基于AT89C52電子顯示屏的研究 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文及文獻綜述

基于AT89C52電子顯示屏的研究-------軟件部分緒論LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作性能穩(wěn)定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，廣泛應用于廣告、證券、信息傳播、新聞發(fā)布等方面，是目前國際上極為先進的顯示媒體[1]。1.1LED顯示屏的研究背景及意義在現(xiàn)代信息化社會的高速發(fā)展過程中，最具意義的莫過于大屏幕顯示已經(jīng)從公共信息展示等商業(yè)應用開始向消費類多媒體應用滲透。隨著寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展，數(shù)字化的多媒體內(nèi)容將在信息世界中占據(jù)主流，新型的大屏幕顯示設(shè)備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)電視機成為人們享受信息和多媒體內(nèi)容的中心。1.1.1LED顯示屏的特點與傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，LED大屏幕的獨特的優(yōu)點成為眾人目光的焦點。(1)LED顯示屏色彩豐富，顯示方式變化多樣（圖形、文字、二維、三維動畫、電視畫面等）、亮度高、壽命長，是信息傳播設(shè)施劃時代的產(chǎn)品。(2)LED顯示屏是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。它以其超大畫面、超強視覺、靈活多變的顯示方式等獨居一格的優(yōu)勢，是目前國際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。(3)LED顯示屏應用廣泛，金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面，有巨大的社會效益和豐厚的經(jīng)濟效益[1][2]。在其歷史的演變過程中，出現(xiàn)了多種信息傳播媒體，但就其性能看，如陰極管(CRT)或石英管(DV)大型電視，成本非常昂貴，在不需要超大畫面且在室內(nèi)使用時效果尚可；彩色液晶顯示同樣成本昂貴、電路復雜，面積有限，受視頻角的影響非常大，可視角度很小；影像投影設(shè)備亮度小、清晰度差（畫面受光不均勻）；電視墻表面有分割線，視覺上有異物感，室外應用時亮度效果差。而LED顯示屏以其受空間限制較小，并可以根據(jù)用戶要求設(shè)計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，可以用于顯示文字、圖案、圖像、動畫、視頻、錄像信號等各種信息的特點得到了突飛猛進的發(fā)展[3]。1.1.2LED顯示屏的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段[1](1)1990年以前LED顯示屏的成長時期。一方面，受LED材料器件的限制，LED顯示屏的應用領(lǐng)域沒有廣泛開展；另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的LED顯示屏在國外應用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點4級調(diào)灰，成本較高。(2)1990-1995年，這一段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進入市場；電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn)16級灰度和64級灰度調(diào)灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高，產(chǎn)品應用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了LED顯示屏市場的大幅增長。LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。(3)1995年以來，LED顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，中國加入WTO、北京申奧成功等，成為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機，LED顯示屏必將得到飛躍發(fā)展。1.2LED顯示屏的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 LED顯示屏的技術(shù)范圍包括半導體光電器件技術(shù)、電子電路技術(shù)、集成電路技術(shù)、信息圖像處理技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)以及電子產(chǎn)品制造和電子產(chǎn)品安裝工程相關(guān)技術(shù)。近幾年來，作為半導體照明領(lǐng)域的一部分，城市景觀照明及室內(nèi)外裝飾照明的霓虹燈和部分傳統(tǒng)光源必將逐步被具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可靠性高及可實現(xiàn)全彩變化的LED光源所取代。目前，在裝飾照明領(lǐng)域中用LED制作的各類燈具正被逐步推廣[1]。由于網(wǎng)絡技術(shù)的普及和成熟，LED裝飾照明控制系統(tǒng)中應用TCP/IP網(wǎng)絡技術(shù)己成了一種明顯的趨勢。用TCP/IP協(xié)議可使整個系統(tǒng)的寬帶、距離、可靠和雙向等功能的實現(xiàn)，這意味著在一個網(wǎng)絡里可同時連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長，傳輸控制協(xié)議使LED裝飾照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠程監(jiān)測和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)模可靠的LED裝飾照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡成本更低，這是以現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術(shù)為支持的必然結(jié)果。設(shè)計一種控制系統(tǒng)如能采用現(xiàn)有成熟的技術(shù)方案和產(chǎn)品是相當明智的法，LED-NET系統(tǒng)是以DMX512協(xié)議和計算機網(wǎng)絡技術(shù)TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)開發(fā)出來的LED燈飾照明控制系統(tǒng)，使其更加適合LED燈飾行業(yè)的應用。這樣意味著擁有大量現(xiàn)成而眾多的DMX512設(shè)備、網(wǎng)絡產(chǎn)品和軟件資源例如集線器、電纜、光纖和無線連接產(chǎn)品以及遠程控制和監(jiān)測技術(shù)，此外，現(xiàn)有大樓和各種場所已遍布以太網(wǎng)，更可方便裝飾照明系統(tǒng)工程的臨時使用。1.3論文主要研究內(nèi)容及要考慮問題1.3.1問題的提出圖文顯示的LED顯示屏，顯示一些圖形、文字，而對圖像、動畫以及信息的實時顯示要求不高，而且信息的內(nèi)容和屏切換相對比較穩(wěn)定，可以與計算機實時服務，其中顯示字模數(shù)據(jù)由PC機串口傳輸數(shù)據(jù)至單片機利用單片機對整個系統(tǒng)進行總體控制，進行顯示所要顯示的字符。顯示效果為紅色向左滾動顯示，橙色向左滾動顯示，綠色向左滾動顯示。并且一直循環(huán)顯示。其中顯示字模數(shù)據(jù)由PC機串口傳輸數(shù)據(jù)至單片機，點陣的點亮過程有程序控制，由驅(qū)動電路完成，點陣采用基色顯示，該顯示器電路的特點是：點陣的動態(tài)顯示過程占用時間比較短，亮度比較高，而且亮度可以改變電阻進行調(diào)節(jié)。1.3.2論文的主要研究內(nèi)容 硬件所研究主要內(nèi)容，通過對點陣模塊和控制電路的分析，確定LED顯示屏的部件構(gòu)成；通過對單片機及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式，實現(xiàn)LED顯示屏的驅(qū)動，并且以三種不同的顏色滾動顯示單片機中所預先存儲的信息（漢字或數(shù)字）。在硬件基礎(chǔ)上，軟件研究的內(nèi)容是PC機與下位機通信程序的設(shè)計；字換色循環(huán)的控制主程序；字模提取與輸出的程序；人眼的視覺暫留特點所需要的延時程序；動態(tài)顯示左滾動程序的設(shè)計。