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外文翻譯基于AT89C52單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本文介紹了基于AT89C52單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示屏的軟硬件開發(fā)過程。利用一個簡單的外部電路，控制像素為32 192的顯示屏顯示。通過動態(tài)掃描方式，顯示屏顯示6個32 32點(diǎn)陣中文漢字。顯示屏還可以分為兩個小顯示屏，顯示24個像素為16 16的漢字。我們可以修改漢字代碼來更改顯示的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)字符的滾動功能，并可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)對滾動速度的調(diào)整，而且也可實(shí)現(xiàn)顯示字符的暫停滾動。漢字代碼存儲在外部數(shù)據(jù)存儲器，內(nèi)存的容量由我們所需要顯示的漢字個數(shù)決定。該屏具有體積小，硬件和電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：漢字顯示，AT89C52單片機(jī)1.導(dǎo)言隨著LED顯示屏不斷改善和美化人們的生活環(huán)境，LED顯示屏已經(jīng)成為城市亮化，現(xiàn)代化、信息化社會的一項(xiàng)重要標(biāo)志。在大型購物商場，火車站，碼頭，地鐵，各種管理窗口等，我們經(jīng)?？梢钥吹絃ED燈光。LED商業(yè)已成為一個快速增長的新興產(chǎn)業(yè)，擁有巨大的市場空間和光明前景。文檔，圖片，動畫和視頻通過LED發(fā)光顯示，而且內(nèi)容是可以更改的。一些模塊化結(jié)構(gòu)的顯示設(shè)備，通常包括顯示模塊，控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。顯示模塊是由LED管構(gòu)成的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，進(jìn)行發(fā)光顯示，顯示屏可顯示文字，圖片，視頻等。控制系統(tǒng)控制區(qū)域里L(fēng)ED的亮滅，電源系統(tǒng)為顯示屏提供電壓和電流。通過電腦，提取字符字節(jié)，并傳送到微控制器，然后輸送到LED點(diǎn)陣顯示屏上顯示，大部分室內(nèi)和室外顯示屏都是通過這個方法進(jìn)行顯示的。按顯示內(nèi)容劃分，LED點(diǎn)陣屏的顯示可以分為圖文顯示、圖像顯示和視頻顯示三部分。與圖像顯示屏比較，無論是單色或彩色的圖文顯示屏，都沒有灰色色差，因此，圖形顯示不能反映豐富的色彩。視頻顯示屏不僅可以顯示運(yùn)動、清晰和全彩的圖像，也能顯示電視和計(jì)算機(jī)信號。雖然有三者之間的有一些不同，但顯示原理是基本一樣的6。單片機(jī)具有優(yōu)良的性價比，尺寸小，可靠性高，控制性能強(qiáng)大，它廣泛應(yīng)用于智能儀器儀表、機(jī)電一體化的實(shí)時過程控制、機(jī)器人、家用電器、模糊控制和通訊系統(tǒng)等。本文描述了LED顯示屏設(shè)計(jì)有關(guān)原理，以及對硬件的設(shè)計(jì)和軟件流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。最后，我們對整體設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真并對結(jié)果進(jìn)行了分析。2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)的要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、功能、可靠性、成本，以及精度和速度，選定單片機(jī)模塊。依據(jù)實(shí)際問題情況，選擇單片機(jī)模塊主要是從以下兩個方面考慮：首先，單片機(jī)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，二是單片機(jī)具有很高的成本效益。由于MCS - 51單片機(jī)在中國廣泛使用，具有很多的信息資料，并可以兼容較多的外圍芯片，特別是ATMEL公司于2003年推出的新一代微控制器，即89S系列以及高性能和低成本產(chǎn)品AT89C52。 AT89C52單片機(jī)是一種低電壓，高性能CMOS8位微控制器，該芯片包含8 KB的只讀程序存儲器（PEROM），它可反復(fù)擦除，256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（RAM），器件采用高密度非易失性內(nèi)存生產(chǎn)技術(shù)，兼容MCS -51指令集和8052產(chǎn)品，而芯片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）的閃存存儲單元，可應(yīng)用到更復(fù)雜的控制中10。整個系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)，由AT89C52芯片，時鐘電路，復(fù)位電路，列掃描驅(qū)動電路，行驅(qū)動電路和六個32 32 LED點(diǎn)陣屏組成。LED顯示屏的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。一個顯示單元由點(diǎn)陣模塊和兩個74HC154組成。行數(shù)據(jù)信號被分為兩部分，由兩個8255A決定， 8255A中數(shù)據(jù)來自AT89C52的P0口。每個字符的列掃描信號由兩個74HC154芯片輸入，12片74HC154分為六組。74HC154輸入信號是AT89C52的P1.0的P1.3口。外部數(shù)據(jù)存儲器6264與AT89C52 P0口相連。3.單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)漢字的大小為3232，但單片機(jī)有32個I/ O口，并不能滿足設(shè)計(jì)要求，所以I / O端口必須擴(kuò)展，數(shù)據(jù)端口的擴(kuò)展使用兩個8255A。數(shù)據(jù)口擴(kuò)展如圖2所示，74HC373是鎖存器，鎖存八位低地址，提供6264的低8位地址信號。而6224高八位地址則由端口P2.0P2.4提供。 