可以快速通行。相當多的單片機只有一個累加器，就像 一條獨木橋，所有事都要通過累加器，速度慢。AVF單片機系列中有128B4KB的SRAM!態(tài)隨機數(shù)據(jù)存儲器，可靈活使用指令運算、存放數(shù)據(jù)，中斷響應速度 快。AVR像 8051 一樣，有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。高級C語言編程效率高。從高級語言 C代碼完成同一任務實例來比較，8 MHz AVR單片 機的速度相當于224 MHZ的80C51單片機，AVR比80C51快28倍。AVR是低功耗 單片機，具有休眠省電功能(Power Down及閑置(Idle)低功耗功能。一般耗電在 12.5 mA;對于典型功耗情

26、況， WD關閉時為100 nA，更適用于電池供電的應 用設備。有的器件最低1.8 V即可工作?？啥啻螣龑懙腇lash，且具有多重密碼 保護鎖死(Lock)功能。I/O 口功能強、驅動能力大，具有輸入/輸出、三態(tài)高阻 輸入，也可設定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能， 以便于應用到各種所需的場合 (多 功能 I/O 口)。51系列單片機： 51系列是指是兼容 Intel 公司51指令集的單片機系列的統(tǒng)名稱。 這種單片機所包括的硬件資源有：(1) 一個 8位的微處理器;(2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最 終結果以欲顯示的數(shù)據(jù)等;(3) 片內(nèi)程序存儲器ROM/EPRO

27、M用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；(4) 四個8位并行I/O接口 P0P3,每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；(5) 兩個(或三個)定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方 式，用以對外部事件進行計數(shù)， 也可以設置成定時方式， 并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制；(6) 五(或六個)個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；(7) 個全雙工UART接口(通用異步接收發(fā)送器)的串行I/O ,用于實現(xiàn)單片 機之間或單片機與微機之間的串行通信；( 8)片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路,但石英晶體和微調(diào)電容須要外接?？梢钥闯?MCS-51系列單片機也是一款功能強大的單片機。STC89C51RC/RD+

28、列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾 /高速/低功 耗的單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機, 12 時鐘 / 機器周期和 6 時鐘/機器周期可任意選擇，最新的 D版本內(nèi)部集成MAX81C專用復位電路。 特點如下：(1) .增強 6時鐘/機器周期， 12時鐘/機器周期 8051CPU；(2) 工作電壓：5.5V3.4V( 5V單片機)/3.8V2.0V ( 3V 單片機)；(3) 工作頻率范圍：040MHz相當于普通8051的080MHz實際工作頻率可達 48MHz；(4) 用戶應用程序空間 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)；(5) 片上集成 1280字節(jié)

29、/512 字節(jié) RAM；(6) 通用 I /O 口( 32/36 個)復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉(普 通8 051傳統(tǒng)I /O 口)，P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電 阻，作為 I /O 口用時，需加上拉電阻；(7) ISP (在系統(tǒng)可編程)/IAP (在應用可編程)，無需專用編程器/仿真，可 通過串口( P3.0/P3.1 )直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片；(8) EEPRO功能；( 9)看門狗；(10) 內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路( D 版本才有)，外部晶體 20M 以下時， 可省外部復位電路；(11) 共3 個 16位

30、定時器/計數(shù)器，其中定時器 0還可以當成 2個 8位定時器 使用；(12) 外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部 中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；(13) 通用異步串行口( UART，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART(14) 工作溫度范圍：075C / 40+85C；( 15)封裝： PDIP-40， PLCC-44， PQFP-44。從以上幾種型號單片機的比較中可以看出，PIC單片機、AVR單片機雖然在很多方面都有其特點，如在運行速度上，內(nèi)部資源的配置等。但因其價格高，開發(fā)工 具不及使用51系列單片機齊全，再考慮本系統(tǒng)對 CPU的要求并不是很高，綜合 考慮

