广告灯自动控制系统的设计毕业设计.doc

大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文） 广告灯自动控制系统的设计 广告灯自动控制系统 i 摘摘 要要 伴随当今高度发展的信息时代，涉及半导体技术光电器件、电 子电路、集成电路、信息传输、图像信息处理、计算机网络以 及电子产品制造和电子产品安装工程等相关技术的 led 显示屏 在信息领域显得尤为活跃，在各个行业的应用和普及方面也取 得了很大的进步。从 led 材料的不断更新，灰度控制技术的发 展，真彩色图像的展现；到驱动电路的灵活、高效，控制系统 技术的提高无不体现了 led 行业技术的飞跃发展。另外，随着 计算机网络技术的发展，led 显示屏在网络环境下的使用情况越 来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采 用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。 本设计使用 at89c51 系列高速单片机作为主控制模块，利用简 单的外围电路来驱动 1616 的点阵 led 显示屏。利用 at89c51 系列高速单片机本身强大的功能，可以很方便的实现单片机与 pc 机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容 的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、 银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。 本 led 显示屏能够以动态扫描的方式同时显示 1 个 1616 点阵汉字， 并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内 码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本 led 显示系统能 掉电存储 1024 个字符。本文从 led 的显示原理入手，详细阐述 了 led 动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的 算法。 【关键词】 动态显示；单片机；点阵 广告灯自动控制系统 ii abstract with the high development of communication in our society, led large screen include so many kinds of technique such as semiconductor technology, electrocircuit, integrate circuit, image manipulation, information transfers, computer network and electronic manufacture technology and engineering has become more and more active in the information field, and also make a great progress with application and populaziration in every walk of life. from the development of the material of led, the technique of ash-degree control, the clearly multicolor images displaying to the active and high efficient drive electrocircuit, also the improving skill of control system are all incarnate the great progress of the led-industry. in addition , with the development of network led large screen is more and more in used , intelligentize net control and net-join control technology are also used in practice under the multimedia and information display system composed with multi-device environment. this design uses 89c51 series mcu as a main controller, and depends on a simple external circuit to drive 1616 the lattice led display. by using its own powerful functions and capacity of internal e2prom, it is easy to accomplish the mcu and pc and e2prom for internal storage, data transmission equipment ,and it also can be used conveniently to show a variety of content changes. the other dot matrix display is widely