基于51單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)

1、中南民族大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)： 電子信息工程 年級(jí)： 2004 題目: 基于51單片機(jī)的led點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)學(xué)生姓名： 皮本元 學(xué)號(hào)： 04071090 指導(dǎo)教師姓名: 危立輝 職稱: 副教授 2008年5月31日12中南民族大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日目 錄摘要：1abstract11 引言22 系統(tǒng)方案22.1 系統(tǒng)框圖22.2

2、方案比較32.2.1 顯示方式的選擇32.2.2 點(diǎn)陣信息的提取方式44 硬件設(shè)計(jì)44.1 顯示控制電路44.2 顯示驅(qū)動(dòng)部分54.3顯示接口75 軟件設(shè)計(jì)75.1 軟件總體設(shè)計(jì)75.2 漢字點(diǎn)陣信息的獲取85.3 漢字的固定顯示以及左移和上移的實(shí)現(xiàn)95.3.1 固定顯示方式105.3.2 左移顯示方式105.3.3 上移顯示方式106 工藝設(shè)計(jì)116.1 接口設(shè)計(jì)116.2 顯示模塊可擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)117 總結(jié)12致 謝12參考文獻(xiàn)12基于51單片機(jī)的led點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)摘要：led顯示屏作為一種顯示媒體，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，得到了飛速發(fā)展。led顯示屏具有亮度高、動(dòng)態(tài)顯示效果

3、好、故障低、耗能少、使用壽命長、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì),已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。本文介紹了一種以單片機(jī)at89s52為核心的點(diǎn)陣led 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作過程，包括漢字顯示的硬件電路、pcb設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試等方面。該系統(tǒng)通過rs-232與上位機(jī)通信，上位機(jī)可以發(fā)送指令給at89s52單片機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)顯示電路，實(shí)現(xiàn)了l e d 顯示屏多種顯示方式和狀態(tài)。本文詳細(xì)說明了利用at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)漢字顯示的原理及編程思路。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) led點(diǎn)陣 pc機(jī)取字display chinese charactersby ms-51 single chip on led lattice

4、abstract: led display was widely used in many industries due to its excellent features such as full color, high efficiency, high brightness, long lifetime and low power consumption. in this article, we introduce the process of designing a led displaying system controlled by at89s52,concluding hardwa

5、re design、pcb design、software design and debugging .this system communicate with pc through rs-232.the pc can send instructions to the control system based on at89s52,then this system drive the displaying circuit, and carried a variety of forms and states of displaying. this text in detail illustrat

6、es the working elements of how to design the displaying electrical circuit and use large-content memory to display chinese characters.key words: singlechip led latticefetch words from personal computer1 引言隨著圖形點(diǎn)陣l e d 顯示模塊在各行各業(yè)的逐步使用，使得人機(jī)界面變得越來越直觀形象，尤其對(duì)于國內(nèi)大多數(shù)需要有漢字和圖形顯示的用戶來說，顯示界面的友好與否，將直接影響到其產(chǎn)品的形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

7、力。該點(diǎn)陣l e d 顯示屏5，顯示漢字和各種常見字符等信息，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、字型美觀、圖案清晰，采用高性能單片機(jī)控制，性能穩(wěn)定，可靠性高。經(jīng)過一條rs-232 串口線與電腦連接更換信息，操作簡(jiǎn)單，使用方便。led顯示屏的設(shè)計(jì)方案，目前有兩種:一種是以單片機(jī)為核心，單片機(jī)要完成所有的邏輯控制功能，采用這種方案設(shè)計(jì)的屏幕比較小;另一種是利用單片機(jī)控制可編程邏輯器件，單片機(jī)主要完成接收上位機(jī)數(shù)據(jù)、向大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷l(fā)送數(shù)據(jù)等功能。大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電路的各種時(shí)序。采用這種方案可以設(shè)計(jì)較大的顯示屏，但這種方案的造價(jià)比較高。led顯示屏是多種技術(shù)綜合應(yīng)用的產(chǎn)