31、還是選用已經(jīng)普及的 51 內(nèi)核的單片機。4.2.2 EEPROM存儲器的選用為了能將系統(tǒng)所設定的常數(shù)， 如更新的站點信息， 設定的定時顯示時間在系統(tǒng)掉 電之后仍能恢復，在設計時必須考慮將常數(shù)保存起來。由于STC89C516RD+片機片內(nèi)沒有EEPRQM須采用外部擴展方式。在系統(tǒng)的設計過程中，為了取得較 大的系統(tǒng)余量，常采取存儲芯片 AT24C256按照16X16的點陣來算，可以存儲 1000個字符，對于一個客車廣告屏屏來說容量已經(jīng)足夠。AT24C256接口采用I2C總線接口方式。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的 二線制總線。 連接總線的器件的輸出必須是集電極或漏極開路， 以具有線“與”

32、功能。 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為 100kbit/s ，在快速方式下， 最高傳送速率可達400kbit/s。它通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時鐘線) 兩根線和連在總線上的上位機進行通信，并根據(jù)地址識別每個器件。采用 I2C 總線標準的單片機或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元 電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊， 通過軟件尋址實現(xiàn)片選， 減少了器件片 選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對 該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)既簡單又靈活的擴展與控制。表 1 24C256 的管腳介紹管腳竭稱a功能

33、心AO. Ah 心器件地址選搽z吿D曲串背數(shù)據(jù)/地址打SCL串行時鐘彳WP*寫保護QVCC+ 1.SV（5 0V工作電壓門GNDr地423控制單元和存儲單元電路用PC機實現(xiàn)的主要功能包括單片機顯示子系統(tǒng)的（選擇顯示方式選擇，包括靜 態(tài)、閃動、滾動、打字等），滾動方向選擇（包括上下滾動和左右滾動），動態(tài) 顯示速度調(diào)節(jié)（即文字閃動頻率、滾動速度、打字 ），顯示速度等。顯示采用定 時器中斷方式進行行掃描，每次中斷顯示一行，定時中斷時間為1.25ms，這樣整屏的刷新率為50Hz,因而無閃爍感。實現(xiàn)動態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)的方法通常是改 變定時器的中斷時間，但是當顯示速度很慢的時候，該方法容易使整屏的刷新率 降

34、低，從而使顯示內(nèi)容出現(xiàn)閃爍。因此，本設計采用一種“軟定時”方法，即在 程序中命名一個變量作為“軟定時器”，以用來設定兩次動態(tài)顯示的時間間隔。 在對定時中斷調(diào)用計數(shù)時，如果調(diào)用次數(shù)達到設定值，則改變顯示內(nèi)容。為保證 能夠正常顯示，“軟定時器”的設定值必須大于整屏顯示周期。由于顯示屏每行顯示1.25ms，整屏顯示周期為20ms考慮到余量的情況，可將軟定時器的設定 值定在大于30ms如此循環(huán)計數(shù)，即可實現(xiàn)動態(tài)顯示?！败浂〞r器”的設定值 可以通過上位機PC機來改變，這樣既可實現(xiàn)LED動態(tài)顯示的速度調(diào)節(jié)，又可保 持顯示內(nèi)容的流暢和無閃爍感。以上提到的靜態(tài)、閃動、滾動和打字等4種顯示方式，實際上是單片機定

35、時中斷 程序進行行掃描處理的不同方法。下面將分別說明如何實現(xiàn)這4種顯示方式。靜 態(tài)顯示只需在定時中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調(diào)入相應的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個內(nèi)容。閃動顯示與此類似，不同的是要間隔一個“軟定時器”的定時時間， 在行掃描時， 行移位寄存器的D端打入的數(shù)據(jù)全為0,可使得整屏不顯示，以確保黑屏的時間 與顯示當然時間相等，從而實現(xiàn)漢字或圖符的閃動顯示。 滾動顯示要求需要顯示的內(nèi)容每隔一定時間向指定方向這里以從右向左為例移 動一列，這樣顯示屏可以顯示更多的內(nèi)容。 為此， 需要在下次移動顯示之前對顯 示緩沖區(qū)的內(nèi)容進行更改， 從而完成相應點陣數(shù)據(jù)的

