LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電子綜合設(shè)計(jì)與制作（論文）題目：LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 電子092 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 羅哲 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息教研室學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名羅哲專業(yè)班級(jí)電子092題目LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求任務(wù)和要求：基本要求：1、采用8051單片和LED點(diǎn)陣顯示模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)組合點(diǎn)陣信息顯示。2、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路具備字符顯示及點(diǎn)陣顯示功能2、提高要求:具有顯示內(nèi)容自動(dòng)更新的功能以完成對(duì)任意存儲(chǔ)的信息內(nèi)容進(jìn)行完整的顯示。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量

2、： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 學(xué)生簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要本文主要了介紹LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)原理。以51單片機(jī)作為控制部分的核心，分別論述了分區(qū)顯示和整體逐行掃描顯示的可行性及其理論依據(jù)。從分別從硬件構(gòu)成和軟件驅(qū)動(dòng)的方面分析了LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的原理，并給出了可行的方案。同時(shí)，本文也用一定的篇幅簡(jiǎn)要介紹了較大規(guī)模的LED漢字點(diǎn)著顯示系統(tǒng)，即其在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題和解決方法。本文所介紹的LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)具有思路簡(jiǎn)答，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，所有設(shè)計(jì)參數(shù)均經(jīng)過詳盡的計(jì)算或查閱相關(guān)的資料，且已經(jīng)在protues仿真平臺(tái)上測(cè)

3、試通過。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；點(diǎn)陣屏目 錄第1章 緒論11.1 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的應(yīng)用前景11.2 本文研究?jī)?nèi)容1第2章 LED漢字點(diǎn)陣顯示硬件設(shè)計(jì)22.1 字模的提取22.2 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案42.3 控制核心模塊設(shè)計(jì)4第3章 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)63.1 基本軟件功能綜述63.2 復(fù)雜軟件功能63.3 流程圖設(shè)計(jì)73.4 程序清單7第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析114.1 系統(tǒng)擴(kuò)展方案114.2 系統(tǒng)擴(kuò)展框圖11第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)13參考文獻(xiàn)14第1章 緒論1.1 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的應(yīng)用前景目前，基于LED點(diǎn)陣屏的標(biāo)牌在公共場(chǎng)所，市內(nèi)外廣告，信息發(fā)布，大型活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)等

4、地隨處可見。且有向大面積，多色化，以及廉價(jià)的趨勢(shì)發(fā)展。研究LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的意義在于可以更好的了解LED漢字點(diǎn)陣顯示的原理和工作特點(diǎn)，以便于可以對(duì) 現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行修改和升級(jí)，使其性能更加優(yōu)良，更符合大型活動(dòng)和普通日常生活的需要，為人們?cè)谛畔@取方面提供更多的便利。LED漢字點(diǎn)陣顯示屏具有醒目，低成本，性能穩(wěn)定，易于安裝等諸多優(yōu)勢(shì)。與液晶屏幕相比雖然能好較高，但其容易實(shí)現(xiàn)模塊化，使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行組裝，增大了使用的方便性與靈活性。因此，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，LED漢字點(diǎn)陣顯示屏和傳統(tǒng)的液晶顯示屏將在信息傳播上發(fā)揮其各自的特點(diǎn)。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本文以51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的主體

5、，深入分析和介紹了LED漢字點(diǎn)陣顯示的作用原理和控制方法。分別從硬件構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面對(duì)LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)進(jìn)行研究。 分別從理論與實(shí)際的角度分析了單個(gè)LED漢字顯示系統(tǒng)與多字及多像素圖案顯示系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)與軟件編程方面的區(qū)別。本文設(shè)計(jì)的LED漢字顯示系統(tǒng)可在protues軟件平臺(tái)上進(jìn)行仿真。但軟件仿真方面，在LED點(diǎn)陣屏顯示的完整性上表現(xiàn)不是很好。如在快速掃描顯示的時(shí)候，點(diǎn)陣屏?xí)幸恍袩o法顯示。第2章 LED漢字點(diǎn)陣顯示硬件設(shè)計(jì)2.1 字模的提取計(jì)算機(jī)顯示屏上的漢字實(shí)際上是由一組有序排列的像素構(gòu)成的。如果有筆畫的像素不亮，而其周圍的像素都是亮的，就能看到一個(gè)黑色筆畫的漢字。能夠清楚地顯