8255A內(nèi)部端口地址由A0和A1決定。 74HC139是2-4譯碼器，其輸入信號是單片機(jī)的P2.6和P2.7口。它為外部端口設(shè)備提供選通信號，因?yàn)橄到y(tǒng)有多個外部設(shè)備，須要確保他們能不能選通，并使它們的地址是唯一、不重復(fù)的。AT89C52單片機(jī)的時鐘電路由單片機(jī)18，19號引腳端（XTALI和XTAL2），12MHz的晶體振蕩器，電容C1和C2組成，采用內(nèi)部時鐘模式。復(fù)位電路采用簡單的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，電容C3構(gòu)成， 與AT89C52的復(fù)位輸入引腳端相連。4.顯示器存儲器單元電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中漢字的大小為3232個，每個漢字字符分成四個部分，（a） ，（b），（c）和（d），每部分由四個8 8點(diǎn)陣組成。顯示模塊電路分解如圖3所示。（a）（b）的行信號由兩個8255A輸入，1PA01PA7和1PB01PB7分別是8255A- 1的 PA和PB口，2PA02PA7和2PB02PB7分別是8255A- 2的PA和PB口，右邊的數(shù)字代表由74HC154提供的列掃描信號。 16列選通信號由74HC154輸入，（a）（d）需要八個信號，所以（a）和（b）共用一個74HC154，（c）和（d）共用一個74HC154。顯示一個字符需要兩個74HC154提供列掃描信號。當(dāng)電路工作時，（a）（d）是通過掃描相應(yīng)選通信號，一次只有一個處在選通狀態(tài)，而其他列則關(guān)閉，顯示的數(shù)據(jù)是由兩片8255A同時提供，由于人眼的暫留效應(yīng)，眼睛會看到一個穩(wěn)定字符。另外，因?yàn)橹形淖址總€顯示需要128個字節(jié)的存儲空間，但AT89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部是只有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，所以我們擴(kuò)展了一個88K外部數(shù)據(jù)存儲器6264。5.數(shù)據(jù)單元電路的設(shè)計(jì)Intel 8255A是一種通用可編程并行輸入/輸出接口芯片，具有很強(qiáng)的通用性，可以通過軟件設(shè)置它的功能。它可以直接通過CPU數(shù)據(jù)總線連接外部設(shè)備，使用方便，靈活。 Intel 8255A接口芯片有三個8位并行輸入和輸出端口，可用編程方法設(shè)置三個端口作為輸入端口或輸出端口。芯片工作方式有基本輸入和輸出，選通輸入/輸出和雙向輸入/輸出。當(dāng)數(shù)據(jù)在CPU數(shù)據(jù)總線傳輸時，它可以進(jìn)行選擇性無條件轉(zhuǎn)移，查詢或中斷傳輸。在Intel 8255A芯片的第三端口，即端口C可以用作數(shù)據(jù)端口，還可以作為控制端口。當(dāng)端口C作為一個數(shù)據(jù)端口，它可用作不僅8位數(shù)據(jù)端口，但也分別作為兩個4位數(shù)據(jù)端口，端口C每位都可操作，可以設(shè)置一個特定的位輸入或輸出，因此對位的控制提供了方便。顯示單元電路的設(shè)計(jì)中，行數(shù)據(jù)信號是由兩個8255A提供的，如圖4所示。設(shè)計(jì)采用動態(tài)掃描方式，通過控制行或列掃描顯示漢字。系統(tǒng)使用列掃描控制屏的顯示，列掃描電路如圖5所示。列掃描電路由12片74HC154組成。2片74HC154控制一個字符顯示一個字符32列的選通。74HC154的輸入信號為控制顯示屏的AT89C52的P1.0的P1.3口，另一片的輸入信號則是P1.7P1.4口， 12片 74HC154根據(jù)指令工作。 6.串行通信接口電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)上位機(jī)下位機(jī)是通過串行通信接口聯(lián)系。本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC 機(jī)的串行通信功能,將單片機(jī)的串行接口的電平轉(zhuǎn)換成RS232C電平標(biāo)準(zhǔn)11。其中計(jì)算機(jī)的RS232 口輸出的電壓為12V?？紤]到單片機(jī)與PC 機(jī)的通信距離不遠(yuǎn)，而且單片機(jī)部分只負(fù)責(zé)接收命令和數(shù)據(jù)，因此選擇計(jì)算機(jī)與單片機(jī)直接相連的最簡單接法，計(jì)算機(jī)TXD端發(fā)出的信號傳送到通信電路后轉(zhuǎn)化為電流信號，當(dāng)有信號送進(jìn)來時就會有電流流經(jīng)光耦合器中的紅外發(fā)光二極管，二極管發(fā)出光信號投射到光敏三極管，再轉(zhuǎn)換成電信號輸?shù)絾纹瑱C(jī)的RXD 端，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電光電信號轉(zhuǎn)換傳輸，并在電氣上是完全隔離的，避免了輸出端對輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。其原理如圖6所示。7.軟件的設(shè)計(jì)整個軟件設(shè)計(jì)分為兩大功能塊：顯示部分和通信部分。顯示部分采用動態(tài)掃描的方式，實(shí)現(xiàn)對顯示屏要顯示的漢字、字符等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸控制以及顯示等功能。與PC 機(jī)的實(shí)時通信部分主要是利用單片機(jī)串口中斷接收數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)信息傳輸。通信部分的上位機(jī)軟件采用Visual Basic 編程，使用VB 在標(biāo)準(zhǔn)串口通信方面提供的具有強(qiáng)大功能的通信控件MSCOMM，該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，直接利用PC機(jī)的RS-232/RS-485 串口發(fā)送數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC 機(jī)的可靠通信，須保證雙方具有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率，本設(shè)計(jì)采用RS-232 通信，一幀10 位的數(shù)據(jù)格式，9600bit/s 的波特率。