used in hospitals, airports, banks and other public places. therefore, the design has a strong practical application. the led display dynamic scan can show the way at the same time one 16 16 dot matrix chinese characters, and pc software can modify the content and effect shows, and so on. this article from the start led display principle, elaborated on the led display dynamic process, as well as hardware circuit design, computing and software algorithms. key words: mcu；serial data transfer；lattice 广告灯自动控制系统 iii 目录 摘 要i abstractii 第一章 绪论1 1.1 led 显示屏的设计背景 .2 1.2 led 显示屏的设计依据 .2 第二章 系统设计方案2 2.1 方案选定.2 第三章 硬件设计3 3.1 设计框图及介绍 .3 3.2 51 系列单片机简介4 3.3 单片机最小应用系统电路设计 7 3.4 led 点阵介绍.8 3.5 led 显示方式.9 3.6 点阵的移动 .13 3.7 led 阵列驱动电路 18 第四章 软件设计.20 4.1 单片机延时子程序 20 4.2 点阵左移显示的流程图及分析 22 4.3 proteus 仿真 25 4.4 调试25 结束语25 致谢26 参考文献27 附录28 附录 a 程序代码 .28 广告灯自动控制系统 iv 附录 b主要芯片介绍 30 附录 c仿真电路图 35 广告灯自动控制系统 1 第一章第一章 绪论绪论 随着科技技术的不断发展，单片机以极其高的性价比受到 人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点 是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低 廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。led 显示屏分为图文 显示屏和视频显示屏，均由 led 矩阵块组成。图文显示屏可与 计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型 计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信 息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、 电视、vcd 节目以及现场实况。led 显示屏显示画面色彩鲜艳， 立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、 商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。 led 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可 以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、 液晶显示屏无法比拟的优点。 led 之所以受到广泛重视而得到 迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括 起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐 冲击和性能稳定。led 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮 度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可 靠性、全色化方向发展。现代 led 的发展很快，很多研究领域 非常已经深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我 们在校学生的能力范围，所以在此只是简单的研究一下用单片 机驱动的 led 显示移动的汉字。目的有三：一是亲手制作一个 简单实用的显示文字的 led 点阵；二是通过制作 led 点阵增强 对 led 点阵的了解和应用，以及复习巩固单片机知识；三是通 过团队合作，增强团队合作的意识，为以后走向社会工作打下 基础，并且增强了同学之间的友谊。 为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简 单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种 动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运 动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。 