1.3.3論文要解決的問題在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，軟件部分只要需要解決如下問題:(1)通訊模塊程序設(shè)計，用89C52單片機組成的應用系統(tǒng)與PC機進行串行通訊，PC機從鍵盤上輸入一個字符，然后將這個字符發(fā)送給單片機。需要設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（例如：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?、波特率、PC機與單片機在實現(xiàn)異步通信時的工作方式等），即PC機與單片機通信程序(2)主程序的設(shè)計，用來控制顏色以及循環(huán)；(3)動態(tài)顯示程序設(shè)計，使字符滾動，從而達到一個動態(tài)顯示的效果；(4)字模數(shù)據(jù)的提取與輸出程序設(shè)計，不斷循環(huán)從字庫中提取數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)送至LED二級管陽極，不斷的列掃描，使得整個字能夠完整的顯示出來；(5)延時程序設(shè)計，采取動態(tài)掃描方式，不斷進行列掃描，動態(tài)掃描各LED發(fā)光二級管是輪流點亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點亮著，實際控制LED發(fā)光二級管的數(shù)據(jù)是逐一送出去的，對于動態(tài)掃描，輪到某管，等待該管點亮必須留給一段恰當?shù)臅r間。于是延時程序起到一定作用；其中，重點與難點是字模數(shù)據(jù)的提取與輸出程序設(shè)計。1.3.4需要實現(xiàn)的功能用89C52單片機組成的應用系統(tǒng)與PC機進行串行通訊，PC機從鍵盤上輸入一個字符，然后將這個字符發(fā)送給單片機。單片機輸出數(shù)據(jù)，電子顯示屏顯示預先想要顯示的內(nèi)容。電子顯示屏采用16×顯示效果為紅色向左滾動顯示，橙色向左滾動顯示，綠色向左滾動顯示。并且一直循環(huán)顯示。為使顯示效果更符合人眼的視覺特性，在低亮度區(qū)級差小，增加級數(shù)，逐步到高亮度區(qū)時增大級差，形成視覺效果上的“級差一致性”。LED顯示屏灰度控制一般都在256級。1.4方案的比較1.4.1LED電子顯示屏的系統(tǒng)組成主要由單片機控制模塊、驅(qū)動模塊（電子顯示屏屏體由若干模塊拼裝而成）組成。針對任務要求，我們發(fā)現(xiàn)此項設(shè)計的核心部分在掃描方式的選擇以及數(shù)據(jù)輸出的不同形式上。因此，設(shè)計方案的比較主要對此展開。1.4.2軟件方案的提出采用匯編語言編譯程序方案一：靜態(tài)顯示程序方案二：動態(tài)顯示程序1.4.3軟件方案的比較本設(shè)計采用動態(tài)掃描法，方案一是靜態(tài)顯示是通過反復幀掃描實現(xiàn)的，而每一幀畫面的顯示是通過順序點燈0-15行實現(xiàn)的。在人視覺效果上字是靜止不動的；而方案二動態(tài)顯示是通過連續(xù)顯示不同的靜態(tài)畫面實現(xiàn)的，靜態(tài)顯示是其基礎(chǔ)。動態(tài)移動速度與靜態(tài)畫面的轉(zhuǎn)換速度是一一對應的，對一幅畫面（一幀）的掃描次數(shù)越多，則轉(zhuǎn)換速度越慢，即移動速度越慢。通過改變掃描的次數(shù)來控制移動速度。根據(jù)日常生活電子顯示屏的使用先考慮，采用動態(tài)顯示的視覺效果，故采取方案二。本論文即在視覺上效果表現(xiàn)為向左滾動顯示。2．LED顯示屏工作原理現(xiàn)在一般把顯示圖形或文字的LED顯示屏稱為圖文屏，其實LED圖文顯示屏并沒有一個公認的嚴格的定義，這里所謂的圖形，是指由單色固定亮度的點陣線條組成的任意圖形，其中LED點陣發(fā)光器件或發(fā)光或熄滅，即只有兩種狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)計正是基于LED圖文顯示屏實際應用，著重實現(xiàn)LED顯示屏的文字、數(shù)字顯示，并且只對系統(tǒng)硬件部分進行研究、設(shè)計。圖文顯示屏的硬件模塊基本結(jié)構(gòu)可以分為屏體和控制器兩大部分。2.1LED顯示屏相關(guān)概念LED點陣顯示器亦稱LED點陣或LED矩陣板。它是以發(fā)光二級管為像素(亦稱像元)，按照行與列的順序排列起來，用集成工藝制成的顯示器件。具有亮度高且均勻，該可靠性，接線簡單，拼裝方便等優(yōu)點，被廣泛用于大屏幕LED智能顯示屏、智能儀器和機電一體化設(shè)備中，用先進的智能顯示技術(shù)來取代數(shù)顯技術(shù)。常見的有5×7（其中5代表列數(shù)，7代表行數(shù)）、8×8點陣。2.1.1LED顯示屏定義:(1)LED：發(fā)光二極管LightEmittingDiode(2)LED顯示屏：LEDPanel由LED器件組成的顯示屏幕(3)雙基色LED顯示屏：Double-colorLEDPanel由紅綠雙基色LED器件組成并可以調(diào)出橙色的LED顯示屏(4)全彩色LED顯示屏：All-colorLEDPanel由紅、綠、藍三基色LED器件組成并可調(diào)出多種色彩的LED顯示屏。2.1.22.1.2可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達于做指示燈用。按灰度級又可分為16，32，128，256級灰度LED顯示屏等。2.1.2.2分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）。2.1.2.3(1)高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半角值為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。(2)標準型。通常作指示燈用，其半角值為20°～45°。(3)散射型。這是視角較大的指示燈，半角值為45°～90°或更大，散射劑的量較大。(4)按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。2.1.2.4有普通亮度的LED（發(fā)光強度100mcd）；把發(fā)光強度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾毫安至幾十毫安，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。LED的應用由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應根據(jù)實際需要進行恰當選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓VRm的限制，使用時，應保證不超過此值。為安全起見，實際電流IF應在0.6IFm以下；應讓可能出現(xiàn)的反向電壓VRRm。LED被廣泛用于各種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機、錄像機等的遙控器中。下表1表示幾種單色、彩色LED點陣顯示器的主要參數(shù)。表1幾種單色、彩色LED點陣顯示器的主要參數(shù)[1]型號規(guī)格像素/個發(fā)光顏色PM/mWIF/mAIFM/mAUF/VIV/mcdλP/nm單色光復合光BFJ-OR5×735紅--601030≤2.5≥0.26308×864BJT-G5×735綠--601030≤2.5≥0.35658×864BJT-OR/G8×864紅橙60×21030≤2.5≥0.2630綠≥0.3565KSM-855-18×864紅全彩色140255001.9160628綠120305003.8180468藍220505001.9110550通過上表1可知，彩色LED點陣顯示器以三變色發(fā)光二級管作為彩色像素，可發(fā)出紅、綠、橙（復合光）三種顏色，像素密度相當于單色點陣的3倍，能獲得近似的彩色效果，如果構(gòu)成彩色智能顯示屏。典型BFJ—OR/G型每條行線和各條列線之間，分別接一只紅色、綠色發(fā)光二級管。2.1.3發(fā)光二極管的檢測2.1.3.1普通發(fā)光二極管的檢測(1)用萬用表檢測。利用具有×10kΩ檔的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ，反向電阻的值為∞。如果正向電阻值為0或為∞，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因為×10kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。如果有兩塊指針萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發(fā)光管的正極（P區(qū)），余下的“+”筆接被測發(fā)光管的負極（N區(qū)）。