基于單片機(jī)的點(diǎn)陣漢字顯示屏

1、 . PAGE23 / NUMPAGES27 . 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣漢字顯示屏的設(shè)計(jì) 摘 要LED點(diǎn)陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個(gè)獨(dú)立的LED發(fā)光二極管封裝而成. LED點(diǎn)陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號, 通常用來顯示時(shí)間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。本設(shè)計(jì)是4個(gè)1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)。整機(jī)以美國ATMEL公司生產(chǎn)的40腳單片機(jī)80C51為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。通過該芯片控制一個(gè)行驅(qū)動器74LS138和八個(gè)列驅(qū)動器4049來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示4個(gè)漢字，采用16塊8 x 8點(diǎn)陣LED顯示模塊來組成4個(gè)16x16點(diǎn)陣顯示模式。

2、顯示采用動態(tài)顯示，使得文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止顯示方式。文中詳細(xì)介紹了LED點(diǎn)陣顯示的硬件設(shè)計(jì)思路、硬件電路各個(gè)部分的功能與原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計(jì)，以與使用說明等。關(guān)鍵詞：80C51單片機(jī); LED; 點(diǎn)陣顯示; 動態(tài)顯示The design ofdisplayChinese charactersbased on MCUAbstractLED dot matrix display as a new display device, is composed of multiple independent package from the LED light emitting diodes. LED do

3、t matrix display can display numbers or symbols, usually used to display time, speed, the system state.This design is the design of 4 16 * 16 dot-matrix LED electronic display screen. The machine to the United States of America ATMEL company production of 40 feet 80C51 MCU as the core, introduces th

4、e dynamic design and the development of its control system for LED dot matrix display process. The chip controls good driver 74LS138 and eight row driver 4049 to drive the display screen to display. The electronic screen can display 4 Chinese characters, using the display module is composed of 4 16x

5、16 dot matrix display mode 16 blocks of 8 x 8 dot matrix LED. Shows the dynamic display, making the text to achieve a static display mode. This paper introduces in detail the LED dot matrix display hardware design, hardware circuit of each part of the function and principle, the corresponding softwa

6、re program design, as well as the use and so.Keywords: 80C51; LED; dot matrix display; dynamic display目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc8302 第一章 緒論 PAGEREF _Toc8302 1 HYPERLINK l _Toc6534 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc6534 1 HYPERLINK l _Toc11286 1.2 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc11286 1 HYPERLINK l _Toc31949 1.3 選題目

7、的與意義 PAGEREF _Toc31949 2 HYPERLINK l _Toc11166 1.4 生產(chǎn)需求狀況 PAGEREF _Toc11166 2 HYPERLINK l _Toc19900 1.5 LED電子顯示屏概述 PAGEREF _Toc19900 3 HYPERLINK l _Toc26467 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc26467 4 HYPERLINK l _Toc14169 2.1數(shù)據(jù)傳輸方案 PAGEREF _Toc14169 4 HYPERLINK l _Toc23021 2.2系統(tǒng)硬件方案 PAGEREF _Toc23021 5 HYPER

8、LINK l _Toc16189 2.2.1 單片機(jī) PAGEREF _Toc16189 5 HYPERLINK l _Toc23253 2.2.2 EDA電子設(shè)計(jì)自動化 PAGEREF _Toc23253 5 HYPERLINK l _Toc19810 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19810 7 HYPERLINK l _Toc28142 3.1 電路原理圖 PAGEREF _Toc28142 7 HYPERLINK l _Toc2847 3.2 系統(tǒng)硬件概述 PAGEREF _Toc2847 7 HYPERLINK l _Toc16568 3.2.1 80C51單片機(jī)簡

9、介 PAGEREF _Toc16568 7 HYPERLINK l _Toc7002 3.2.2 譯碼器與點(diǎn)陣顯示屏 PAGEREF _Toc7002 9 HYPERLINK l _Toc28770 3.3 元件清單 PAGEREF _Toc28770 10 HYPERLINK l _Toc31989 3.4 顯示原理與控制方式分析 PAGEREF _Toc31989 11 HYPERLINK l _Toc17637 3.4.1 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc17637 11 HYPERLINK l _Toc12805 3.4.2 LED 動態(tài)顯示原理 PAGEREF _Toc1