产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数 据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如， 按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整 广告灯自动控制系统 2 列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；刷新的时间 控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显 著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几 十毫秒范围之内。本次毕业设计中，由本人寻求林赞扬，洪信 根等同学的帮助，我负责硬件部分电路图的设计和软件部分程 序的设计和调试，目的是应用简单方便的电路连接和程序完成 汉字的换色与移动。洪信根负责用设计好的点阵电路制作 pcb 电路板，包括完成 pcb 板的制作，林赞扬负责制作另外一块在 面包板上连的点阵线连板子的焊接与调试，各人的分工不同只 是工作侧重点的不同，大家是在一起互相学习互相帮助，共同 完成设计任务。 1.11.1 ledled 显示屏的设计背景显示屏的设计背景 随着科学技术的发展，社会不断的进步，电子事业也有着突飞猛进 的改革。人们对公共传媒质量的要求越来越高。随着近几年来 led 字符 显示器的推出和不断完善，它的应用范围正在扩大，应用效果十分显著。 不难看出，这一电子信息技术发展的新成果，在宣传、政治思想教育、 广告娱乐等方面的应用日益突出。 由于大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用 复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并 能够实现智能化。 1.21.2 ledled 显示屏的设计依据显示屏的设计依据 根据 led 显示屏设计的基本原理，结合其设计要求：“1.显示汉字； 2.可以移动；3.可循环显示。”由此设想出以下解决方案由 at89c52 单片 机最小系统、控制部分、显示部分组成。进行汉字的显示，再进一步进 行右移。 广告灯自动控制系统 3 第二章第二章 系统设计方案系统设计方案 2.12.1 方案选定方案选定 本文主要讲述的是“led 点阵字符显示电路” ，本课题的实 现主要有两种方案。 方案一：由数字电路来实现，由移位寄存器与锁存器对字 符数据进行存储，然后并行输入到显示屏，来实现汉字的显示。 方案二：由单片机编程控制来实现，方案利用单片机控制 锁存器和译码器，由锁存器和译码器送出行选和列选来控制 led 屏的亮灭，从而显示汉字。 方案论证：不难看出，选用数字电路来实现比较复杂。因 为用数字电路实现必须要有移位寄存器与锁存器对字符数据进 行存储，然后并行输入到显示屏，不但如此，而且需要很大一 部分的扩展电路才能实现。用数字电路实现不但大大提高成本， 而且设计出的电路的灵活性差、不易调试、成本高等缺点。方 案二不仅能够改进方案一设计的不灵活，还可进行扩展。通过 比较，从设计方案的优点及所设计的方便实用性，选择第二种 设计方案。 本文是基于单片机来实现的。由于单片机具有体积小、重 量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点， 因而在国民经济建设、军事及家用电器等不同领域起到了举足 轻重的作用。用单片机汇编语言编程，来控制 16*16 led 点阵 块进行显示相应的汉字、图形、图像等。使用汇编来开发系统 会更加方便快捷。一方面不会降低对硬件的控制能力，另一方 面也不会使代码长度增加多少。如果运用的好的话，就能够开 发出非常高效的系统。并且非常易于维护。 广告灯自动控制系统 4 第三章第三章 硬件设计硬件设计 3.13.1 设计框图及介绍设计框图及介绍 led 点阵总体框图如图 3.1 所示，点阵电路大体上可以分成 微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。控制 电路部分包括一个 51cup 和一些外围电路。在整个电路当中此 控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相 应的程序的运行、与 pc 机的串行通讯、以及给屏体电路部分发 送命令。点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。由 于两部分的电路在制板时可以放到一起，所以可以将其字库放 到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据 和命令的传送。 此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动 器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选 通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描(把该行与 电源的一端接通)。另一方而，根据各列锁存的数据，确定相应 的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在 该行该列点燃相应的 led；未接通的列所对应的 led 熄灭。 图 3.1 点阵显示的总体框图 广告灯自动控制系统 5 3.23.2 5151 系列单片机简介系列单片机简介 单片机（microcontroller，又称微处理器）是在一块硅片 上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器 cpu、数 据存储器 ram、程序存储器 rom、定时器/计数器和多种 i/o 接 口电路。 