兩塊萬用表均置×10Ω檔。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用表均撥至×1Ω若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于×1Ω，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。(2)外接電源測量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準確測量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.4～3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說明發(fā)光正常。如果測得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說明發(fā)光管已壞。2.1.3.2由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射1～3μm的紅外光，人眼看不到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW，不同型號的紅外LED發(fā)光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3～2.5V。正是由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測法只能判定其PN結(jié)正、反向電學特性是否正常，而無法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準備一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光電池）作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當正向電流后是否發(fā)射紅外光。2.1.4LED顯示屏相關(guān)技術(shù)2.1.基礎(chǔ)半導體工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了發(fā)光二極管制造材料以及制作工藝的改進，在顏色與亮度方面都有了質(zhì)的飛躍，高亮度、藍色及純綠色發(fā)光二極管已產(chǎn)業(yè)化并得到應用。首先要按照亮度指標選擇LED或者顯示模塊，其次是根據(jù)選擇的產(chǎn)品紅、綠、藍顏色的亮度來確定哪一種顏色為基準，一般是將亮度比例低的一種作為亮度基準，當基準的一種已經(jīng)達到最大亮度時，調(diào)整另外一種（雙色）或兩種（全彩）。顯示屏幕是雙色時，大多數(shù)情況下以綠色為基準，調(diào)整紅色二極管的工作電流。一般是降低工作電流，平衡顏色黃色為調(diào)整標準，這樣就要減小整個顯示屏幕的亮度。顯示屏的顏色調(diào)整至最佳平衡狀態(tài)，則會使屏的亮度降低。如果顯示屏幕為了達到亮度要求，將每一種顏色都達到最大的亮度，那么就失去了顏色的平衡，例如：雙色屏幕的黃顏色偏紅，或者偏綠。目前LED顯示屏從顏色上能滿足室內(nèi)外不同環(huán)境下的單色、雙基色、全彩色顯示要求，四元素的紅色LED器件及高亮度藍色、純綠色在室外顯示屏中得到普遍應用。在顯示屏制作上采用SMD表貼技術(shù)的LED器件，可以獲得更好的視角和亮度，目前已在高密度、全彩色室內(nèi)顯示屏中得到應用，但相對成本比較高，隨著器件成本的降低，未來會有比較大的市場潛力。2.1.4LED顯示屏在進行圖文顯示時，對同一基色采用級差間隔亮度，實現(xiàn)顏色的組合，一般可做到16級、64級、256級灰度。為使顯示效果更符合人眼的視覺特性，出現(xiàn)了非線性級差調(diào)灰技術(shù)，即在低亮度區(qū)級差小，增加級數(shù)，逐步到高亮度區(qū)時增大級差，形成視覺效果上的“級差一致性”。目前LED顯示屏灰度控制一般都在256級，通過采用非線性調(diào)灰技術(shù)，顯示屏的顯示效果比較理想。實際上、受數(shù)據(jù)、圖像的信號源的制約，單純追求大數(shù)量級的灰度控制，在使用中的實際價值是值得商討的。2.1.LED正向?qū)妷旱牡湫椭?.0V~4.0V，驅(qū)動電流為20mA。如果只是用一個固定的正向電壓驅(qū)動LED，可能會產(chǎn)生變化范圍較大的正向電流，例如用3.4V驅(qū)動6只LED，相應的正向電流差別較大：10mA~44mA，取決于具體的LED特性曲線。為保證可靠性，驅(qū)動LED的電流必須低于LED額定值的要求，典型最大值一般為30mA，但是，當環(huán)境溫度升高時所允許的額定電流會降低，例如，當溫度達到50℃時電流需限制在20mA在實際運用中，負載常采用通過串并聯(lián)形成的LED陣列，這會使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著，并且陣列形式或LED個數(shù)變化，限流電阻也應該相應變化。LED顯示屏廣泛使用的驅(qū)動電路是基于通用型集成電路來設(shè)計的，原理比較簡單，價格便宜，產(chǎn)品的技術(shù)開放性比較強。通用IC設(shè)計的驅(qū)動電路在室內(nèi)外單色、雙基色顯示屏方面應用成熟，目前仍然是主流的驅(qū)動電路。近年恒流驅(qū)動IC的發(fā)展較快并受到重視和廣泛應用。恒流驅(qū)動技術(shù)根據(jù)LED器件的發(fā)光與驅(qū)動電流高度相關(guān)的特點，大大提高了LED顯示的均勻性，同時，減少了顯示驅(qū)動電路的阻容元件，降低了故障點，使LED顯示屏更可靠、亮麗。LED顯示屏專用的IC一直受到關(guān)注。一些IC制造商相繼推出一些用于LED顯示的專用IC驅(qū)動芯片，如TI公司推出的LEDDriver等，這類芯片對原來通用驅(qū)動IC的集成度進行了提高，使顯示屏的驅(qū)動電路設(shè)計簡捷方便，功能上也有所提高，經(jīng)過研制開發(fā)設(shè)計適合發(fā)展需要的大規(guī)?；虺笠?guī)模專用LED驅(qū)動電路，這類專用IC相對復雜，功能較強。LED專用驅(qū)動IC簡化了顯示屏系統(tǒng)設(shè)計的復雜程度，在一定程度上增強了顯示屏的功能，提高了整體的穩(wěn)定性，具有積極的意義。屏體部分結(jié)構(gòu)與功能屏體部分主要是LED和行列驅(qū)動電路構(gòu)成。不論是圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的LED器件發(fā)光。根據(jù)屏幕所需的平面面積大小，選擇一定數(shù)量的LED。像數(shù)碼管一類的LED顯示器件只在需要發(fā)光的七段位置上布置LED器件，其它位置都是空白的，因此相對價格比較便宜。但是，由于數(shù)碼管顯示的信息有限，只有0-9（或再擴展到A-F）幾個字符，這些字符的變化是靠組合7段LED的發(fā)光與否實現(xiàn)的。由于段數(shù)不多，組合形成的字符也不多。而用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計好合適的數(shù)據(jù)文件，每個LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的一位，通過對點陣上全部的LED進行控制，在需要該LED器件發(fā)光時數(shù)據(jù)中相應的1，否則填0，這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件，得到滿意的顯示效果。由于文字的顯示點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模，如漢字的宋體、楷體和黑體等多種可供選擇的方案；其大小也可以有16×16、24×24、32×32、48×48等不同規(guī)格。圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色和多色幾種。本系統(tǒng)根據(jù)實際應用環(huán)境采用的是雙色LED屏，具體設(shè)計方案將在后面加以敘述。對于雙色圖文屏和多色圖文屏來說，在LED點陣的每一個“點”上布置兩個或多個不同顏色的LED發(fā)光器件，對應于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時候，各個顏色的顯示點陣是分開控制的。事先設(shè)計好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時分別送到各自的顯示點陣，即可實現(xiàn)預期的效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同。