36、移位操作。 具體操作方法是： 設置一個顯示緩沖區(qū)，該區(qū)應包括兩部分，一部分用來保存當前LED顯示屏上顯 示的 4 個漢字點陣數(shù)據(jù)；另一部分為點陣數(shù)據(jù)預裝載區(qū)，用來保存即將進入 LED 顯示屏的 1個漢字的點陣數(shù)據(jù)。 滾動指針始終指向顯示屏的最右邊原點。 當滾動 指針移動到需要顯示的點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的第 1 個漢字的首地址時， 內(nèi)容。需要注 意的是，要確保該操作能在1.25ms的中斷時間內(nèi)完成（這里STC89C516RD+用 24MHz晶振實驗證明可以實現(xiàn)該操作）。這樣，在一個掃描周期后，整個漢字將 左移一列， 而顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容也同時更改。 由于預裝載區(qū)保存了 1 個漢字點陣 數(shù)據(jù)，即16X 1

37、6點陣，所以當前顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容只能移動 16列。當下一個滾 動到來時， 滾動指針將移動到點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的下一個漢字的首地址， 并在預裝 載區(qū)存入該漢字的點陣數(shù)據(jù)。 然后重復執(zhí)行上述操作便可實現(xiàn)滾動顯示。 特殊字 符或圖形的顯示與此類似， 這里不再贅述。 打字顯示要求漢字在顯示屏上按從左 到右的順序一個個的出現(xiàn)，如同打字的效果。設計時可采用如下方法：首先將 LED顯示屏對應的顯示緩沖區(qū)全部清零，即 LED顯示空白，然后每間隔一個“軟 定時器”設定的動態(tài)顯示時間， 顯示緩沖區(qū)依次加入一個漢字點陣數(shù)據(jù)并進行掃 描顯示，這樣就可達到打字顯示的效果。DS1302慢速充電時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和31

38、字節(jié)的靜態(tài)RAM它經(jīng)過一個 簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘 /日歷提供秒、分、時、日、周、月 和年等信息。對于小于 31 天的月，月末的日期自動進行調(diào)整，還包括了閏年校 正的功能。時鐘的運行可以采用 24小時或帶AM（上午）/PM （下午）的12小時 格式。使用同步串行通信，簡化了 DS1302與微處理器的通信。與時鐘/RAM通信 僅需三根線：（1） RST（復位）、（2） D0（數(shù)據(jù)線）和（3） SCLK（串行時鐘）。 數(shù)據(jù)可以以每次一個字節(jié)或多達31字節(jié)的多字節(jié)形式傳送至時鐘/RAM或從其中 送出。DS1302設計成能在非常低的功耗下工作，消耗小于 1微瓦的功率便能保 存數(shù)據(jù)和時鐘

39、信息。傳感器部分采用美國dallas半導體公司的DS18B20溫度測量范圍為-55C+125C, DS18B2C是一種繼DS182C之后新推出的一種改進型智能溫度傳感器。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測的溫度。DS18B2C是支持“一線總線”接口的溫度傳感器，對DS18B2C讀出或寫入信息僅需要一條線路，因此電路 連接簡單， 一條線上可同時擴展多個傳感器， 以增加測量的準確性， 該傳感器支 持3.0V5.5V的電壓范圍，可靠性高，體積小，更經(jīng)濟，更靈活。4.2.4 遠程通信電路 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地 連接起來進行通訊。 RS-232-

40、C 接口（又稱 EIA RS-232-C ）是目前最常用的一 種串行通訊接口。在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“ 1”，-5 -15V;邏輯“ 0” +5 +15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V 的信號作為邏輯“ 0”，高到-3V的信號作為邏輯“ 1”。RS-232-C接口連接器一 般使用型號為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在 DCE端，插座在DTE端。一些 設備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條 接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用 DB-9的9芯 插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。