8、品，涉及光電子學(xué)，半導(dǎo)體器件，數(shù)字電子電路，大規(guī)模集成電路，單片機(jī)及微機(jī)等各個(gè)方面，既有硬件又有軟件。12 系統(tǒng)方案2.1 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要分為串行通信模塊，顯示控制模塊，存儲(chǔ)模塊，如圖-1?；竟ぷ髁鞒虨椋?單片機(jī)以及顯示模塊初始化；上位機(jī)（pc機(jī)）發(fā)送數(shù)據(jù)(機(jī)內(nèi)碼)；單片機(jī)接受數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)接受緩存區(qū)；通過機(jī)內(nèi)碼在字庫中提取對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣信息并送入顯存中；單片機(jī)驅(qū)動(dòng)led點(diǎn)陣顯示電路。上位機(jī)單片機(jī)字 庫顯 存16x16 led74hc59574hc595驅(qū)動(dòng)電路74hc59574hc595驅(qū)動(dòng)電路圖-1 系統(tǒng)框圖2.2 方案比較2.2.1 顯示方式的選擇(1) 靜態(tài)顯示方式該方案的特點(diǎn)是每一位數(shù)

9、據(jù)寄存器對(duì)應(yīng)一顆發(fā)光管, 可以用較小的電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光管, 這更有利于延長發(fā)光管的壽命, 戶外屏和高檔的顯示屏, 例如全彩屏通常采用這種驅(qū)動(dòng)方式。但是這種顯示方式成本高，硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，見圖-2；列數(shù)據(jù)+5v列數(shù)據(jù)+5v第一行第二行圖-2 靜態(tài)顯示方式 (2) 動(dòng)態(tài)顯示方式該方案的特點(diǎn)是每一時(shí)刻只有一行發(fā)光管被點(diǎn)亮, 列電路可以復(fù)用, 從而節(jié)約了元器件成本。但是,點(diǎn)亮發(fā)光管的瞬態(tài)電流較大, 通常是平均電流的數(shù)倍甚至十幾倍。對(duì)于規(guī)模不是太大的顯示模塊比較適用，見圖-3。列選通信號(hào)列數(shù)據(jù)圖-3 動(dòng)態(tài)顯示方式綜合比較兩種方案和本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，我選擇第二種方案。2.2.2 點(diǎn)陣信息的提取方式(1) 直

10、接提取方式該方案是直接由上位機(jī)(pc機(jī))通過串口發(fā)送32字節(jié)的漢字點(diǎn)陣信息到數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū)，然后送顯。該方案節(jié)省了單片機(jī)通過字庫提取點(diǎn)陣信息的步驟，顯示更直接，但缺點(diǎn)是給用戶帶來不便，見圖-4。pc機(jī)單片機(jī)顯示電路32字節(jié)點(diǎn)陣信息圖-4 直接提取方式(2) 間接提取方式該方案可以直接在上位機(jī)(pc機(jī))輸入漢字，然后通過串口將對(duì)應(yīng)的機(jī)內(nèi)碼 （2字節(jié)）傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，然后由單片機(jī)進(jìn)行處理，從存儲(chǔ)有字庫的外部flash中讀取32字節(jié)點(diǎn)陣信息到顯示緩沖區(qū)。見圖-5。pc機(jī)單片機(jī)顯示電路字庫2字節(jié)機(jī)內(nèi)碼圖-5 間接提取方式比較兩種方案，雖然方案二涉及到對(duì)大容量存儲(chǔ)器的操作，但是它對(duì)于用戶來

11、說更加的方便、直觀，因此，我選擇該方案。4 硬件設(shè)計(jì)4.1 顯示控制電路控制部分以單片機(jī)at89s52為核心，輔以外圍電路，完成串行通信、外部存儲(chǔ)器讀取、行列選通信號(hào)輸出等任務(wù)。在pc 機(jī)內(nèi)部，漢字是以機(jī)內(nèi)碼的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。單片機(jī)at89s52將pc機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)放到ws6264中開辟的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。at89s52的通過由數(shù)據(jù)緩存區(qū)中存儲(chǔ)的漢字內(nèi)碼，并將其換算成漢字首地址，從at29c040a （512k*8）的字庫中提取相應(yīng)的漢字(一組32 字節(jié)的數(shù)據(jù))，對(duì)應(yīng)于顯示屏排列好存貯到片外r a m (ws6264)中，重復(fù)上述過程將所有的漢字都提取出并排列存儲(chǔ)好，最后由at89