8051 单片机的基本结构见图 3.2。 图 3.2 8051 单片机的基本结构 8051 是 mcs-51 系列单片机的一个产品。mcs-51 系列单片 机是 intel 公司推出的通用型单片机，8051 单片机系列指的是 mcs-51 系列和其他公司的 8051 衍生产品。这些衍生品是在基本 型基础上增强了各种功能的产品。这些产品给 8 位单片机注入 了新的活力，给它的开发应用开拓了更广泛的前景。 8051 系列的内部结构可以划分为 cpu、存储器、并行口、 串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。 （1）中央处理器 8051 的中央处理器由运算器和控制逻辑构成，其中包括若 干特殊功能寄存器（sfr） 。 算术逻辑单元 alu 能对数据进行加、减、乘、除等算术运 算；“与” 、 “或” 、 “异或”等逻辑运算以及位操作运算。 alu 只能进行运算，运算的操作数可以事先存放到累加器 acc 或寄存器 tmp 中，运算结果可以送回 acc 或通用寄存器或存 储单元中，累加器 acc 也可以写为 a。b 寄存器在乘法指令中用 广告灯自动控制系统 6 来存放一个乘数，在除法指令中用来存放除数，运算后 b 中为 部分运算结果。 程序状态字 psw 是个 8 位寄存器，用来寄存本次运算的特 征信息，用到其中七位。psw 的格式如下所示，其各位的含义是： cy：进位标志。有进位/错位时 cy=1，否则 cy=0。 ac：半进位标志。当 d3 位向 d4 位产生进位/错位时， ac=1，否则 ac=0，常用于十进制调整运算中。 f0：用户可设定的标志位，可置位/复位，也可供测试。 rs1、rs0：四个通用寄存器组选择位，该两位的四种组合 状态用来选择 03 寄存器组。 。 ov：溢出标志。当带符号数运算结果超出-128+127 范围时 ov=1，否则 ov=0。当无符号数乘法结果超过 255 时，或当无符 号数除法的除数为 0 时 ov=1，否则 ov=0。 p：奇偶校验标志。每条指令执行完，若 a 中 1 的个数为奇 数时 p=1，否则 p=0，即偶校验方式。 控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器 、译码器 以及地址指针 dptr 和程序寄存器 pc 等。 单片机是程序控制式计算机，即它的运行过程是在程序控 制下逐条执行程序指令的过程：从程序存储器中取出指令送指 令存储器 ir，然后指令译码器 id 进行译码，译码产生一系列符 合定时要求的微操作信号，用以控制单片机的各部分动作。 8051 的控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、 数据运算等操作，并对单片机发出若干控制信息。这些控制信 息的使用专门的控制线，诸如 psen、ale、ea 以及 rst，也有一 些是和 p3 口的某些端子合用，如 wr 和 rd 就是 p3.6 和 p3.7， 他们的具体功能在介绍 8051 引脚是一起叙述。 （2）存储器组织 8051 单片机的存储器结构特点之一是将程序存储器和数据 存储器分开，并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构称为 哈佛结构单片机。这种结构与通用微机的存储器结构不同，一 般微机只有一个存储器逻辑空间，可随意安排 rom 或 ram，访存 时用同一种指令，这种结构称为普林斯顿型。 8051 单片机在物理上有四个存储空间：片内程序存储器和 片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。 广告灯自动控制系统 7 8051 片内有 256k 数据存储器 ram 和 4kb 的程序存储器 rom。除此之外，还可以在片外扩展 ram 和 rom，并且各有 64kb 的寻址范围。也就是最多可以在外部扩展 2*64kb 存储器。 8051 的存储器组织结构如图 3.3 所示。 图 3.3 8051 存储器组织结构 64k 字节的程序存储器（rom）空间中，有 4k 字节地址区对 于片内 rom 和片外 rom 是公用的，这 4k 字节地址是 0000hfffh。而 1000hffffh 地址区为外部 rom 专用。cpu 的控 制器专门提供一个控制信号 ea 用来区分内部 rom 和外部 rom 的 公用地址区：当 ea 接高电平时，单片机从片内 rom 的 4k 字节 存储器区取指令，而当指令地址超过 0fffh 后，就自动的转向 片外 rom 取指令。当 ea 接低电平时，cpu 只从片外 rom 取指令。 程序存储器的某些单元是保留给系统使用的：0000h0002h 单元是所有执行程序的入口地址，复位以后，cpu 总是丛 0000h 单元开始执行程序。0003h002ah 单元均匀地分为五段，用做五 个中断服务程序的入口。用户程序不应进入上述区域。 8051 的 ram 虽然字节数不很多，但却起着十分重要的作用。 256 个字节被分为两个区域：00h7fh 时真正的 ram 区，可以读 写各种数据。而 80hffh 是专门用于特殊功能寄存器（sfr）的 区域。对于 8051 安排了 21 个特殊功能寄存器，每个寄存器为 8 位，所以实际上 128 个字节并没有全部利用。 内部 ram 的各个单元，都可以通过直接地址来寻找，对于 工作寄存器，则一般都直接用 r0r7，对特殊功能寄存器，也是 直接使用其名字较为方便。8051 内部特殊功能寄存器都是可以 位寻址的，并可用“寄存器名.位”来表示，如 acc.0，b.7 等。 