10、2805 11 HYPERLINK l _Toc12807 3.4.3 LED控制方式 PAGEREF _Toc12807 12 HYPERLINK l _Toc22865 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22865 13 HYPERLINK l _Toc13623 4.1 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13623 13 HYPERLINK l _Toc5412 4.1.1 顯示驅(qū)動程序 PAGEREF _Toc5412 13 HYPERLINK l _Toc8112 4.1.2 系統(tǒng)主程序 PAGEREF _Toc8112 13 HYPERLINK l _Toc12

11、679 4.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc12679 13 HYPERLINK l _Toc5695 4.3 字模生成 PAGEREF _Toc5695 14 HYPERLINK l _Toc19793 4.3.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實(shí)現(xiàn)技術(shù) PAGEREF _Toc19793 15 HYPERLINK l _Toc7322 4.3.2 字庫生成 PAGEREF _Toc7322 16 HYPERLINK l _Toc9395 4.4 Keil軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc9395 16 HYPERLINK l _Toc28729 4.5 Protues 仿真 PAGEREF

12、_Toc28729 17 HYPERLINK l _Toc20778 總 結(jié) PAGEREF _Toc20778 18 HYPERLINK l _Toc22270 附錄：程序代碼 PAGEREF _Toc22270 19 HYPERLINK l _Toc12797 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc12797 22 HYPERLINK l _Toc26686 致 PAGEREF _Toc26686 23第一章 緒論1.1 課題背景LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段： 第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公

13、共場所，作為公共信息顯示工具。 第二階段是1995年到1999年，出現(xiàn)了64級、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個(gè)新的臺階。LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時(shí)由國企業(yè)開發(fā)出來并得以應(yīng)用。 第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國，同時(shí)國企業(yè)進(jìn)行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色LED生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)入體育場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國的大屏幕帶入全彩時(shí)代。 隨著LED原材料市場的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件從2001年面世，主要用在室全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、

14、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點(diǎn)間距，被不同價(jià)位需求者所接受，在短短兩年多時(shí)間，產(chǎn)品銷售額已超過3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場進(jìn)入新世紀(jì)。1.2 國外研究現(xiàn)狀 目前，我國半導(dǎo)體LED作為節(jié)能、環(huán)保的主要技術(shù)，已被納入國家長期科技發(fā)展規(guī)劃與“十一五”國家“863”高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大項(xiàng)目，并得到了大力支持。我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)與無線遙控等國先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國先進(jìn)、達(dá)到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；

15、LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。我國的LED顯示應(yīng)用產(chǎn)業(yè)近年將持續(xù)保持高速增長，未來發(fā)展空間巨大，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇并存，關(guān)鍵核心技術(shù)的提升、市場環(huán)境的規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立等影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素仍需要我們在實(shí)踐中繼續(xù)努力改進(jìn)和完善。 目前國際上從事照明LED 標(biāo)準(zhǔn)化研究的標(biāo)準(zhǔn)組織有國際電工委員會、國際照明委員會和各國對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化組織與相關(guān)企業(yè)。國際電工委員會( IEC) 和國際照明委員會(CIE) 都非常關(guān)注LED 的發(fā)展與相關(guān)LED 器件的標(biāo)準(zhǔn)化工作。CIE 曾經(jīng)發(fā)表過LED 檢測方法的技術(shù)報(bào)告,由于近年來LED 產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展迅速,CIE 目前正在

16、對測試方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。IEC近兩年也加大了對LED 標(biāo)準(zhǔn)的研究,相繼對LED 模塊、LED 連接件與LED 控制件提出了標(biāo)準(zhǔn)草案。1.3 選題目的與意義單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無孔不入的地步。在我國，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國防軍事、尖端武器等各個(gè)方面。我們可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很