12、s52將ram 中的數(shù)據(jù)經(jīng)p1.0p1.4和p3.2輸出給顯示驅(qū)動(dòng)電路。漢字庫的制備與普通程序存儲(chǔ)器的燒錄并無區(qū)別。將漢字庫文件以二進(jìn)制形式打開， 通過編程器燒錄到at29c020a中即可。at29c020a的18位地址和ws6264 的13 位地址信號(hào)分別由p0 口（經(jīng) 鎖存器74hc373 輸出作為地址線）、p2 口、p3 口(p3.4p3.5)產(chǎn)生。flash（at29c020a）、ram（6264）與單片機(jī)的接口如圖-6所示1。單片機(jī)89s52 通過ad0a d 7 地址數(shù)據(jù)復(fù)用引腳來選通地址并讀寫數(shù)據(jù)。78圖-6 單片機(jī)與外圍電路接口 4.2 顯示驅(qū)動(dòng)部分led 點(diǎn)陣選用1616模塊

13、，每2 塊排列成一個(gè)16 32 的點(diǎn)陣，用于顯示兩個(gè)漢字。點(diǎn)陣每一行的所有l(wèi) e d共陽極，每一列的所有l(wèi) e d 共陰極。行列驅(qū)動(dòng)均由754ls595驅(qū)動(dòng)，該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)。輸入數(shù)據(jù)在串行移位時(shí)鐘srclk 上升沿由串行輸入端ser 輸入到芯片內(nèi)部串行移位寄存器中,同時(shí), sqh 端串行輸出;在鎖存時(shí)鐘信號(hào)rclk 上升沿到來時(shí),芯片將內(nèi)部串行移位寄存器8 位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時(shí),應(yīng)將復(fù)位端srclr 與使能端rclk 分別接高電平、低電平。單片機(jī)輸出信號(hào)直接與串入并出移位寄存器74hc595 的鎖存器輸出端連接。列數(shù)據(jù)使用兩片754ls595級(jí)聯(lián)得到,可以

14、得到16 列的列數(shù)據(jù)信號(hào)。列掃描信號(hào)同樣使用四片754ls595級(jí)聯(lián)構(gòu)成32位的串進(jìn)并出移位寄存器,可以得到列掃描信號(hào),考慮到754ls595的驅(qū)動(dòng)能力有限，列掃描信號(hào)通過unl2803與led列掃描信號(hào)相連，每列可以得到500ma的灌入電流，驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖-7所示。3圖-7 顯示驅(qū)動(dòng)電路4.3顯示接口圖-8 顯示接口5 軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件總體設(shè)計(jì)程序可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，可非常方便地任意修改所要顯示的漢字；并使顯示屏可固定、平移地顯示漢字。程序中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為三個(gè)區(qū)：顯示緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，和接收緩沖區(qū) 。單片機(jī)通過串口接收pc 機(jī)傳來的數(shù)據(jù)暫時(shí)放在接收緩沖區(qū)，處理后放入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)

15、保存，然后再根據(jù)顯示方式從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中讀出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)用于顯示。程序功能框圖如圖-9 所示。軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、顯示子程序和串口中斷服務(wù)程序等。主程序?yàn)轫樞蚪Y(jié)構(gòu)，完成中斷、串口的初始化設(shè)置后，循環(huán)調(diào)用顯示子程序，以及響應(yīng)串行接收或發(fā)送中斷；顯示子程序從顯示緩沖區(qū)取出字模.中斷服務(wù)程序串口接收p c 機(jī)發(fā)送的漢字機(jī)內(nèi)碼數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信。程序各部分的功能由各個(gè)模塊分別實(shí)現(xiàn)。程序模塊有:串口初始化模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、漢字首地址計(jì)算模塊、取字模塊、顯示模塊和移動(dòng)模塊。6 9初始化顯示及串口顯示特定字符串口接收到數(shù)據(jù)否中斷cpu更新接收緩存取字模信息并更新顯存是顯示新數(shù)據(jù)