广告灯自动控制系统 8 3.33.3 单片机最小应用系统电路设计单片机最小应用系统电路设计 c1 30p c2 30p y1 12m r1 r3 10k c3 10u s1vcc p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 s2 s3 s4 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 reset 9 p30/rxd 10 p31/txd 11 p32 12 p33 13 p34 14 p35 15 p36 16 p37 17 x2 18 x1 19 vss 20 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 ea 31 p07 32 p06 33 p05 34 p04 35 p03 36 p02 37 p01 38 p00 39 vcc 40 u1 at89c51 vcc p2.7 p2.6 p2.5 p2.4 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 p2.0 p2.1 p2.2 vcc 4.7k*4 图 3.4 单片机最小应用系统原理图 注: 该最小系统由按键复位 reset 电路、晶体振荡电路以及 i/o 接口电路组成。 复位的实现通常用 2 种方式: 开机上电复位和外部手动复 位，本设计用的是外部手动复位。电路图 3.5 如下： 图 3.5 单片机复位图 at89c51 工作电压 vcc=5v,其 ea 引脚需接高电平,5v 电源电路如 图 3.6 所示。 广告灯自动控制系统 9 t1 ac 1 v+ 2 ac 3 v- 4 d6 c4 100u/16v c6 100u/16v vcc vin 1 gnd 3 +5v 2 u2 7805c5 104 c7 104 图 3.6 单片机电源原理图 注: 该电源电路主要模块为 ic7805,它能输出稳定的 5v 电源, 图中整流桥是将市电转变为直流电,电容起到虑波作用由 7805 的 out 引脚输出 5v 电压。6 3.43.4 ledled 点阵介绍点阵介绍 88 单色点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个二极管 是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示 屏的制作，制作的是点阵。考虑到元器件的易购性，使用 88 的点阵发光二极管模块，组成了 16 行 16 列的发光点阵。实际 使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字数。 下面的 88 单色点阵和 88 双色点阵可以看出，其实 88 双色点阵就是两块 88 单色点阵组合在一起的。要实现用 两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。 88 单色和双色点阵 led 结构分别如下图 3.8 和 3.9 所示。 图 3.7 88 点阵外观及引脚图 广告灯自动控制系统 10 图 3.8 88 单色点阵内部图 图 3.9 88 双色点阵内部图 3.5 led 显示方式显示方式7 汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、 银行、医院及户外广告等地方都有广泛的应用。下面是简单的 汉字显示屏的制作，由单片机控制汉字的显示内容。为了降低 成本，使用了四块 88 的 led 点阵发光管的模块，组成了一个 1616 的 led 点阵显示屏，如图 1.10 所示。在这里仅做了四个 汉字的显示，在实际的使用中可以根据这个原理自行的扩展显 示的汉字，下面是介绍汉字显示的原理。 图 3.10 四块 88 的 led 点阵组成 1616 的 led 点阵 led 驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流 点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列 驱动器。以 1616 点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连 在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法） ， 广告灯自动控制系统 11 先送出对应第 1 行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1 行 使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第 2 行的数据并锁存， 然后选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；.第 16 行 之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。当这样轮回的速度足够 快（每秒 24 次以上） ，由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显 示屏上稳定的图形。该方法能驱动较多的 led，控制方式较灵活， 而且节省单片机的资源。 显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以只用一 根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑 是十分经济的。