在顯示效果方面，完全可以通過掃描驅(qū)動方式實現(xiàn)可以感知的靜止不動的效果--靜態(tài)顯示模式；通過隨時間變化不斷控制刷新顯示數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)各種動態(tài)顯示模式，如閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等，但這里對顯示的數(shù)據(jù)進行的刷新并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。下圖1為LED共陰極的內(nèi)部電路，圖中為綠色發(fā)光二極管，為紅色發(fā)光二極管。兩種二極管封裝在一起，通過對選通信號的選擇控制來控制二極管的亮滅。圖1LED共陰極的內(nèi)部電路2.3控制器結(jié)構(gòu)與功能 由M行N列組成的M×N圖文顯示屏其LED發(fā)光器件數(shù)量相當大，不宜使用靜態(tài)掃描驅(qū)動電路，而采用多行的同名列共用一套列驅(qū)動器?？刂齐娐坟撠熡行虻倪x通各行，在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準備好。這一行上的LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進行顯示。這種時序控制電路，可以由布線邏輯完成，但考慮顯示數(shù)據(jù)的存儲和設(shè)計的靈活性及通用性，一般都采用單片機實現(xiàn)[7][8]。單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)行掃描電路及控制列掃描電路及控制行驅(qū)動列驅(qū)動16*16點陣接口圖2單片機功能框圖2.48×8點陣LED顯示器的組成原理及控制方式在本設(shè)計中要求假設(shè)上位機傳輸顯示預先想要顯示的內(nèi)容"畢業(yè)設(shè)計"的轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)后，顯示狀態(tài)表現(xiàn)為：首先紅色向左滾動顯示，然后橙色向左滾動顯示，最后綠色向左滾動顯示，如此循環(huán)。2.4.1字點陣顯示原理利用16×16點陣可以顯示8912個國標一、二級漢字、西文、數(shù)字和字符，常見的漢字均可用32個字節(jié)點陣的16進制碼表示。若把圖全部摸黑，上述16組編碼均可改成F，就以全亮方式顯示，由此可檢查屏幕上所有LED的質(zhì)量好壞。我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個象素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256象素范圍內(nèi)的任何圖形。如查用8位的AT89C52單片機控制，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分，如圖3所示[4]。圖3漢字顯示原理圖3漢字顯示原理為了弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由8×16點陣組成，下部也由8×16點陣組成。本例通過列掃描方法首先顯示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00～P07口，方向為P00到P07，顯示漢字“大”時，P05點亮，由上往下排列為：P0.0滅，P0.1滅，P0.2滅P0.3滅，P0.4滅，P0.5亮，P0.6滅，P0.7滅。即二進制00000100，轉(zhuǎn)換為十六進制為04H。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，即從P27向P20方向掃描，從圖3可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，十六進制則為00H。依照這個方法轉(zhuǎn)向第二列、第三列，…，直至第十六列的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：04H，00H，04H，02H，04H，02H，04H，04H04H，08H，04H，30H，04H，0C0H，0FEH，00H05H，80H，04H，60H，04H，10H，04H，08H04H，04H，0CH，06H,04H,04H，04H，00H，00H由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出他的掃描代碼從而顯示在屏幕上。上述方法雖然能夠讓我們弄清楚漢字點陣代碼的獲取過程，但是依靠人工方法獲取漢字代碼是一件非常繁瑣的事情。為此，我們經(jīng)常采用字庫軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(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)復制到程序中即可，如圖4所示。圖4字庫提取數(shù)據(jù)圖4字庫提取數(shù)據(jù)可見，漢字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點掃描方法的掃描頻率必須大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可，但是一次驅(qū)動一列或一行(8顆LED)時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則LED亮度會不足。[4]2.4.2顏色的產(chǎn)生和控制顯示模塊采用8X8點陣的雙基色模塊，有8個引腳驅(qū)動紅色的燈管和8個引腳驅(qū)動綠色燈管，其組合的顏色可以達到明黃的效果。行掃描信號用兩片74LS154（4-16譯碼器）完成，分別產(chǎn)生8行紅色和8行綠色掃描信號，若以上16管腳同時被掃描，則同時產(chǎn)生紅色和綠色掃描信號，顯示屏的顏色表現(xiàn)為橙色，從而實現(xiàn)三色。根據(jù)顯示內(nèi)容的需要，通過應用程序編排，可以同時實現(xiàn)三種顏色的文字和圖形的顯示[9]。本次設(shè)計中采用8×8點陣LED顯示器，簡稱LED點陣板或LED矩陣板。它是以發(fā)光二極管為像素，按照行與列的順序排列起來，用集成工藝制成的顯示器件。有單色和雙色之分，這種顯示器有共陽極接法和共陰極接法兩種，以下例子用的是共陽極的顯示器。共陽極接法的原理圖如圖5所示，圖中畫出了8×8點陣的二極管。每一行發(fā)光二極管的陽極接在一起，有一個引出端r，每一列發(fā)光二極管的陰極接在一起，有一個引出端c，8×8點陣單色LED引腳的排列如圖6所示。當給發(fā)光二極管陽極引出端r1加高電平，陰極引出端c1加低電平時，左上角的二極管被點亮因此，對于行和列的電平進行掃描控制時，可以達到顯示不同漢字的目的。例如“畢業(yè)設(shè)計”的顯示可以按照從左到右，先下后上的順序?qū)懗鼍幋a。然后寫入單片機的數(shù)據(jù)存儲單元中?！爱厴I(yè)設(shè)計”4個字的編碼表如下。TAB：DB0BBH，99H，88H，0F7H，80H，0F7H，0F7H，0F7H畢DB0DBH，0DBH，5AH，99H，0DBH，0DBH，0DBH，00H業(yè)DB0B1H，0B5H，04H，0BFH，0B1H，0B5H，9BH，0A4H設(shè)DB0BBH，0BBH，1BH，0A0H，0BBH，0BBH，9BH，0BBH計DB00H，00H，00H，00H

圖58×8點陣單色LED顯示器組成原理圖圖68×8點陣單色LED引腳的排列圖2.4.38×8點陣LED顯示器與單片機的接口8×8點陣LED的引腳圖如圖3所示，當采用單片機進行控制時，連接點陣顯示器的共陽極r端需經(jīng)驅(qū)動三極管與單片機的P3口相連，而共陰極c端需經(jīng)限流電阻與單片機的P0口相連。在編程控制時，將8×8點陣LED顯示分成行和列兩部分，字符數(shù)據(jù)從P0口輸出，掃描控制字從P3口輸出，每一列由一個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)可一次送入，然后掃描一行，顯示一個字需要掃描8次。2.4.4數(shù)據(jù)串行輸出的電路實現(xiàn)本設(shè)計顯示三種顏色的方法是：只有紅色LED亮時，顯示屏呈紅色；只有綠色LED亮時，顯示屏呈綠色；紅色和綠色LED均點亮時，顯示屏呈現(xiàn)黃色。