16、并延時(shí)啟動(dòng)圖-9 軟件流程圖5.2 漢字點(diǎn)陣信息的獲取對(duì)ucdos7.0，漢字點(diǎn)陣信息存于相應(yīng)點(diǎn)陣字庫中，對(duì)1616 點(diǎn)陣漢字，其點(diǎn)陣字庫文件為ucdoshzk16，每個(gè)漢字占32個(gè)字節(jié)，橫向排列，這一字庫收集了國標(biāo)一、二級(jí)漢字及圖形符號(hào)7445 個(gè)，在文件中按區(qū)位碼順序排列。通過pc機(jī)和單片機(jī)的串口通信將漢字的機(jī)內(nèi)碼傳送到單片機(jī)的接受緩存中，再根據(jù)機(jī)內(nèi)碼與區(qū)位碼的函數(shù)關(guān)系，求出漢字的區(qū)碼和位碼。設(shè)漢字機(jī)內(nèi)碼的高低兩字節(jié)的十六進(jìn)制值分別為gb_h和gb_l，區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼分別為qm和wm，則求區(qū)碼和位碼的算式為：qm=gb_h-0xa0 （1）wm=gb_l-0xa0 （2）(1)式和(2

17、)式中的qm 和wm 分別是區(qū)碼和位碼的十六進(jìn)制值，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要予以注意。最后用下式求出每個(gè)漢字點(diǎn)陣在文件中的首地址dz：dz=(qmd-1)9432+(wmd-1)32 （3）上式是漢字點(diǎn)陣在文件中的首地址的十進(jìn)制表達(dá)式，qmd 和wmd 分別是區(qū)碼和位碼的十進(jìn)制值。字模的長度則是由顯示所用的點(diǎn)陣決定的, 以常用的1616 點(diǎn)陣字模為例, 一個(gè)漢字字模要1616 /8=32 個(gè)字節(jié)。因此從字模的開始依次讀取32 個(gè)字節(jié)就可以得到該漢字1616 的字模( 行字模) 。5.3 漢字的固定顯示以及左移和上移的實(shí)現(xiàn)漢字的顯示信息保存在顯存中，該顯存是由一個(gè)2k的ram實(shí)現(xiàn)的，ram具有讀寫速度快的

18、優(yōu)點(diǎn)，但是斷電后存儲(chǔ)信息丟失。在本設(shè)計(jì)中顯示屏為64x128點(diǎn)陣，一共可以顯示32個(gè)漢字，每個(gè)漢字的點(diǎn)陣信息為32字節(jié)，因此最小需要32x32字節(jié)=1k的存儲(chǔ)空間，2k的ram完全夠用。我們以16x32點(diǎn)陣顯示漢字a和漢字b為例，見圖-10。在顯存中這兩個(gè)漢字一共占據(jù)64字節(jié)的連續(xù)空間（縱向取模）。下面我將分別介紹三種顯示方式的顯示原理。a0 a1a2a3 a4a5漢字a（32字節(jié)） 漢字b（32字節(jié)） 圖-10 漢字存儲(chǔ)格式列掃描信號(hào)a字2字節(jié)數(shù)據(jù)b字2字節(jié)數(shù)據(jù)圖-11 點(diǎn)陣顯示漢字模型5.3.1 固定顯示方式首先定義一個(gè)指向第一個(gè)顯示的漢字的指針*p,在該例中指向圖-10中的a0位置,在固