但串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地 输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后， 这一行的各列才能并行地进行显示。对于串行传输方式来说， 列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留 给行显示的时间就太少了，以致影响到 led 的亮度。 采用串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾，可 以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送 下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就 需要有锁存功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出 的移位功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行 显示时，串行移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会 影响本行的显示。 led 点阵显示模块进行的方法有两种： （1）水平方向（x 方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称 列扫描方式）：此时用一个 p 口输出列码决定哪一列能亮（相 当于位码） ，用另一个 p 口输出行码（列数据） ，决定该行上那 哪个 led 亮（相当于段码） 。能亮的列从左到右扫描完 16 列 （相当于位码循环移动 16 次）即显示出一个完整的图像。 （2）竖直方向（y 方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行 扫描方式）：此时用一个 p 口输出决定哪一行能亮（相当于位 码） ，另一个 p 口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵 旋转 90 度的数据）决定该行上哪些 led 灯亮（相当于段码） 。 能亮的行从上向下扫描完 16 行（相当于位码循环移位 16 次） 即显示一帧完整的图像。 本设计应用的是第一种的扫描方法，即水平方向（x 方向） 扫描。 每一个字由 16 行 16 列的点阵形成显示，即每个字均由 256 个点阵来表示，我们可以把每一个点理解为一个像素。一般我 们使用的 1616 的点阵宋体字库，即所谓的 1616，是每一个 广告灯自动控制系统 12 汉字在纵横各 16 点的区域内显示的。汉字库从该位置起的 32 字节信息记录了该字的字模信息。事实上这个汉字屏不仅可以 显示汉字，也可以显示在 256 像素范围内的任何图形。 我们以水平方向（x 方向）扫描显示汉字的“江”为例来说 明其扫描原理，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示，如图 下的，如果用 8 位的 at89s51 的单片机来控制，由于单片机的 总线为 8 位，一个字需要拆分成两个部分。一般我们把它分解 成上部分和下部分，上部分由 8*16 的点阵组成，下部分也由 8*16 的点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一 列的部分，即第 0 列的 p00p07 口。方向为 p00 到 p07，显示汉 字“江”的时候，p00 到 p04 都是灭的，p05 亮，即二进制 00001000，转换为 16 进制为 08h，如图 1.11 所示。 上半部分第一列完成之后，继续扫描下半部分的第一列， 为了接线的方便，我们仍设计成由上往下的扫描方式，即从 p27 向 p20 方向扫描，从上图可以看到，这一列所有的都不亮，所 以代码为 00000000，16 进制为 00h，然后单片机转向上半部的 第二列，除了 p05 亮，其他的都不亮，即为 00000100，16 进制 为 04h，这一列扫描完成之后继续进行下半部分的扫描，除了 p21 亮，其他的为不亮，为二进制 00100000，即 16 进制 20h。 按照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描 32 个 8 位， 可以得出汉字“城”的扫描代码为 ： db 08h,20h,08h,30h,0ffh,0e0h,08h,42h,08h,4ch,1fh,0f0h,12h, 10h,12h,1ah; db 13h,0f2h,10h,04h,0ffh,0c8h,10h,30h,50h,0cch,37h,02h,12h,1 ch,00h,00h;“城“ 广告灯自动控制系统 13 图 3.11 点阵显示原理图 由这个原理可以看到，无论显示何种字体或图像，都可以 用这种方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。了解汉 字的显示原理之后，那如何得到汉字的字模信息呢？现在有一 些现成的汉字字模生成软件，可从网上下载汉字字库提取程序 直接提取字库，如图 1.12 所示的为一种字模生成软件，软件打 开后输入汉字，点击“检取”后，十六进制数据汉字代码即可 以自动生成，把我们需要的竖排数据复制到我们的程序即可 图 3.12 汉字字模生成软件 广告灯自动控制系统 14 3.63.6 点阵的移动点阵的移动 以下以 1616 点阵为例介绍点阵的移动。