6、示一個(gè)漢字的最小像素?cái)?shù)是16*16=256。這是DOS時(shí)代就定下的規(guī)矩?，F(xiàn)在的WINDOWS有了矢量字體，大大豐富了漢字的顯示，能在屏幕上不失真地顯示不同字體的漢字。在計(jì)算機(jī)中，由8位比特（bit）組成一個(gè)字節(jié)（byte），而雙字節(jié)則構(gòu)成一個(gè)字。于是可以用兩個(gè)字節(jié)共16位比特來代表一行的信息，16行共32個(gè)字，用某位是0還是1來控制點(diǎn)亮還是熄滅對(duì)應(yīng)位置的像素，就能在16*16LED點(diǎn)陣屏上顯示漢字。所以，首先要做的就是如何得到這256個(gè)表示漢字筆畫的信息。這里需要用到一個(gè)專門用于提取字模的軟件。如圖1。圖1 字模提取軟件這款軟件可以實(shí)現(xiàn)將漢字（可以是任意字體）或任意圖型轉(zhuǎn)化成任意點(diǎn)陣組成的矩陣

7、或數(shù)組。我們可以以此作為漢字顯示的依據(jù)。由于每塊LED模塊為8*8的點(diǎn)陣屏，由圖可見組成完整的漢字顯示屏幕需要用到4塊這樣的顯示屏。字模分區(qū)示意圖2所示是一個(gè)“遼”字，這里將一個(gè)漢字的顯示區(qū)域劃分成四個(gè)8*8的子區(qū)，即A，B，C，D區(qū)。如圖2ADBC圖2 顯而易見，可以用一個(gè)字節(jié)來表示一個(gè)子區(qū)中一行的信息，32個(gè)字節(jié)就能表示4個(gè)子區(qū)。我們只要按照某種順序，依次將這些信息存入一個(gè)容量為32的數(shù)組就可以了。存取的順序可以有多種，比如A，B，C，D或A，C，B，D等，存取順序的不同，沒有大的區(qū)別，只是影響將來的編程思路。 以圖為例，按A，B，C，D的順序可以得到的數(shù)據(jù)如下：/*- 文字: 遼 -*/

8、*- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=16x16 -*/0x40,0x00,0x27,0xFC,0x30,0x08,0x20,0x10,0x00,0xA0,0x00,0x40,0xE0,0x40,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0x40,0x23,0xC0,0x20,0x80,0x58,0x00,0x87,0xFE,0x00,0x00如果這里只考慮A區(qū)的話，那得到的數(shù)據(jù)就是上面加下劃線的部分，即：0x40,0x27,0x30,0x20,0x00,0x00,0xe0,0x20這里首先從8*8點(diǎn)陣的最高行開始點(diǎn)亮（0xfe），然后在點(diǎn)亮每行的時(shí)候，讀

9、入對(duì)應(yīng)行的16進(jìn)制代碼。此代碼可存于一個(gè)8個(gè)元素組成的數(shù)組中。當(dāng)使用4塊led模塊時(shí)，共有256個(gè)像素。以8個(gè)像素作為一組，則共需要掃描32次以完成一次顯示。2.2 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案這里暫不考慮實(shí)際使用的布線問題，僅從理論的角度分析。由于是使用51單片機(jī)，所以共有4個(gè)I/O口可供使用。使這4個(gè)I/O口相互搭配，協(xié)調(diào)使用，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)漢字的顯示。漢字顯示框圖P0P1P2P3A區(qū)B區(qū)C區(qū)D區(qū)8051圖3 但由于本文設(shè)計(jì)采用的是共陰極LED點(diǎn)陣屏，所以對(duì)列選通的8位信號(hào)每次只需要有一個(gè)是低電平（有效），其余均是高電平（無效）。顯然這里是可以用74138之類的譯碼器進(jìn)行簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的，