這就要求同時輸出紅、綠兩路數(shù)據(jù)，為此，考慮采用兩個并入串出的4-16譯碼器，在W78E58B的時鐘（CLK）控制下同時輸出兩路數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送與控制清單如下：P0，P2輸出字符數(shù)據(jù)P1.1與兩個4/16譯碼器的A相連，與P1.1、P1.2、P1.3組成行選通地址P1.2與兩個4/16譯碼器的B相連，與P1.0、P1.2、P1.3組成行選通地址P1.3與兩個4/16譯碼器的C相連，與P1.0、P1.1、P1.3組成行選通地址P1.4與其中一個4/16譯碼器的G1相連，與另一個3/8譯碼器的G2相連，與P1.0、P1.1、P1.2組成行選通地址P1.7紅通道選通信號P1.6綠通道選通信號TXD數(shù)據(jù)移位脈沖CLK(上升沿)串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生的具體過程:輸出紅色信號：置位P1.7，當紅信號選通信號(P1.7)與寫有效信號（WR）同時有效，且綠信號選通信號(P1.6)無效時，鎖存器1鎖存P0口數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)即作為紅色數(shù)據(jù)存到并/串移位寄存器1的輸入端；輸出綠色信號：置位P1.6，當綠信號選通信號(P1.6)與寫有效信號（WR）同時有效，且紅信號選通信號(P1.7)無效時，鎖存器2鎖存P0口數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)即作為綠色數(shù)據(jù)存到并/串移位寄存器2的輸入端。2.4.5驅(qū)動電路簡介所謂驅(qū)動電路是指包括LED陣列的驅(qū)動顯示電路，顯示屏的主要技術(shù)要求是由驅(qū)動模塊直接實現(xiàn)的，其中包括：顯示色彩（單色、紅、綠、黃、黑、全彩）刷新速率顯示亮度使用場所（戶內(nèi)或戶外）為保證在整屏刷新時有足夠的亮度，我們將驅(qū)動模塊的大小設(shè)計為16×15的獨立模塊組，整塊屏體由若干功能完全一致的獨立單元模塊要求尺寸拼裝而成。電路的具體工作過程：（1）P1.0、P1.1、P1.2、P1.3輸出第0行地址，在TXD產(chǎn)生的CLK信號下，串/并轉(zhuǎn)換移位寄存器將控制模塊中輸出的紅、綠串行數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)并輸出。（2）令鎖存信號有效，鎖存寄存器將上述輸出數(shù)據(jù)鎖存，經(jīng)驅(qū)動電路送至發(fā)光二極管的列端，同時鎖存信號使4/16譯碼器譯碼產(chǎn)生有效地址，從而選中該行。（3）P1.0、P1.1、P1.2、P1.3依次輸出第1—16行地址線，并重復以上過程，則一幀顯示完畢[3]2.4.6字模數(shù)據(jù)首先，從我們常用的計算機系統(tǒng)談起，再擴展到我們要開發(fā)設(shè)計的點陣LCD&LED顯示系統(tǒng)中去，其實單片機系統(tǒng)的顯示原理和計算機是一樣的。在計算機中，所有的數(shù)據(jù)（包括指令等）都是以0和1來表示的，這意味著，如果我們想要在顯示器上顯示字符，那么這些字符的信息將也會是以0、1來保存顯示的。那么計算機是如何來存貯顯示字符的呢？下面我們舉例來說明點陣字符的數(shù)據(jù)存貯及顯示原理（這里我們主要討論的是點陣字符，故有關(guān)計算機矢量字符的顯示及其原理這里就不作說明，而且單片機的尋址和計算能力遠不及PC，故顯示矢量的字符還是有一定的困難）。假設(shè)我們把計算機液晶顯示器上顯示8×8點陣的“田”字放大10倍，如下圖7所示：0000000000000000011111000101010001111100010101000111110000000000圖7字模示意圖字模數(shù)據(jù)放大之后，每一個小方格代表一個點，黑色的為1，白色為0；每一個點看作為一位（bit）。據(jù)此可以描繪出“田”字的位（bit）信息。采用行掃描的方式，每八位（bit）為一個字節(jié)，這里采用十六進制表示，這樣就得到了字模數(shù)據(jù)。由上述的示例，我們可以清晰的了解到可視字符、位信息與字模數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。(1)點陣異常處理假設(shè)字符的點陣不是8的倍數(shù)怎么辦呢？通常情況下可以不計或在后面以4個0位補足8位都可，例如：12x12點陣的漢字，以本人編寫的字模工具軟件為例，是這樣處理的：先假設(shè)對12x12的點陣字符進行掃描，第一行的前8位為一個字節(jié)，第一行的后面4位形成一個字節(jié)，以后的每行逐次類推，直到掃描到最后一行，行成一個完整可用的字模數(shù)據(jù)。(2)點陣字庫把上述很多很多字符的字模數(shù)據(jù)按照一定的排列順序存放在一起，就形成了點陣字庫。這里所講的字庫是廣義的，可以是文件，也可以是其他的東西，例如：數(shù)組、DB表等等所有可以存取數(shù)據(jù)的形式。2.5PC機與單片機串行通信接口設(shè)計PC機串行口使用的是RS-232C邏輯電平，而AT89C52單片機串行口的輸入輸出均為TTL電平，因此，當PCPC機與單片機通信時必須進行電平轉(zhuǎn)換常見的電平轉(zhuǎn)換方法有以下3種：(1)使用MC1488和MC1489電平轉(zhuǎn)換器。由于MC1488和MC1489需要15V或12V供電，所以使用不方便，而且工作穩(wěn)定性和可靠性也不高。(2)使用2個三極管構(gòu)成準RS-232C電平轉(zhuǎn)換器。采用此方法串行通信只能工作于半雙工狀態(tài)，(3)使用雙向電平轉(zhuǎn)換集成芯片。此方法優(yōu)點是只需單一正5V電源供電，可靠性高，無需增加程序設(shè)計的復雜性，常用的芯片有ICL232，MAX232，TSC232等。本文采用最后一種方法，芯片選用MAX232。2.5.2MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的一種新型的電平轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部有電壓倍增電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，只需單一+5V電源供電。它含有4個反向器，可實現(xiàn)2路TTL/CMOS電平+5V到RS-232C電平±10V的轉(zhuǎn)換和2路RS-232C電平±10V到TTL/CMOS電平+在實際應用中，MAX232器件對電源噪聲敏感，因此，電源VCC應加上1μF的去耦電容。3．8×8點陣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件的設(shè)計是該設(shè)計的關(guān)鍵部分，對文字的輸出控制不僅多而且復雜，其中要用到很多的多重循環(huán)，同時還要考慮顯示屏的刷新率、C51和匯編語言的機器執(zhí)行效率問題，故軟件算法的高效極為重要。這些都是該系統(tǒng)設(shè)計著重解決的問題。硬件電路決定了點陣屏是以動態(tài)的方式點亮，流動是以位進行的，與漢字字模存放的形式有關(guān)。以下是以左位移，橫向漢字，從上往下方式取模，來說明流動程序算法，掃描方式具體如下所示：第1列上半部第1列下半部……第i列上半部第i下右半部……第i+1列上半部第i+1列下半部P1.6，P1.7選通譯碼器，進行選擇顯示顏色[5]硬件設(shè)計的總電路圖見附錄2，本設(shè)計中的軟件依照此硬件圖來設(shè)計，研究。3.1軟件部分模塊本設(shè)計系統(tǒng)采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化，軟件可分為幾下幾大模塊：主程序控制顏色以及循環(huán)；字模數(shù)據(jù)的提取與輸出程序，不斷循環(huán)從字庫中提取數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)送至LED二級管陽極，不斷的列掃描，使得整個字能夠完整的顯示出來；動態(tài)顯示程序，能夠使字符滾動，從而達到一個動態(tài)顯示的狀態(tài)；采取動態(tài)掃描方式，不斷進行列掃描，動態(tài)掃描各LED發(fā)光二級管是輪流點亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點亮著，實際控制LED發(fā)光二級管的數(shù)據(jù)是逐一送出去的，對于動態(tài)掃描，輪到某管，等待該管點亮必須留給一段恰當?shù)臅r間，即延時程序；通訊模塊，用89C52單片機組成的應用系統(tǒng)與PC機進行串行通訊，PC機從鍵盤上輸入一個字符，然后將這個字符發(fā)送給單片機，需要設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（例如：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷健⒉ㄌ芈?、PC機與單片機在實現(xiàn)異步通信時的工作方式等），即PC機與單片機通信程序3.2主程序設(shè)計主程序在剛上電時對系統(tǒng)進行初始化，然后讀寄存器r7的值，由r7的值決定顯示方式，當r7=0時為紅燈顯示，r7=1時為綠燈顯示，r7=2時為紅綠燈同亮即橙色顯示，r7>2時則r7清零[6][7]。r7在顯示程序中當顯示完所有字后自動加１，換一種顏色顯示如上的所有字，如此循環(huán)。