要显示一个字符， 该字符的点阵数据可以列向（纵向）16 点组字，又可以行向 （横向）16 点组字。无论哪一种组字方法，都既可以显示字符 的水平方向的移动，又可以显示竖直方向的移动。 1显示字符的左右移动 (1)列扫描方式左移动：列向组字显示字符水平方向的移动 （左滚动） 在这里有两个方法： 方法 1：延长数组法。将原来字符点阵数组的 16 个数据重 复一遍延长，点阵数组的数据个数为 32 个。每扫描仪帧取 8 个 数据显示，下一帧取数要在数组中后移一个数取数。循环一遍 扫 16 帧。可以假想有两块 1616 的点阵模块（共 32 帧）水平 平行排列，用一个恰好能罩住 8 列点阵的中空方框去罩这个点 阵，第 1（第 1 帧）罩住最左边数起第一列开始的 16 列，就扫 描显示这 16 列；第 2 次（第 2 帧）使方框右移一列，罩住做左 边数起第 2 列开始的 16 列，就扫描显示这 16 列； ；这样每扫描完一帧使方框右移一列，最后第 16 次（第 16 帧）时，罩住左边数起的第 16 列开始的 16 列，就扫 描显示这 16 列。如此完成 16 帧画面的扫描显示，也就完成了 整个一次移动循环扫描、之后反复循环，即可呈现显示字符沿 水平向左移动的图像，如图 1.13 所示。 图 3.13 方框图法左右移动示意图 因为是列向组字（列扫描方式，点阵数据为行码，上边为地 位下面为高位） ，希望显示移动的一个字符，第 1 次扫描从行码 的点阵数组中取第 116 个数据，送行码输出口，对应于这 8 个 数据，同时用列码输出口输出列码，分别控制第 116 列。扫描 完前 16 个数据之后，第 2 次扫描从点阵数组中取第 214 个数 广告灯自动控制系统 15 据 图 3.13 字形法左右移动示意图 （第 17 个数据与地 1 个数据同） ，送行码输出口，对应于这 16 个数据，同时用列码输出口输出列码，仍分别控制扫地 116 列。 第 3 次扫描从点阵数组中取第 318 个数据（第 18 个数据码与 地 2 个数据码相同）扫描；如此实现字符向左移 动。 以上完成一个图形移动的方法，也可以看成是移动 16 个不 同的字形。如图 2.13 所示，首先扫描第一个字型，同样是 16 行，16 次扫描，16 次显示；完成一个字型的扫描以后，再扫描 第二个字型；完成第二个字型的扫描之后，再扫描第三个字 型依此类推，即可产生该文字的左移的感觉。 假设如果原本某个汉字的字型（第一个字型） ，其编码为： 00h,10h,20h,30h,40h,50h,60h,70h,80h,90h,0a0h,0b0h,0c0h, 0d0h0e0h,0f0h； 第二个字型的编码为： 10h,20h,30h,40h,50h,60h,70h,80h,90h,0a0h,0b0h,0c0h,0d0h 0e0h,0f0h, 00h, 也就是把第一个字型的编码中，第 1 行显示数据，变为第 2 行 显示数据；第 2 行显示数据，变成第 3 行显示数据；第 3 行显 广告灯自动控制系统 16 示数据，变成第 4 行显示数据；第 4 行显示数据，变成第 5 行 显示数据以此类推。 当第一个字型扫描显示完成之后，就进行这样的动作调整， 以产生第二个字型的编码。同样的，当第二个字型扫描完成之 后，就进行这样的调整动作，以产生第三个字型的编码。这个 调整动作时先将 16 个编码根据序填入存储器，例如第 1 行编码 存入 20h,第二行编码存入 21h要进行左移调整时， 则先将 20h 地址的数据转移到 36h 地址，再将 21 h 地址的数据 转移到 20 h 地址，将 22 h 地址的数据转移到 21 h 地址，将 23 h 地址的数据转移到 22 h 地址，将 24 h 地址的数据转移到 23 h 地址，将 25 h 地址的数据转移到 24 h 地址，将 26 h 地址的 数据转移到 25 h 地址，将 27 h 地址的数据转移到 26 h 地址， 将 28 h 地址的数据转移到 27h 地址 方法 2：数组数据“循环左移法” （适合用 c 语言编写， 在此仅作了解） 。注意，不是把二进制数据按位循环左移，而是 把数组中的数据按其在数组中的位置循环左移。具体的方法入 下。 原字符点阵数组中的 16 个数据不延长，但下一帧取的 16 个数据，是把上一帧的 16 个数据的位置（先后顺序） “循环左 移”一次，即原来第 2 个移到第 1 个，原来第 3 个移到第 2 个原来第 1 个移到第 16 个。实现数组数据循环左 移的方法有：第一，遍一个“数组数据循环左移子程序” ，该子 程序每执行一次可把数组中的额数据循环左移一次，主程序中 先调用一次该子程序，时数组中的数据循环左移这一次，然后 再从数组中取数据显示。当数组中的额数据个数较多时，片内 ram 将不够大，必须将数组定义在片外 ram 中。第二，不用子程 序，而是用变量判断控制实现数组数据的循环左移。 (2) 行扫描方式左移：行向组字显示字符水平方向的左移。如 果是行向组字（行扫描方式，点阵数据为列码，左边为敌位右 边为高位） ，希望显示向左移动的一个字符，第 1 次扫描从列码 的点阵数组中取第 116 个数据，送到列码输出口，对应的 8 个 数据，同时用行码输出口输出行码，分别控制扫描第 116 行。 扫描完成这 16 个数据之后，第 2 次扫描的第 16 个数据，应将 原来第 1 次扫描的 16 列码每一个都循环右移一位（如果是显示 右移则应循环左移） ，再进行扫描。如此，每进行下一次扫描， 把上一次扫描的 16 个列码都循环右移一位，再进行扫描。 数据的右移与数据的左移相似，只是取码的顺序相反而已， 在此就不再赘述。 广告灯自动控制系统 17 2数据的上下移动 (1)列扫描方式向上移动 列向组字显示字符竖直方向的移动。