基于单片机滚动字幕设计

1、 基于滚动字幕设计专业：电子信息科学与技术班级：2006级1班姓名：贺莹沈阳大学毕业设计（论文）目 录引 言31 LED显示屏系统原理61.1 LED器件的工作原理61.2 基于LED显示屏的大屏幕显示系统的组成81.3 简易LED显示屏系统的硬件组成111.4 简易LED系统的软件系统122 系统硬件设计142.1 整体设计分析142.2 处理器选取原理及功能介绍152.3 行驱动电路设计202.4 列驱动电路设计212.5 数据存储器接口设计262.6 串行接口电路273 系统软件设计303.1 上位机系统软件设计303.2 下位机系统软件设计323.3 特效显示程序设计343.4. 汉字

2、提取程序设计384 系统调试404.1 硬件调试404.2 软件调试41结 论44致 谢45参考文献46附录1系统实物图48附录2硬件电路图49附录3 程序代码50摘 要伴随着当今高度发展的信息时代，传统的移动车库门显示屏控制系统已经不能满足人们对信息显示的需要。当今涉及电子电路、集成电路、信息图象处理、信息传输及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，在各行业的应用和普及方面也取的了长足的进步。设计基于AT89S51单片机的简易LED显示屏。该显示屏系统采用PC机加单片机组成的上下位机方式。其中PC机用于更新信息数据，单片机用于控制硬件扫描及显示电路，上下位机之间采用

3、RS-232通信标准。系统软件是由用C+ Builder 编写的上位PC控制及通信软件和C语言编写的显示屏控制软件两部分组成。硬件处理器选用AT89S51。LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面显示屏幕。它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。LED显示屏发展较快，被广泛的用于公交汽车、商店、体育场馆、车站、学校、银行、高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传。本文讲述了基于AT89C51单片机16X64LED汉字点阵滚动显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编写与调试、protel软件等基本环节和相关技术。关键词：单片机；点阵；显示屏；数

4、据；控制；AbstractWith todays highly developed information, traditional mobile garage door screen control system can not meet the needs of the people on the information display. Today LED display which involves electronic circuit, integrated circuit, information, image processing, information transmissio

5、n and electronic products and other related technologies, installation has particularly acted in the field of information in the application and popularization of various industries and also taken great strides. This paper designs a simple LED-based display AT89S51 microcontroller. The display syste

6、m is composed of PC, plus the Upper and Lower MCU mode. PC, which used to update the information data, microcontroller used to control the hardware scan and display circuit, between the upper and lower computer using RS-232 communication standard. System software is written using C + + Builder the u

7、pper PC control and communication software and C language written display control software. Hardware processor selects AT89S51. LED dot matrix display is flat display screen which is use light-emitting diode pixel module or modules. It has high light, long life, flexible configuration, color-rich an

8、d strong adaptability indoor and outdoor environment. LED display develops rapidly so is widely used in public transport vehicles, shops, stadiums, railway stations, schools, banks, highways and other public places, information publishing and advertising. This paper describes the characters such as

9、display principle, the hardware composition and design, programming and debugging, protel softwares basic parts and related technologies which bases on AT89C51 microcontroller 16X64LED scrolling dot-matrix.Keywords: SCM；lattice；screen；data；control引 言电子显示屏是以发光二极管为显示材料，结合计算机控制技术与图像处理技术的高亮度显示设备。发光二极管简称

10、LED（Light Emitting diode），是利用半导体P-N结电致发光原理产生红、绿、蓝等颜色。LED具有高亮度、色彩鲜艳、稳定性好、功耗低、发光效率高、无污染、寿命长等优点。被誉为“照亮未来的技术”的LED，渐渐走近了我们的日常生活，并将推动显示器领域发生一次革命性巨变。LED显示器技术的发展速度超出了专家的预测，作为一个新兴产业，10年内，LED显示器有望达到30亿美元的产值。液晶显示器也将和CRT显示器一样，退出主流舞台！LED电子显示屏作为继电视、广播、报纸、杂志之后的“第五大媒体”，且因为它与电视墙、等离子显示器、磁翻板、霓虹灯等媒介相比具有上述优点，而广泛应用于各类场所。