41、由 RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情 況下，傳輸電纜長度應為 50英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的，在實際 應用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 10-20%的范圍工作的， 所以實際使用中最 大距離會遠超過50英尺。電路原理如圖11所示，使用RS-232C的4、6和1、7、 8分別進行短接，將2、3腳引出通過MAX23電平轉換后連接到單片機的串口， 在通信的時候， 盡量要選用低的波特率， 這樣不容易出現(xiàn)錯誤， 單片機的晶振頻 率最好選用11.0592MHZ有利于正確傳輸數(shù)據(jù)12。PC KTOj9o4$)了，1o1Tvccc貼5 IELEDlHim iim旨 p KIOUI

42、 黑 * 1 rwTfnoufC1+ncroiCH4cl-QBgLou i14 PC_M0D Cl 7t C1_1lI-cf Bki now io cTb. cfs-U111 nor ixnVCCJC1_K C3_A jl Ji T.XU11#11 聲圖5遠程通信電路5系統(tǒng)軟件設計5.1顯示屏主體顯示本設計采用LED點陣顯示屏設計方案，初步實現(xiàn)了在同一公交站牌顯示不同公交 車次，以及動態(tài)和靜態(tài)的顯示。程序在初始化后將存儲在ROM內(nèi)部的站點信息讀出，送至單片機的 RAM初步的 進行漢字點陣轉換，轉換后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過顯示效果處理， 比如站點信息的左移顯 示、右移顯示、上下移動顯示、滾動顯示、等等。最

43、后送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，調(diào)用顯 示子程序，完成廣告信息的顯示。主程序的流程圖如圖12所示。顯示子程序的任務是將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，然后送到點陣屏顯示。點陣顯示的原理是按照列進行選擇，然后通過串并轉換，將一列的顯示數(shù)據(jù)送至選擇的列排點 陣中，然后選擇下一列，重復這樣的步驟，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。顯示子程序 的流程圖如圖13所示。圖6主程序流程圖示流程圖5.2顯示屏顯示效果顯示添加上效果處理后，增添了動態(tài)效果，能達到更好的顯示效果。主程序在開 始的時候設置要顯示的效果，在顯示效果子程序中，程序判斷需要顯示的效果后 調(diào)用不同的顯示效果處理程序，對緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行效果處理， 最后再送入顯 示緩沖區(qū)，等待顯示

44、調(diào)用。其程序流程圖如圖 14所示。顯示鼓果選扌孤靜態(tài)定時顯示七左右移動顯示t打字顯示上圖8顯示效果流程圖5.3遠程通信設計在遠程通信程序中單片機主要完成接收 PC機通過串口發(fā)送過來的公交車站點數(shù) 據(jù)。采用中斷接收方式。在中斷服務子程序中，為了區(qū)別所接收的信號是聯(lián)絡信 號還是字節(jié)數(shù)、是數(shù)據(jù)還是校驗和，需要對接收到的數(shù)據(jù)進行辨別。 首先在主程 序開始中進行設定，若接受到的是01H,則判定為接收聯(lián)絡信號；接收到的是02H, 則判定為接收命令信號；若接收到的是 03H,則判定為接收數(shù)據(jù)信號；接收到的 是04H,判定為接收數(shù)據(jù)開始標志信號；接收到 05H,判定為結束接收數(shù)據(jù)標志 信號13。程序在初始化后，首先調(diào)用單片機內(nèi)部ROh區(qū)存儲的站點信息，當有遠程通信的 數(shù)據(jù)到來時候，先將接收到的數(shù)據(jù)送到單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，進行數(shù)據(jù)辨別 和處理之后，再送到外部的E2 ROh中，將這些處理之后，再開始調(diào)用外部存儲 器的站點信息。單片機遠程通信程序的流程圖如圖16所示。設置STC89C516RD+串行口工作于第3種方式：9位異步傳輸，波特率由定時器 1的溢出率決定。數(shù)據(jù)幀共12位，四個用于起停和命令標志位，8位數(shù)據(jù)