17、高的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)大部分控制功能，而現(xiàn)在正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。本文所要論述的就是通過單片機(jī)來控制LED點(diǎn)陣顯示。1.4 生產(chǎn)需求狀況信息化社會的到來，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、 EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長和適宜的市場應(yīng)用需求。隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)需求主要包括

18、： （1）證券交易、金融信息顯示:這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國LED顯示屏需求量的50%以上，目前仍有較大的需求。 （2）機(jī)場航班動態(tài)信息顯示:民航機(jī)場建設(shè)對住處顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班住處顯示系統(tǒng)FIDS（Flight information Display system）的首選產(chǎn)品。 （3）體育場館信息顯示:LED顯示屏作為比賽信息顯示和比賽實(shí)況播放的的主要手段已取代了傳統(tǒng)的燈光與CRT顯示屏，在現(xiàn)代化體育場館成為必備的比賽設(shè)施。 （4）道路交通信息顯示:智能效通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市效通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示民間作為可變情報(bào)板、限速標(biāo)志等，得到普遍采用。

19、 （5）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳與信息顯示。 （6）廣告媒體新產(chǎn)品:除單一大型戶、戶外LED顯示屏做為廣告媒體外，集群LED顯示屏廣告系統(tǒng)、列車LED顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)等也已得到采用并正在推廣。 （7）演出和集會:大型LED顯示屏越來越普遍的用于公政治目的的視頻直播，如在我國建國50周年、世界各地的新千年慶典等重大節(jié)日中，大型LED顯示屏在播放實(shí)況和廣告信息發(fā)布方面發(fā)揮了卓越的作用。 1.5 LED電子顯示屏概述LED電子顯示屏（Light Emitting Diode Panel）是由幾百到幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點(diǎn)，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以

20、制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。 LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的字符信息顯示。LED顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃影l(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)

21、管理和其它公共場所。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證2.1數(shù)據(jù)傳輸方案從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。1.并行傳輸：采用并行方式時(shí)，數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，成本也就更高，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?.串行傳輸：采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)逐位地傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按

22、順序逐位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相對要長一些，在行掃描周期確定的情況下，行顯示的時(shí)間就會縮短，以致影響到LED的亮度效果。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法來解決。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的主要功能；對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)

23、顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。圖 2-1 顯示屏電路框圖2.2系統(tǒng)硬件方案大多數(shù)的LED顯示屏都在戶外，所以對硬件的質(zhì)量要求非常的高。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。硬件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)兼容。如圖2-2所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)與上位機(jī)四部分組成。上位機(jī)通過通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示容代碼，控制部分執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示容和顯示方式。

24、上位機(jī)通信部分控制部分顯示部分圖2-2 系統(tǒng)硬件組成框圖顯示屏主控制器 控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機(jī)通信接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示容。其常用的電子設(shè)計(jì)方法有單片機(jī)、DSP、與EDA技術(shù)。幾種設(shè)計(jì)方法比較各有其特點(diǎn)： 2.2.1 單片機(jī) 單片機(jī)是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制,因此又叫微控制器(MCU)。單片機(jī)品種齊全,型號多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術(shù)，片上I/O非常豐富，有的單片機(jī)集成有A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們

25、的價(jià)格也高低不等，這樣極滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機(jī)被CMOS代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降至A ，這在便攜式產(chǎn)品有用武之地。 2.2.2 EDA電子設(shè)計(jì)自動化EDA(即Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計(jì)自動化，它是以計(jì)算機(jī)為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計(jì)文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等

26、。設(shè)計(jì)者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果,將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。MCU和DSP都是通過串行執(zhí)行指令來實(shí)現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實(shí)現(xiàn)硬件上的并行工作，在實(shí)時(shí)測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實(shí)現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。 兩種設(shè)計(jì)方式相比較各有優(yōu)點(diǎn)且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用?，F(xiàn)在市場上常用的單片機(jī)主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)首推Intel的51系列