（1）漢字顯示的原理我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個點(diǎn)理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個漢字屏不僅可以顯示漢字， 也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。我們以顯示漢字“大”為例，來說明其動態(tài)掃描原理。由于單片機(jī)的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般我們把它拆分為上部和下部，如圖7所示。上部由816點(diǎn)陣組成， 下部也由816點(diǎn)陣組成。在本例中單片機(jī)首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00-P07口。方向?yàn)镻00到P07 ,顯示漢字“大”時，P05點(diǎn)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(jìn)制00000100，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)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(jì)成由上往下掃描，即從P27向P20方向掃描，從上圖可以看到，這一列全部為不亮， 即為00000000，16進(jìn)制則為00H。 然后單片機(jī)轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為P05點(diǎn)亮，為00000100，即16進(jìn)制04H.這一列完成后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描，P21點(diǎn)亮，為二進(jìn)制00000010，即16進(jìn)制02H.依照這個方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，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,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,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它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，我們就不必自己去畫表格算代碼了。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（2）端口和存儲器的地址分配在這個設(shè)計(jì)中，我們使用了8255A，6264等外部設(shè)備，他們的選通控制是不一樣的，所以涉及到地址分配問題。在系統(tǒng)地址分配中，8255A的地址為3FFCH3FFFH和7FFCH7FFFH，6264的地址為0A000H0BFFFH是。此外，6264劃分為四個區(qū)域，每個空間的大小是2K， 相應(yīng)的地址分別為0A000H0A7FFH，0A800H0AFFFH，0B000H0B7FFH，0B800H0BFFFH。表1和表2是8255A和6264的地址分配。（3）軟件流程程序包括初始化，顯示程序。其中主程序和子程序流程圖如圖8和圖9所示。字符代碼存儲在靜態(tài)存儲器6264中，單片機(jī)等待信號的輸入，即單片機(jī)的輸入的引腳P3.0。當(dāng)P3.0電平從低到高，顯示程序開始運(yùn)行。首先，控制字寫入8255A控制端口，8255A工作在方式0?？刂谱謱懲旰?，數(shù)據(jù)將從6264傳送到8255A進(jìn)行顯示。數(shù)據(jù)需要輸出四次，因?yàn)樽址男袑捠?2。每行數(shù)據(jù)的輸入和傳送都是從高位到低位，數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)控制行的選通，因此第一列的數(shù)據(jù)顯示出來后，調(diào)用延時程序以穩(wěn)定顯示內(nèi)容。下一列數(shù)據(jù)可以在延遲程序后讀取，下一行也選通，使數(shù)據(jù)的第二列也顯示，依次循環(huán)，屏大小為32192，故192行顯示綜合構(gòu)成圖像。然后，從第一列掃描開始，顯示數(shù)據(jù)的起始地址在原來的基礎(chǔ)上向后移。其中有一個地址溢出問題，當(dāng)數(shù)據(jù)地址溢出時，它會指定起始地址的地址指針，顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容會不斷重復(fù)。PC機(jī)與單片機(jī)的通信如圖10所示。利用單片機(jī)串口中斷接收數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)信息傳輸。8.仿真結(jié)果及其分析硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后，運(yùn)用用proteus對設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真的結(jié)果對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行修改和優(yōu)化。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）7。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。9.電路板的設(shè)計(jì)和元件的組裝考慮到本設(shè)計(jì)中使用的元件數(shù)量不是很多，我們使用單一路徑策略，在頂層使用了少量跳線。該電路對元件參數(shù)沒有嚴(yán)格的要求，只要元件選擇正確，無損壞，電路板的制造過程良好。所有的電子元件經(jīng)焊接正確組裝，然后下載程序和調(diào)試程序。當(dāng)電路板板制作完并調(diào)試后，20個引腳的集成電路應(yīng)安裝在AT89C52的位置以便微控制器可以從電路板上取下，然后寫程序。10.仿真漢字滾動的是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)的，我們看到整個系列的圖像是由列