主程序流程圖8如下所示：Y主程序流程圖8如下所示：Y主程序開始對r2，r3，r4，r5，a清零r7=3r7=0r7=1r7=2置p1.6為0，p1.7為1調(diào)顯示子程序置p1.6為1，p1.7為0調(diào)顯示子程序置p1.6為0，p1.7為0調(diào)顯示子程序跳至開始YNNYNYNＹ圖8主程序流程圖主程序如下：start:movr3，#00Hmovr2，#00Hmovr4，#00Hmovr5，#00H；初始化mm1：cjner7，#0，ms0；當r7不為0時跳ms0clrp1.6setbp1.7；對P1.6，P1.7賦值亮紅燈ms0：cjner7，#1，ms1；當r7不為1時跳ms1clrp1.7setbp1.6；對P1.6，P1.7賦值亮綠燈ms1：cjner7，#2，ms2；當r7不為2時跳ms2clrp1.6clrp1.7；對P1.6，P1.7賦值亮紅，綠燈ms2：cjner7，#3，start；如果r7不為3跳轉(zhuǎn)startmovr7，#0；對r7清零ljmpstart3.3字模數(shù)據(jù)的提取與輸出程序設(shè)計3.3.1以下是單片機系統(tǒng)資源的分配表，見表2表2單片機系統(tǒng)資源分配[1]表資源功能與作用00H～02H用于存放鍵標志位21H～24H為數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū)50H～6FH用于存放顯示字符數(shù)據(jù)表T0～T2為定時中斷入口標志30H用于控制顯示靜止字的時間31H用于靜止字顯示跳轉(zhuǎn)地址步距0FFH0.5ms延時計數(shù)器14H10ms延時計數(shù)器64H1ms延時計數(shù)器3.3.2以下是字模數(shù)據(jù)提取與輸出程序的流程圖，見圖9。以下是字模數(shù)據(jù)提取與輸出程序的流程圖，見圖9。Y圖9字模數(shù)據(jù)提取與輸出程序的流程圖YNNY開始對p3，A初始化將字庫的首地址存入A中將A中數(shù)據(jù)從P0口發(fā)出既顯示將字庫后一個地址存入A中將A中數(shù)據(jù)從P2口輸出判斷r6=55hr5自加1判斷r7=3跳到開始r5=20r7自加1置r7為0調(diào)延時程序?qū)AB的首地址存入DPTRr5清零N顯示子程序流程如下：movp3，r3；將r3值從P3口輸出進行行掃描mova，r2；將r2值賦予Amovca，@a+dptr；，查表程序，將要顯示的數(shù)據(jù)存入A中movp0，a；將A中的數(shù)據(jù)從P0口輸出incr2mova，r2movca，@a+dptr；將下一個要顯示的數(shù)據(jù)存入A中movp2，a；將A中存的數(shù)據(jù)從P2口輸出incr2；準備輸出下一個數(shù)據(jù)incr3；對下一行進行掃描movr6，acjner6，#55H，mm0；判斷是否結(jié)束，mmo即r5清零incr5；r5自加1 cjner5，#20，mm01；再次確認已經(jīng)結(jié)束，mmo1延時movr5，#0；對r5清零movdptr，#tab；將TAB的首地址存入DPTR中incr7；R7自加1cjner7，#3，start；如果r7不為3跳轉(zhuǎn)STARTmovr7，#0；對r7清零ljmpstart；跳轉(zhuǎn)到開始顯示程序設(shè)計在顯示效果方面，完全可以通過掃描驅(qū)動方式實現(xiàn)可以感知的靜止不動的效果--靜態(tài)顯示模式；通過隨時間變化不斷控制刷新顯示數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)各種動態(tài)顯示模式，如閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等，但這里對顯示的數(shù)據(jù)進行的刷新并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。顯示程序是由顯示主程序和顯示子程序組成。顯示主程序負責每次顯示時的顯示地址首址、每個字的顯示時間和下一個顯示地址的間隔的處理。顯示子程序則負責對指定32個地址單元的數(shù)據(jù)進行輸出顯示，顯示一個完整文字的時間約為32ms。在顯示子程序中，2ms延時程序是用調(diào)用鍵掃描子程序的方法實現(xiàn)的。3.4.1掃描方式介紹動態(tài)掃描各LED發(fā)光二級管是輪流點亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點亮著，實際控制LED發(fā)光二級管的數(shù)據(jù)是逐一送出去的，各個LED發(fā)光二級管按順序一一亮出；待各管都輪到后，又再重新開始。對于動態(tài)掃描，輪到某管，等待該管點亮必須留給一段恰當?shù)臅r間。時間過短，LED發(fā)光二級管來不及點亮；時間過長，其他二級管將熄滅，不能顯示。靜態(tài)掃描各個LED發(fā)光二級管是同時點亮的，每個LED發(fā)光二級管相應的數(shù)據(jù)也是同時送給的。其原理比較簡單，靜態(tài)掃描編程容易，顯示比較清晰，亮度一般也比較高，但是占用很多I/O接口線和增用不少硬件芯片，成本較高。因此，動態(tài)掃描用得更多，本設(shè)計采用動態(tài)掃描法。動態(tài)掃描又分為靜態(tài)顯示子程序與動態(tài)顯示子程序：3.4.1.1靜態(tài)顯示子程序靜態(tài)顯示是通過反復幀掃描實現(xiàn)的，而每一幀畫面的顯示是通過順序點燈0-15行實現(xiàn)的。為了保證畫面穩(wěn)定無閃爍，行與行之間的點燈時間間隔都不能超過人眼的視覺暫留時間0.1s。其中刷新速度是由每一幀的顯示時間決定的，而亮度則是由一行燈點亮后的延時長短決定的，調(diào)整這些參數(shù)可以改變相應的指標。故靜態(tài)顯示的算法如下：(1)將要顯示的兩個字的字模數(shù)據(jù)分別存儲在20H-3FH和40H-5FH這各32字節(jié)的RAM中，每兩字節(jié)存儲一列的點燈數(shù)據(jù)，32個字節(jié)由小到大依次存儲0到15列的數(shù)據(jù)，比如：20H、21H存儲第一個字的第一列點燈數(shù)據(jù)，40H、41H存儲第二個字的第一列點燈數(shù)據(jù)(2）P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口輸出第0行地址(3)P0口分別向外輸出第一屏的前8位紅、綠點燈數(shù)據(jù)，然后由TXD產(chǎn)生時鐘信號，使數(shù)據(jù)移位到寄存器(4）P2口分別向外輸出第一屏的后8位紅、綠點燈數(shù)據(jù),并移位寄存(5)同樣的道理輸出并寄存第二屏的16位數(shù)據(jù)(6)鎖存信號有效，前面移位寄存的32位數(shù)據(jù)被鎖存并輸出，與此同時，74LS164譯碼器譯碼使相應行選通，延時，這樣就點亮一行(7)判斷P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口輸出的行地址是否第16行地址,是則跳至（2），否則跳至（3）3.4.1.2動態(tài)顯示子程序動態(tài)顯示是通過連續(xù)顯示不同的靜態(tài)畫面實現(xiàn)的，靜態(tài)顯示是其基礎(chǔ)。動態(tài)移動速度與靜態(tài)畫面的轉(zhuǎn)換速度是一一對應的，對一幅畫面（一幀）的掃描次數(shù)越多，則轉(zhuǎn)換速度越慢，即移動速度越慢。所以可以通過改變掃描的次數(shù)來控制移動速度。動態(tài)平行移動顯示中靜態(tài)畫面的點燈數(shù)據(jù)是由上一幀靜態(tài)畫面點燈數(shù)據(jù)左移或右移得到的，而該子程序的關(guān)鍵也在此。由于每行有16×2=32個點燈數(shù)據(jù)，單片機數(shù)據(jù)的輸出是以8為單位的。在此，我們來比較下逐字顯示、向左滾動顯示、向右滾動顯示、向上滾動顯示、向下滾動顯示幾種顯示方式的不同。在討論本論文所設(shè)計的動態(tài)滾動程序之前，下面先舉例分析動態(tài)平行移動（以廣告語：“你好，東華理工大學！”為例，一屏顯示一個字）[8]其中一種程序設(shè)計方法。