27、，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的教材。且51系列單片機(jī)的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機(jī)作為控制部分的核心器件。第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1 電路原理圖圖3-1 4個(gè)1616點(diǎn)陣顯示屏硬件原理圖圖3-1為4個(gè)點(diǎn)陣顯示屏硬件原理圖，因?yàn)闆]有1616的點(diǎn)陣顯示屏,所以在現(xiàn)實(shí)中，硬件部分采用了4塊88的點(diǎn)陣顯示屏來構(gòu)成1塊1616 LED顯示屏。3.2 系統(tǒng)硬件概述3.2.1

28、80C51單片機(jī)簡介整個(gè)電路所設(shè)計(jì)的電子屏可顯示多個(gè)漢字，需要4個(gè)1616 LED點(diǎn)陣模塊，可組成1664的條形點(diǎn)陣。 80C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的80C51是一種高效微控制器，80C51是它的一種精簡版本。80C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。80C51引腳即外觀如圖3-2所示。單片機(jī)引腳圖與引腳功能

29、介紹：圖3-2 單片機(jī)引腳圖80C51單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端；時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端?？刂凭€:控制線共有4根 ALE/PROG:地址鎖存允許/片EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外ROM讀選通信號。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp

30、:外ROM選擇/片EPROM編程電源。 EA功能：外ROM選擇端。 Vpp功能：片有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。I/O線:80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。3.2.2 譯碼器與點(diǎn)陣顯示屏）.2.3andeXXXXX 1）74LS138 譯碼器74LS138為3 線8 線譯碼器，當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端E2和E3為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出

31、端輸出低電平信號。利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器?？捎迷?086的譯碼電路中，擴(kuò)展存。 圖3-3 74LS138引腳圖2）16*64點(diǎn)陣顯示屏設(shè)計(jì)首先，我們來分析一下16*16點(diǎn)陣行控線，列控線。級聯(lián)方法：如圖四個(gè)點(diǎn)陣。把00，01一樣的行線相連接。把10，11一樣的行線相連接。把00，10一樣的列線相連接。把，11一樣的列線相連接。最后，00，01的列就作為16x16點(diǎn)陣的列控線。00，10的行就作為16x16 點(diǎn)陣的行控線。同理：16*64的點(diǎn)陣也是一樣的

32、，將同一行的所有行連在一起，同一列的所有列連在一起?。ㄎ覀冞@次點(diǎn)陣用的是共陽型點(diǎn)陣，即行接陽極）。圖3-4 LED顯示屏接線圖3.3 元件清單 在本次設(shè)計(jì)中，用到的元件清單如表3.1。 表.1 元件清單元件名稱數(shù)量（個(gè)）單片機(jī)80C5114094芯片874LS138譯碼器288 LED顯示屏163.4 顯示原理與控制方式分析3.4.1 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點(diǎn)陣顯示器模塊，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。這種一體化封裝的點(diǎn)陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。LED點(diǎn)陣規(guī)模常見的有4

33、4、48、57、58、88等等。圖35示出最常見的88單色LED點(diǎn)陣顯示器的部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗(yàn)獲得。圖 88單色LED模塊部電路LED點(diǎn)陣顯示器單塊使用時(shí)，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字與符號。如5x7點(diǎn)陣顯示器用于顯示西文字母58點(diǎn)陣顯示器用于顯示中西文，8x8點(diǎn)陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點(diǎn)陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實(shí)用裝置常通過PC機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動。3.4.2 LED 動態(tài)顯示原理LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用

34、中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。以88點(diǎn)陣模塊為例，說明一下其使用方法與控制過程。圖3-5中，紅色水平線Y0、Y1Y7叫做行線，接部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個(gè)LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1X7叫做列線，接部每列8個(gè)LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 在這種形式的LED點(diǎn)陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線

35、的交叉點(diǎn)處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點(diǎn)亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個(gè)LED全點(diǎn)亮。 現(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖3-6所示。圖36 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程3.4.3 LED控制方式以傳統(tǒng)80C51單片機(jī)為控制器的LED顯示屏。因受到單片機(jī)運(yùn)算速度與通信速率的限制，LED動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對顯示效果和移動算法的處理也比較吃力，在實(shí)際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng)80C51單片機(jī)的部資源貧乏，僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾K字節(jié)的程序存儲器，無SPI。這就需要對