19、定顯示方式中該指針不變；再定義一個(gè)指向顯示數(shù)據(jù)的指針*q,該指針首先被賦值為p，即指向第一個(gè)顯示的漢字的首地址，即a0.在列掃描信號(hào)位于第一行時(shí)，q指針指向a0,當(dāng)輸出了漢字a的第一列數(shù)據(jù)后指針p向后移動(dòng)2個(gè)字節(jié)，然后輸出第二列數(shù)據(jù)，依次輸出完64字節(jié)的數(shù)據(jù)后指針重新指向p，反復(fù)循環(huán)。5.3.2 左移顯示方式同樣定義一個(gè)指向第一個(gè)顯示的漢字的指針*p,在該例中指向圖-10中的a0位置，再定義一個(gè)指向顯示數(shù)據(jù)的指針*q,該指針首先被賦值為p，即指向第一個(gè)顯示的漢字的首地址，即a0.在列掃描信號(hào)位于第一行時(shí)，q指針指向a0,當(dāng)輸出了漢字a的第一列數(shù)據(jù)后指針p向后移動(dòng)2個(gè)字節(jié)，然后輸出第二列數(shù)據(jù)，依

20、次輸出完64字節(jié)的數(shù)據(jù)后，指針p加2，指針q重新指向p，反復(fù)循環(huán)。5.3.3 上移顯示方式該顯示方式中，實(shí)現(xiàn)的效果為2個(gè)漢字同時(shí)上移。為實(shí)現(xiàn)該種顯示方式，需要對(duì)列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果現(xiàn)在已經(jīng)顯示了漢字a和b，如果接著輸出的漢字為c和d，則將漢字c和d的列數(shù)據(jù)分別向上移一位，這樣便實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的整體上移，見圖-12。a字2字節(jié)數(shù)據(jù)b字2字節(jié)數(shù)據(jù)列掃描信號(hào)c字2字節(jié)數(shù)據(jù)向上移位d字2字節(jié)數(shù)據(jù)圖-12 漢字移動(dòng)示意圖6 工藝設(shè)計(jì)6.1 接口設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中涉及到的電路板有單片機(jī)最小系統(tǒng)板、外圍器件、顯示模塊,為了美觀接口均設(shè)計(jì)成機(jī)械式接口。6.2 顯示模塊可擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)為了可以達(dá)到無限擴(kuò)展，我們將64x12

21、8 led顯示屏分成16塊，每一塊由16x32點(diǎn)陣構(gòu)成，見圖-14。該設(shè)計(jì)使得pcb制作過程變得容易，而且使得拼接任意大小的矩形顯示屏成為可能，只需改動(dòng)軟件少許即可。2從本設(shè)計(jì)可以看出，第一塊和第二塊的行信號(hào)是并聯(lián)的（數(shù)據(jù)同步更新），列信號(hào)時(shí)串聯(lián)的（列選信號(hào)向右傳遞）；第一塊和第三塊的行信號(hào)是串聯(lián)的（數(shù)據(jù)向下傳遞），列信號(hào)時(shí)并聯(lián)的（列選信號(hào)同步更新），第三塊和第四塊的信號(hào)連接情況同第一塊和第二塊的信號(hào)連接。516x16 led74hc59574hc59516x16 led74hc59574hc59516x16 led74hc59574hc59516x16 led74hc59574hc595數(shù)據(jù)信號(hào)掃描信號(hào)圖-14 系統(tǒng)擴(kuò)展示意圖7 總結(jié)本文的點(diǎn)陣l e d 顯示系統(tǒng)以單片機(jī)at89s52為基礎(chǔ)，加以外圍電路，利用rs-232 接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信，可實(shí)現(xiàn)漢字、數(shù)字及各種字符的多種方式的顯示。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，本顯示屏作為信息顯示屏，工作穩(wěn)定，字符清晰，字體美觀，亮度適中，根據(jù)需要可選擇多種顯示字幕效果，并具有分布靈活、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。致 謝在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，特別感謝危立輝老師和陳錕老師的指導(dǎo)，以及給我提供幫助的同學(xué)，從他們的建議中我受益匪淺。在這個(gè)