10、簡(jiǎn)化后P0和P3作為數(shù)據(jù)口保持不變，而P1和P2作為片選僅需要6個(gè)引腳即可。篇幅所限，此種方案暫不作重點(diǎn)介紹。2.3 控制核心模塊設(shè)計(jì)2.3.1 CPU的選擇如題，現(xiàn)在市面上最常見的51單片機(jī)主要由atmel 和STC公司生產(chǎn)。兩者除在程序燒寫時(shí)有較大差異外，其他多數(shù)情況是可以兼容的。這里選擇STC89C52RC這個(gè)芯片。2.3.2 復(fù)位和時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖4 復(fù)位和時(shí)鐘電路復(fù)位和始終電路如圖所示，其中晶振為12M，電容器C1，C2為33pF的陶瓷或獨(dú)石電容，C3為10F的電解電容器。電阻阻值為10k。2.3.3 LED漢字點(diǎn)陣顯示控制核心模塊原理圖圖5 硬件電路圖第3章 LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)軟

11、件設(shè)計(jì)3.1 基本軟件功能綜述目前市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品，除了硬件構(gòu)成以外，還要包含上位機(jī)軟件，用于將所需要顯示的漢字按照字體，大小，移動(dòng)方向等要求轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得代碼，再通過串口通訊將控制程序傳送到控制部分的存儲(chǔ)器上。LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)是將每個(gè)漢字分成4個(gè)區(qū)域，分別顯示。又將每個(gè)區(qū)域分成8行，依次進(jìn)行掃描。每一行由8位二進(jìn)制數(shù)代表的漢字字形編碼構(gòu)成。所謂程序就是數(shù)據(jù)+算法。首先設(shè)計(jì)一個(gè)有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再根據(jù)硬件電路的尋址方式，有序地將數(shù)據(jù)送達(dá)正確的點(diǎn)位（算法），最后漢字就顯示出來了。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：從本文前述關(guān)于16*16點(diǎn)陣漢字信息的提取，結(jié)合實(shí)例中的硬件尋址方式，不難想象，只要將這32個(gè)字節(jié)順序存入

12、一個(gè)數(shù)組，然后每?jī)蓚€(gè)字節(jié)為一組送往P0端口和P3端口形成列地址，再通過P1和P2給出行地址，對(duì)應(yīng)行的LED將被選中，位于P0和P3中高電平的LED被點(diǎn)亮，其他的不亮，該行的點(diǎn)陣就形成了。如此動(dòng)作16次，將32個(gè)字節(jié)依次送出，一幀（16*16）的圖案就先試試出來了。只要以小于1ms的時(shí)間間隔循環(huán)做這組動(dòng)作，一個(gè)漢字（或圖案）就能穩(wěn)定地顯示在點(diǎn)陣屏上。3.2 復(fù)雜軟件功能由于LED點(diǎn)陣屏本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以所謂的復(fù)雜顯示也只是文字的上下滾動(dòng)和左右移動(dòng)等“動(dòng)態(tài)”的顯示操作。這兩種操作本質(zhì)上都是對(duì)字模數(shù)組或點(diǎn)亮LED的行信息進(jìn)行有規(guī)律的修改，比如將程序3.4中的字模數(shù)組整體每秒左移一位，我們就可以看到“

13、遼”在LED點(diǎn)陣屏上從由向左就行滾動(dòng)。建立字模信息數(shù)組 zimo32定義數(shù)組指針 i=0給I/O口幅值P0=zimoi延時(shí)P1口邏輯位移I=i+2圖6 以A區(qū)為例的程序流程圖3.3 流程圖設(shè)計(jì)3.4 程序清單#include#include /此為自定義函數(shù)集，定義了常用延時(shí)函數(shù)和簡(jiǎn)化語句等/int one8=0x00,0x20,0x13,0x00,0x00,0x30,0x50,0x10; /遼Aint zimo32=0x00,0x00,0x67,0xFC,0x37,0xFC,0x10,0x18,0x00,0x70,0x00,0x60,0xF0,0x60,0xF0,0x60,0x30,0x60

14、,0x30,0x60,0x31,0xE0,0x30,0xC0,0x78,0x00,0xCF,0xFE,0x47,0xFE,0x00,0x00;int i=0;char status; /存儲(chǔ)A,B,C,D用于指示4個(gè)區(qū)域的顯示狀態(tài)void showA(void);void showB(void);void showC(void);void showD(void);void showA(void) P0=0; P1=0; P2=0XFF; P3=0;P1=0X7f; for(i=0;i1; P1=P1+0x80; status=B;void showB(void) P0=0; P1=0; P2=