36、單片機(jī)擴(kuò)展外設(shè)，因此，8051控制的條屏比較適用于顯示容簡單，不需要經(jīng)常更改顯示容的場合。第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實(shí)現(xiàn)。4.1.1 顯示驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序在進(jìn)入中

37、斷后首先要對定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下： 其中：f位晶振頻率；t為定時(shí)器，T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。4.1.2 系統(tǒng)主程序本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。文字為靜止顯示方式。單元顯示屏可以接收來自控制器（主

38、控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示容。4.2 程序流程圖系統(tǒng)主程序開始后，首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口。 然后以靜止方式顯示漢字。顯示效果可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)會根據(jù)程序的變化顯示不同的效果。 圖系統(tǒng)主程序流程圖 圖4-2 中斷子程序流程圖4.3 字模生成文字的字模是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有著根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀。電腦硬件中，根本沒有漢字這個(gè)概念，也沒有英文的概念，其認(rèn)

39、識的概念只有碼(將ASCII表的高128個(gè)很少用到的數(shù)值以兩個(gè)為一組來表示漢字，即漢字的碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的碼)。如果你用啟動盤啟動系統(tǒng)后用DIR命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那確確實(shí)實(shí)是漢字，如果你啟動UCDOS或其他的漢字系統(tǒng)后，就會看到那是一個(gè)個(gè)熟悉的漢字。在硬件系統(tǒng)，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在沒有進(jìn)入系統(tǒng)的CMOS里，也可以讓你看到英文字符。而在DOS下，中文的字模信息一般記錄在漢字庫文件里(將制作好的字模放到一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的庫中，這就是點(diǎn)陣字庫文件)。 4.3.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實(shí)現(xiàn)技術(shù)在通過軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)中，目前有許多字模生成軟件

40、，軟件打開后輸入漢字，點(diǎn)“檢取”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。在通過硬件實(shí)現(xiàn)字模提取的技術(shù)中，有在單片機(jī)系統(tǒng)中增加硬漢字庫的方法，主控器發(fā)送的漢字是其機(jī)碼，用兩個(gè)字節(jié)來表示一個(gè)漢字。根據(jù)機(jī)碼，顯示單元控制模塊從漢字庫中查取顯示字模，實(shí)現(xiàn)漢字顯示。由于帶有漢字庫，進(jìn)行動態(tài)文字顯示時(shí)，通用智能顯示單元僅接受漢字的機(jī)碼即可，這樣數(shù)據(jù)通訊量大大減少。因此，“動態(tài)文字顯示速度快”。在LED顯示屏控制系統(tǒng)具體應(yīng)用的Windows操作系統(tǒng)下如何提取字模信息是設(shè)計(jì)的核心。軟件控制系統(tǒng)在實(shí)際編輯過程中，要求各種字體、字號的文字都能被編輯、保存。所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)

41、時(shí)，把文本區(qū)理解為由眾多的象素點(diǎn)構(gòu)成，而把不同字體、字號的文字理解為一幅圖像。因?yàn)樗_啟的文本區(qū)大小與LED顯示屏的大小對應(yīng)，所以采用1616點(diǎn)陣為單位，把文本區(qū)的每個(gè)像素點(diǎn)都看成一個(gè)二維數(shù)組，由于系統(tǒng)中各種顏色都有對應(yīng)的值，賦予每個(gè)不同顏色的像素點(diǎn)不同的對應(yīng)值，再把每個(gè)點(diǎn)賦予一個(gè)值，這樣保存下來的信息就是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。通過這樣的設(shè)計(jì)，我們不僅可以把任何字型，任何大小的文字保存下來，還可以顯示以256個(gè)像素點(diǎn)陣為單位的任何圖形。在軟件控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)字模的提取，也就避免了在單片機(jī)中加載硬漢字庫模塊，從而簡化了硬件模塊的設(shè)計(jì)。 4.3.2 字庫生成圖4-3 字庫生成截屏圖高字代碼為： DB 40H,