(1)平行左移顯示數(shù)據(jù)存儲：將要顯示的前兩字“你好”的字模數(shù)據(jù)分別存到20H-3FH和40H-5FH中，第三個“，”的字模作為備用數(shù)據(jù)存儲到60H-7FH中第0-7列第1-7列707107071070710第15行你好，3FH5FH7FH你好，第0行20H40H60H移前準備：你好，將“好”的左半邊數(shù)據(jù)的最高位移到“你”你好，7071070710707103FH5FH7FH20H40H60H一個字字模數(shù)據(jù)左移：數(shù)據(jù)每左移一位顯示一次，直到將“，”全移至“好”的位置，移位的過程是一列一列進行的，每行移動時先將“，”左移，再將“好”左移，最后移“你”，下面以“，”和“好”的左移程序示例：movr1，#60H；將地址放入r1，r0中movr0，#20Hclrc；對C清零mova，@r1；將60H地址中數(shù)據(jù)放入累加器中RLCAmov@r1，a；60H中所存數(shù)據(jù)左移一位incr1；r1自加1mova，@r1RLCAmov@r1，a；后一地址中所存數(shù)據(jù)左移一位movc，acc.0mova，@r0；將20H中數(shù)據(jù)存入A中RLCAmov@r0，a；20H中數(shù)據(jù)左移一位incr0；r0自加1mova，@r0RLCAmov@r0，a；后一地址中所存數(shù)據(jù)左移一位④再將“東”作為備用數(shù)據(jù)，存儲到60H-7FH，以下過程與上面類似⑤依次類推，移動并顯示下幾個字(2)平行右移顯示數(shù)據(jù)存儲：與左移類似，不同的是“你”的字模數(shù)據(jù)存在40H-5FH，“好”字模數(shù)據(jù)存在20H-3FH707107071070710，好你7FH3FH5FH，好你60H20H40H一個字字模數(shù)據(jù)右移：過程與左移類似，但因為“你”“好”的存儲單元改變了，所以除了移動方向不同外，存儲單元的移動次序也有所不同，以“，”“好”的右移顯示示意圖及程序示例如下：，好你70710707，好你7FH3FH5FH60H20H40H右移程序：movr1，#60H；將地址放入r1，r0中movr0，#20Hclrc；對C清零mova，@r1；將60H地址中數(shù)據(jù)存入累加器中RRCAmov@r1，a；60H中所存數(shù)據(jù)右移一位incr1；r1自加1mova，@r1RRCAmov@r1，a；后一地址中所存數(shù)據(jù)右移一位movc，acc.0mova，@r0；將20H中數(shù)據(jù)存入A中RRCAmov@r0，a；20H中數(shù)據(jù)右移一位incr0；r0自加1mova，@r0RRCAmov@r0，a；后一地址中所存數(shù)據(jù)右移一位后面幾個字的右移與上面相同(3)動態(tài)垂直上移示意圖如下：自強自強3EH5FH3CH5CH0H40H毅弘毅弘數(shù)據(jù)存儲：將“自”“強”的字模數(shù)據(jù)分別存儲在20H-3FH和40H-5FH中并顯示字模數(shù)據(jù)上移將“自”和“強”的點燈數(shù)據(jù)依次上移一行，即將20H-3FH和40H-5FH中的數(shù)據(jù)依次后移兩位，即：3CH移至3EH，3DH移至3FH，……20H移至22H，21H移至23H；5CH移至5EH，5DH移至5FH……50H移至52H。再將“弘”“毅”的最后兩個數(shù)據(jù)分別存到20H、21H或40H、41H兩個字節(jié)，并靜態(tài)顯示，這時就將字體上移了一行。依次類推，連續(xù)顯示，就可以實現(xiàn)上移了。(4)動態(tài)垂直下移示意圖如下：毅力弘3EH5FH毅力弘3CH5CH 0H40H強力自強力自具體過程與上移類似，這里就不詳敘。(5)動畫顯示動畫的實質(zhì)是若干幅靜態(tài)顯示畫面依次循環(huán)播放，當這些靜態(tài)畫面在人眼視覺暫留時間之內(nèi)連續(xù)顯示時，就使人眼產(chǎn)生動畫的感覺。因此，每一幅靜態(tài)畫面的制作就成為動畫制作的關(guān)鍵，既要保證每一幅畫面的完整，又要保證相鄰兩幅畫面之間相對的連續(xù)。3.4.2根據(jù)本文設(shè)計思想（動態(tài)向左滾動），并且盡量使程序設(shè)計簡單。采取以下方法，一幀漢字掃描完后，指針地址向后移動2位（即移動一列），再掃描一幀圖像，為了控制漢字共動速度，有時需要對一幀圖像掃描數(shù)次后才將列指針移位（如本設(shè)計程序連續(xù)掃描5次），依次類推，列指針向后移動，主觀上感覺漢字向左滾動。下面為本論文左滾動的設(shè)計的流程圖，見圖10。NNNY清屏r2=17r２，r３清零r４=5R4清零DPTR連續(xù)自加1主程序STARTr4自加1滾動STARTYYY圖10左滾動的設(shè)計的流程圖下面為本論文左滾動程序設(shè)計：movp0，#0movp2，#0；清屏cjner2，#17，mm1；如果r2不為17跳轉(zhuǎn)mm1incr4；自加1movr3，#00H；對r3清零movr2，#00H；對r2清零cjner4，#5，mm1；如果r4不為5跳轉(zhuǎn)MM1，連續(xù)掃描5次，使字體能看清楚movr4，#00H；對R4清零incdptr；DPTR自加1incdptr；DPTR自加1，連續(xù)向后移兩個字節(jié)，向左滾動一列l(wèi)jmpmm1；跳轉(zhuǎn)到mm13.5延時程序設(shè)計 計算機執(zhí)行一段程序需要時間，利用計算機執(zhí)行程序耗用的時間實現(xiàn)延時的，稱為“延時程序”。應用延時程序可方便地實現(xiàn)“軟件延時”，不需另添加硬件，且變化靈活，故用得很多。缺點是在延時過程中CPU被占用，所以不宜設(shè)計太長的延時程序。[8]采取動態(tài)掃描方式，不斷進行列掃描，動態(tài)掃描各LED發(fā)光二級管是輪流點亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點亮著，實際控制LED發(fā)光二級管的數(shù)據(jù)是逐一送出去的，對于動態(tài)掃描，輪到某管，等待該管點亮必須留給一段恰當?shù)臅r間。于是延時程序起到一定作用。MOVR1，#14H；1MOVR2，#18H；1內(nèi)循環(huán)外循環(huán)NOP；1 內(nèi)循環(huán)外循環(huán)NOP；1DJNER2，DL1；2DJNER1，DL2；2RET；2程序段中每條指令執(zhí)行時須要的機器周期注明在分號后面，又18H、14H分別為十進制的24與20，因此整個程序段耗時用的時間為：1+[1+（1+1+2）24+2]20+2=1983個機器周期其中圓括號為內(nèi)循環(huán)的機器周期，方括號內(nèi)為外循環(huán)的機器周期數(shù)。當采用12Hz晶振時，1機器周期=1μs，執(zhí)行這段程序?qū)⒂?983μs，與2ms相比，存在17μs誤差，忽略不計。3.6PC機與單片機的串行通信程序3.6.1本文采用MAX232作為PC機與單片機的串行通信接口芯片。硬件連接時，可從MAX232中的2路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對應關(guān)系即可。接口電路如圖3所示。為了實現(xiàn)通信，雙方約定如下：波特率：9600bit/s；幀格式：10位為一幀，包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位；傳送方式：PC機采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)，單片機采用中斷方式收發(fā)數(shù)據(jù)。3.6.2用89C52單片機組成的應用系統(tǒng)，要與PC機進行串行通訊的話，必須加RS-232接口，因為PC機有現(xiàn)成的RS-232口。89PC機從鍵盤上輸入一個字符，然后將這個字符發(fā)送給單片機，單片機接收到這個字符后，不做任何處理，又將它發(fā)送給PC機，PC機將這個字符顯示在屏幕上，如果顯示的字符與輸入的字符一致，則表明PC機與單片機通信正常。在設(shè)計PC機與單片機通信程序時，應首先明確數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，例如：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?、波特率、PC機與單片機在實現(xiàn)異步通信時的工作方式等。通訊接口電路如圖11所示。圖11與上位機接口電路以下是通訊程序流程圖，見圖12。YY初始化接收聯(lián)絡信號發(fā)送應答信號發(fā)送數(shù)據(jù)接收回答正確否？START接收數(shù)據(jù)發(fā)送應答信號START結(jié)束N NN圖12通訊程序流程以下是通訊程序設(shè)計：89C52單片機初始化子程序：INIT：MOVA，#20H；定時器1方式2MOVTMOD，AMOVTH1，#0F3H；TH1作為初值寄存器用，波特率9600bit/sSETBPS；串行接口中斷優(yōu)先SETBEA；中斷允許CLRET1；關(guān)定時器1中斷SETBTR1；開始定時SETBES；允許串行接口中斷MOVA，#0F0H；通訊方式3MOVSCON，A；SM2=1，REN=1(允許接受)RET89C52單片機發(fā)送子程序TRSUB：CLRTI；清除發(fā)送中斷標志位MOVA，＠r1MOVSBUF，ARET89C52單片機接收子程序RESUB：CLRRI；清除接受中斷標志位MOVA，SBUFMOV＠r0，ARET3.7硬件及軟件的調(diào)試3.7.1軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對用戶所編程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除的過程。其具體的操作步驟是：第一步是在具有匯編軟件的主機上和用戶系統(tǒng)連接起來，進行調(diào)試準備。第二步是單步運行。