若是列向组字，希望 显示向上移动一个字符，第 1 次扫描从行码的点阵数组中取第 116 个数据，送行码输出口，对应于这 16 个数据，同时用列码 输出口输出列码，分别控制扫描第 116 列。由于是列向组字 （上高下低） ，扫描完成这 16 个数据后，第 2 次扫描的 16 个数 据，应将原来的第 1 次扫描的 16 个行码每一个都循环右移一位， 使显示的点都上移一行（如果是显示向下滚动则应循环左移） ， 再进行扫描。如此，每进行下一次的扫描，把上一次的 16 个行 码都循环右移一位，再进行扫描就实现了数据的向上移动。 也可以用字型的方法容易理解，以下的 1616 的 led 显示 一个字是 8 个字型，首先扫描的而是第一个字型，同样是 16 行， 16 列扫描，16 次显示；完成一个字型后，再扫描第二个字型； 完成第二个字型后，再扫描第三个字型以此类推， 即可产生该文字向上移动的感觉 当把第一个字型编码中，每行显示的数据都右移一位，以 产生第二个字型编码，即可产生字符向上滚动的感觉。 当第一个字符扫描完成后，就进行这样的调整动作，以产 生第二个字型的编码。同样的，当第二个字型完成之后，就进 行这样的调整动作，以产生第三个字型的编码。调整的动作是 先将 8 个编码根据序填入储存器， 图 3.15 字形法上下移动示意图 例如第 1 行编码存入 20 地址，第 2 行编码存入 21 地 址要进行上移调整时，则从 20 地址数据开始，每 笔数据都右移一位即可。 上图 2.15 仅以字型移动的方法画图。 广告灯自动控制系统 18 (2)行扫描方式上下移动 行向组字显示字符竖直方向的移动 方法 1：延长数组法。如果是行向组字，希望显示向上移动 的一个字符，第 1 次扫描从列码的点阵数组中取第 116 个数据， 送列码输出口，对应于这 8 个数据，同时用行码输出口输出行 码，分别控制扫描第 116 行。第 2 次扫描从点阵数组中取第 217 个额数据（第 17 个数据与地 1 个数据同） ，分别送列码输 出口，对应于这 16 个数据，同时用行码输出口输出行码，仍分 别控制地 116 行。第 3 次扫描从点阵数组中取第 318 个数据 （第 18 个数据与地 2 个数据同）扫描；如此就实 现了字符的向上移动。 方法 2：数组数据“循环左移法” 。实现数组数据循环左移 的方法与上类似。也有：用数组数据循环左移子程序；不用子 程序，而是用变量判断控制实现数组数据的循环左移。 3.73.7 ledled 阵列驱动电路阵列驱动电路 正向点亮一颗 led，至少也得 10 到 20 毫安，若电流不够大， 则 led 不够亮！而不管是 8051 的输入还是输出端其高态输出电 广告灯自动控制系统 19 流都不是很高，不过 12 毫安而已。因此，很难直接高态驱动 led。这时候就需要额外的驱动电路，分别针对共阳极和共阴极 led 阵列，有两种不同的驱动方式。针对输出态的不同，分为： 高态扫描-高态显示，高态扫描-低态显示，低态扫描-高态显示 和低态扫描-低态显示四种方式。下面针对设计中实际用到的一 种驱动方式介绍一种：共阴型低态扫描-低态显示信号驱动电路。 图 2.17 所示是针对共阴性 led 阵列而设计的驱动电路，在 这种驱动电路采用低态扫描，也就是任何时间只有一个高态信 号，其他则为低态。一行扫描完成之后，再把高态信号转到临 近的其他行。扫描信号经限流电阻接到 pnp 晶体管的基极，晶 体管的集电极接地，射极则连至 led 点阵的列引脚，若要同时 点亮该列的 16 个 led，则晶体管的电流必须大于 200 毫安才行。 常用的 2n3904 之类就可以达到当低态的列扫描信号输入晶体管 的基极后，该晶体管即为正向，而产生电流，即可使该列的 led 具有点亮的条件 所要的显示信号连接到一个 pnp 晶体管的基极，而该晶体 管的射极连接到 vcc，同样的，当低态的显示信号输入时，晶体 管的集电极电流将流入行 led 的阳极，即可点亮该行的 led。如 图 1.17 所示. 图 3.17 共阴型低态扫描-低态显示信号驱动电路 若要并接多个 led 阵列，如连接使用 4 个 88led 阵列， 广告灯自动控制系统 20 连接成 1616led 阵列，则一个扫描信号同时驱动两个 led 阵 列。如在本设计中要显示的字比较大，用一个 88 的点阵无法 显示完整，这就需要用四块 88 的点阵组成一块 1616 的点 阵，这样就可以显示完整的汉字了，若要并联多个 88 的 led 组成 1616 的点阵，则一个扫描信号同时要驱动两行的 led。 如下图 1.18 所示。 图 3.18 1616 的点阵驱动图 这时候就需要靠锁存器（74ls373）将这两组显示信号锁住， 此处的锁存器是以低态输出的，其输出的电压可达 24 毫安，足 以驱动一个 led；若嫌不足，可以选用 74a373 其输出的电压可 达 48 毫安，当 74ls373 得 g 脚为高态时，数据可以从输入端传 输到锁存器中；g 脚为低态时，数据被锁住，不会随输入端而变。 另外 oc 脚为输出控制引脚，当 oc 脚为高态时，输出呈现高阻 抗；oc 为低态时，数据会由锁存器输出。 在这个电路之中驱动的扫描信号总共有 16 条，如果直接由 8051 输出，将占用 2 个 port 口，浪费了宝贵的资源，不太理想， 在此使用的是一个 4 对 16 的译码器 （74ls154）,这个译码器 是将输入的 16 进位码解码输出低态的扫描信号。输出的低态扫 描信号可直接接到 pnp 晶体管的基极，如果太大的话也可以先 经过限流电阻再接到 pnp 晶体管的基极，信号最后经过晶体管 的放大后即可推动 16 个 led 点阵了。 广告灯自动控制系统 21 第四章第四章 软件设计软件设计 4.14.1 单片机延时