42、00H,80H,00H,0FFH,7FH,00H,00H;DB 0F0H,07H,10H,04H,10H,04H,0F0H,07H;DB 00H,00H,0FEH,3FH,02H,20H,0F2H,27H;DB 12H,24H,12H,24H,0F2H,27H,02H,30H;4.4 Keil軟件調(diào)試1打開單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng) keil 單擊keil菜單中的“工程”選擇子菜單下的“新建新工程”選項(xiàng)，彈出建立新建工程對話框，鍵入新建文件名稱，單擊“保存”。2. 在彈出的對話框中單擊“是”，再選擇“AT89C51”點(diǎn)確定,返回主界面。這時(shí)工程管理窗口的文件頁（Files）會出現(xiàn)“Target1”，將

43、其前面+號展開，接著選擇Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇“Add File to Group Source Group1”，出現(xiàn)一個(gè)對話框，要求尋找并加入源文件。加入文件后點(diǎn)close返回主界面，展開“Source Group1”前面+號，就會看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。3. 新建文本，輸入程序，保存為“.asm”格式，將其添加到新建的工程中，最后打開工程屬性設(shè)置對話框,在Output選項(xiàng)卡中選中“Creat Hex Fi”生成“文件名.hex”。4. 使用keil軟件對程序進(jìn)行調(diào)試，Keil能以單步執(zhí)行、過程單步執(zhí)行、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程

44、序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)行在線修改，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。調(diào)試窗口如圖4-4所示。 圖4-4 Keil調(diào)試窗口4.5 Protues 仿真使用proteus 軟件建立仿真圖，然后進(jìn)行調(diào)試，加載keil軟件生成的“文件名.hex”文件到80C51的單片機(jī)上，通過LED 屏觀察，如圖4-5所示。編制的程序代碼見附錄。圖 4-5 Protues點(diǎn)陣漢字顯示屏仿真圖總 結(jié)本文設(shè)計(jì)的一個(gè)1664LED點(diǎn)陣漢字屏，能夠在目測條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，顯示文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。文字顯示為靜止顯示

45、方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)?？偨Y(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點(diǎn)較突出的工作： 一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀和LED顯示屏與其它顯示屏相比較的優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。 二、本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。 三、熟練掌握了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和匯編語言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面的容。 四、在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程過不斷的調(diào)試使我加深了對

46、80C51芯片的理解和應(yīng)用，熟練的掌握了Keil和Protues軟件,提高了基本的解決實(shí)際問題的能力，并增加了對電子設(shè)計(jì)方面的興趣。五、通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MCS-51單片機(jī)和匯編語言；熟練掌握了WORD軟件的使用。 六、存在缺陷：由于水平和時(shí)間有限以至漢字的左右上下移動與其他顯示的技術(shù)沒有實(shí)現(xiàn)，以后我會繼續(xù)學(xué)習(xí)攻下難關(guān)。 附錄：程序代碼ORG 0000H JMP MAIN ORG 0023H JMP CHUAN ORG 0050HMAIN: MOV SCON,#00H SETB ES SETB EASTART: MOV R0,#10H MOV R1,#0FHMOV R3,

47、#7FHLOOP: MOV A,R1 MOV P0,A DEC R1 CLR P1.0 MOV A,R3 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A MOV R4,#02H MOV R5,#03H MOV R6,#03H MOV R7,#03H MOV R2,#08H CJNE R2,#00H,$ CALL DELAY MOV A,R3 ADD A,#5FH MOV R3,A DJNZ R0,LOOP JMP STARTCHUAN: CLR TI DJNZ R2,WORD SETB P1.0JMP RTWORD: DJNZ R4,CHANG MOV R4,#01H MOV A,R5CJNE A,#03H,GONG1 CALL JIANGONG1: DJNZ R5,CHANGMOV R5,#01H MOV A,R6CJNE A,#03H,CHUN1 CALL JIANCHUN1