第三步是系統(tǒng)連調(diào)，即進行軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試。經(jīng)調(diào)試，軟件運行良好。3.7.2整機的調(diào)試與測試在上面的調(diào)試工作做好以后，接下來就要做整機的調(diào)試與測試工作了，將程序燒錄單片機以后，給整機加上+5V的電壓，一開始不能實現(xiàn)預期的功能。經(jīng)萬用表檢測發(fā)現(xiàn)AT89C52單片機的31腳上沒有加上+5V的電壓而導致單片機不能正常的工作。大致目測一下電路底板的銅膜走線沒有發(fā)現(xiàn)有大的斷開的現(xiàn)象，但是經(jīng)過我們用萬用表細心地檢查每一條銅膜走線。結(jié)果還是發(fā)現(xiàn)有一條走線不通，原因可能是因為在腐蝕的時候PCB圖紙上不小心沾上了一點灰塵而導致微小的斷開。排除故障后加電，系統(tǒng)能以正常的上電初始化了。但是我們在整機測試的過程中發(fā)現(xiàn)點陣在左移顯示的時候速度很快，經(jīng)過同組同學的討論分析后，我們修改了程序中的延時程序，將顯示1幀顯示時間控制進行了適當?shù)恼{(diào)整。最后達到了我們預期的目的。4．總結(jié)與展望隨著集微電子技術(shù)，光電子技術(shù)，計算機技術(shù)，信息技術(shù)于一體的LED顯示屏在各行各業(yè)的廣泛應用，對其研究逐漸成為一個重要的課題。本文通過分析LED顯示屏的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)實際應用需求，完整的設(shè)計了LED顯示屏控制系統(tǒng)。并且，針對系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行詳細的分析和實現(xiàn)，同時在理論上對其做了系統(tǒng)的論述和說明?；痉项A期設(shè)想，可以在實際中得到應用。4.1工作總結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計，我知道了創(chuàng)新精神的重要性，一個民族需要進步，科技需要發(fā)展都來自與不斷的創(chuàng)新。本次論文設(shè)計，與以往不同的是利用RS232串口與上位機之間連接，通過應用軟件將要顯示字符的16進制的數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機中，從而能夠達到一個實時顯示的目的。通過設(shè)計論文，知道寫論文的相關(guān)步驟。即，首先要進行系統(tǒng)需求分析，以確定系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能。在對系統(tǒng)的工作過程進行深入分析后，把系統(tǒng)最終要達到的性能指標明確下來。然后可行性研究的目的是分析完成這個項目的可能性。根據(jù)可行性研究的結(jié)論來決定系統(tǒng)的開發(fā)研制工作是否值得進行下去。在完成這項工作時，應查閱國內(nèi)外的相關(guān)資料，有人成功地做過類似的系統(tǒng)，可以借鑒他們的優(yōu)點，并且對起不足之處進行改進。最后根據(jù)應用系統(tǒng)要完成的各項功能，把工作重點放在技術(shù)難點上。此時，參考國內(nèi)外類似系統(tǒng)的技術(shù)資料，去長補短以減少重復性勞動，提出合理可行的技術(shù)指標。最后擬訂性價比最高的一套方案。當然，在論文設(shè)計時也存在一定的問題。比如，由于以前對于單片機與上位機之間的通信程序設(shè)計比較少，經(jīng)過黃河老師的細心指導以及查閱資料，終于能夠克服困難，成功的完成軟件設(shè)計。在設(shè)計中，涉及的知識面廣泛，要求運用理論去處理問題的能力，實驗能力，外語水平，計算機運用水平，書面及口頭表達能力等。要想在短時間內(nèi)做完這些任務需要自身統(tǒng)籌安排任務還需要團隊的協(xié)助。4.2工作展望在本次設(shè)計工作中，通過對LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展的分析與研究，根據(jù)實際應用，采用最少的資源消耗，在系統(tǒng)的設(shè)計工作中得到了應用。但是由于LED顯示屏的分析、設(shè)計與實際應用環(huán)境及應用目的有很大關(guān)系，所以對其控制系統(tǒng)的要求也是不同的。如果顯示屏的面積要求很大，屏幕顯示的信息量超大，那么要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也隨之增大，如何設(shè)計出更理想的軟件程序，簡化字模提取復雜度的需要進一步的研究和探討。本系統(tǒng)設(shè)計著重于對雙色屏的研究，對于灰度不同的真彩色LED顯示屏的設(shè)計以及設(shè)備的驅(qū)動，有待于進一步的學習探討。致謝首先，我要衷心的感謝我的指導教師------黃河老師。感謝黃河老師在我畢業(yè)設(shè)計期間，對我悉心的專業(yè)知識指導、關(guān)懷和勉勵，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計工作。其次，我要感謝從事電子專業(yè)工作的徐堅老師對我在電路硬件原理的講解。最后，感謝負責硬件設(shè)計的洪晨輝提供硬件設(shè)計電路圖參考。由衷的向所有關(guān)心和幫助我的老師、同學、朋友表示感謝！參考文獻[1]褚昌晨.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù).成都:電子科技大學出版社,2000.[2]梁純,王軍.基于MCS-51單片機的LED點陣圖文顯示屏設(shè)計[J].工礦自動化,2005(6),90–92.[3]李志東.LED顯示屏控制系統(tǒng)及驅(qū)動程序的研究與設(shè)計.碩士學位論文,單位代碼10183,2005年.[4]朱定華.單片機原理及接口技術(shù).電子工業(yè)出版社.2001年4月.[5]趙娟,高正明,李艷麗.點陣式漢字電子顯示屏的設(shè)計制作.第二炮兵工程學院,2006年第五期.[6]范立南,謝子殿.單片機原理及應用教程.北京:北京大學出版社,2006.[7]王幸之.AT89系列單片機原理與應用.北京:北京航空航天大學出版社,2004.[8]丁元杰.單片微機原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社,1999.[9]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1998.[10]周荷琴,吳勇清.微型計算機原理與接口技術(shù).合肥:重慶科技大學出版社,2004.[11]李光飛,樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例.北京航空航天大學出版社,2003年3月.[12]謝宋和.單片機在LED顯示屏中的應用.電子與自動化,98年第4期.[13]馬黎.單片機控制的漢字點陣大屏幕顯示.計算機應用研究,99年第11期.[14]張洪潤,馬平安.單片機原理及應用.科學出版社,1999.[15]劉樂善,歐陽星明,劉學清.微型計算機接口技術(shù)及應用.華中科技大學出版社,2000第一版.[16]李紅萍,賈秀明.基于單片機的電子顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計.蘭州實華職職業(yè)技術(shù)學院,2006第5期.[17]劉東紅.利用單片機89C52的一個并行I∕O口實現(xiàn)多個LED顯示的一種簡單方法.國外電子元器件,2002年第8期.[18]張曉東.如何解決LED應用中的一些難題.計算機應用研究,98年第3期.[19]康志亮,廖國剛.LED點陣顯示系統(tǒng)設(shè)計.云南民族大學學報(自然科學版)第15卷,第4期2006年10月.[20]潘矜矜,楊小勁.一種LED點陣漢字顯示屏的制作.福建電腦,2006年第3期.[22]戚玉松.合肥機場電子顯示系統(tǒng)的設(shè)計.碩士學位論文,2001年8月.[23]趙高生,楊文煥.單片機應用技術(shù)大全.西南交通大學.[24]V.Tietze.ch.Schenk.electronicscircuits-DesignandApplicationSpringer-Verlag.1991.[25]KevinShakily.VHDLforProgrammableLogic.南京:東南大學出版社,2002.[26]WilliamStalling.DataandComputerCommunication.清華大學出版社,1997.[27]U-Meyer-Bese.SignalProcessingwithFieldProgrammbleGateArray.北京:清華大學出版社,2003[28]BennavailJean-Christophe.Experimentsintheuseofaknowledgesupportsystemforthepricingofgasoli