15、0XFF; P3=0;P1=0X7f; for(i=0;i1; P1=P1+0x80; status=C;void showC(void) P0=0; P1=0XFF; P2=0; P3=0;P2=0X7f; for(i=16;i1; P2=P2+0x80; status=D;void showD(void) P0=0; P1=0XFF; P2=0; P3=0;P2=0X7f; for(i=16;i1; P2=P2+0x80; status=A;void main()status=A;while(1) if(status=A) showA(); if(status=B) showB(); if

16、(status=C) showC(); if(status=D) showD();3.5 仿真結(jié)果對(duì)3.4中C語言程序進(jìn)行編譯，并在protues仿真平臺(tái)上運(yùn)行測(cè)試，結(jié)果如圖3-5所示。由于仿真軟件與實(shí)際尚有出入，所以在C,D上少顯示了一行。圖3-5 仿真結(jié)果圖第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析4.1 系統(tǒng)擴(kuò)展方案單獨(dú)漢字顯示的系統(tǒng)搭建非常簡(jiǎn)單。使用四條8排線纜將單片機(jī)主控板的4組I/O口與4塊16*16點(diǎn)陣屏的對(duì)應(yīng)端口插接即可。但是，當(dāng)需要顯示多個(gè)漢字，即需要多組LED點(diǎn)陣屏來顯示的時(shí)候，并不是簡(jiǎn)單的將系統(tǒng)級(jí)聯(lián)起來那么簡(jiǎn)單。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O口不足以滿足同時(shí)傳送很多數(shù)據(jù)的需要。這時(shí)就要使單片機(jī)輸出串行信

17、號(hào)，再通過串并轉(zhuǎn)化電路將串行型號(hào)轉(zhuǎn)化成并行信號(hào)。這里可以使用74HC595（三態(tài)8位D觸發(fā)器）或類似的74HC164.同時(shí)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整，即每一塊LED點(diǎn)陣模塊配一個(gè)73HC138譯碼器和一片74HC595寄存器。所有的譯碼器采用并聯(lián)連接，所有的寄存器采用級(jí)聯(lián)連接。這種連接方法實(shí)際上比單獨(dú)的漢字顯示系統(tǒng)更節(jié)省單片機(jī)的輸出端口。只是當(dāng)串行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度達(dá)到一定時(shí)，總的串并轉(zhuǎn)換時(shí)間也會(huì)隨之增加。假定8D觸發(fā)器存入一位數(shù)據(jù)的時(shí)間是1ms，那么完成全部8位的串并轉(zhuǎn)換就需要8ms，如果這樣的系統(tǒng)級(jí)聯(lián)10個(gè)（即構(gòu)成可以同時(shí)顯示5個(gè)最小漢字的系統(tǒng)）就要80ms，這樣即使能夠穩(wěn)定地顯示出漢字或圖案

18、，點(diǎn)陣屏的實(shí)際亮度也會(huì)大打折扣。因此，串并轉(zhuǎn)化的速度是系統(tǒng)總體性能如何的關(guān)鍵。51單片機(jī)如果用12M左右的晶振，可以提供最小為40s的軟件延時(shí)。而更新型的微控制器的時(shí)鐘頻率已經(jīng)大大增加，所以實(shí)際上重點(diǎn)不在于CPU的選擇，而是串并轉(zhuǎn)化的精度?；舅械奈⒖刂破鞫季哂写休敵龅哪芰?，但是這里對(duì)數(shù)據(jù)分配的要求較多，所以與其用這個(gè)功能，倒不如重新編寫這部分串并轉(zhuǎn)化的軟件，這樣也更有針對(duì)性。4.2 系統(tǒng)擴(kuò)展框圖LED漢字顯示系統(tǒng)在擴(kuò)展以后，不在需要逐區(qū)地進(jìn)行掃描顯示，因?yàn)樽謹(jǐn)?shù)增多有，子區(qū)的數(shù)目也會(huì)隨之增加。取而代之的是由單片機(jī)輸出串行數(shù)據(jù)，再有串并轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)換成并行電路，再由對(duì)應(yīng)的地址譯碼器進(jìn)行片選。如圖7所示。圖7 系統(tǒng)擴(kuò)展框圖CLKDATA805174HC13874HC13874HC138LEDLE