11、早期的LED只有红色或绿色，因此只有单色或双基色。1993年，日本日亚化学工业株式会社（NICHIA）开发出了蓝色高亮度发光二极管，从此显示屏开始进入全彩色时代。中国LED领域的技术创新仍较薄弱。发光材料制造和发光芯片制造是发展LED产业必须掌握的两大核心技术，但在这方面，国外巨头优势明显。核心专利基本掌握在外国几大公司，如CREE、欧司朗等手中，我国LED外延和芯片制造的关键设备依赖进口，这将成为制约我国半导体照明产业发展的软肋，影响自主品牌的市场竞争力。同时中国LED照明企业仍处于数量多、规模小的状态中，出现了低水平重复建设。总体来说，中国LED产业的发展瓶颈依旧无法回避。核心技术缺乏，标

12、准不够完善，成本偏高是主要发展瓶颈。由于LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。因此，LED显示屏具有非常强大的市场空间和前景，现在国内外很多公司也在大力研发和生产LED显示屏。随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏应用前景更为广阔。LED显示屏产业自90年代以来，在规模迅速发展的同时，产品技术也推陈出新，一直保持了在该领域内比较先进的水平。早在90年代初，国产的LED显示屏就具备了成熟的16级灰度、256色视频控制技术和无线遥控等代表了当时的国际先进水

13、平的技术。近几年，在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无线控制、多级群控技术等方面，国内企业均拥有了居行业先进技术水平的产品。这些产品被广泛应用于交通警车、汽车、车站、码头、体育、广告、银行、证券、商场、邮政电讯、机关单位等领域，另外，大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中

14、将会占有多数份额，具有良好的收益前景。课题研究的目的及意义，本论文以LED大屏幕显示系统设计思路为前提，提出了基于51单片机的LED点阵简易显示屏设计方案。论文详细论述了简易LED显示屏的硬件设计原理，LED显示屏扫描驱动原理，单片机控制电路的软件设计方法，PC上位机控制及通信软件的设计，以及特效显示方式软件的设计方法。其主要目的是设计一款基于51单片机的简易LED显示屏，实现汉字的上、下、左、右和静态显示。通过该课题，可以学习到有关51单片机、LED显示屏、串口通信等知识。了解LED显示屏的行业动态和发展趋势。可以提高动手能力、编程能力、自学能力等，通过具体的毕业设计项目，对大学学习的知识也

15、是一个很好的检验机会。1 LED显示屏系统原理1.1 LED器件的工作原理1.1.1 LED发光二级管的基本原理发光二极管(light emitting diode, LED)，是一种把电能变成光能的特种器件，当电流如图1所示通过它的时候，可以产生可视的光。图1 开启一个LED发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。当系统由不稳定的高能态重回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电压之后，P的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子

16、与空穴相遇后即产生复合，这些少数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。1.1.2 LED器件的驱动从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等，本课题LED器件的驱动为扫描驱动。 （1）脉冲驱动利用人眼的视觉暂留特性，采用向LED器件重复通断供电的方法使之点燃，就是通常所说的脉冲驱动方式。采用这种方

17、式时应该注意两个问题:脉冲电流幅值的确定和重复频率的选择。首先，要想获得与直流驱动方式相当的发光强度，脉冲驱动电流的平均值就应该与直流驱动的电流值相同4。其次是脉冲重复频率的问题，通过视觉暂留特性知道脉冲重复频率必须高于24Hz，否则会产生闪烁现象，脉冲驱动的主要应用于扫描驱动。（2）扫描驱动扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。LED显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制;也可以按列扫描，按行控制。所谓“扫描”的含义，就是指一行一行地循环接通整行的LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该

18、点亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。本课题采用按行扫描按列控制的方式4。一个m行n列结构的LED显示屏，当采用行扫描列控制的驱动方式时，从H1到Hm轮流将高电位接通各行线，使连接到各行的LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制所要完成的工作。1.2 基于LED显示屏的大屏幕显示系统的组成1.2.1 大屏幕LED显示系统的组成 图2 系统基本结构图由图2可看出，该系统是由PC机和多台单片机组成的群显示LED显示系统，PC机在控制中心作为上位机，下位机采用单片机。基于单片机的LED显示屏控制电路是系统的核心，完成对LED显示屏

19、的动态扫描控制，PC机用于后级管理和控制。 PC机与单片机之间采用RS-232C通信标准，由上位机发送信号，各个下位机同时接收。当各个显示屏需要显示不同内容时，可以通过对不同编号的下位机传送不同的显示数据的方法来实现。1.2.2 主要组成部分功能介绍(1) LED显示屏LED显示屏以发光二极管为像素，由LED点阵显示单元拼接而成。最常见的LED点阵显示单元有57，79，88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符。(2) 以单片机为核心的动态扫描电路图3所示以单片机为核心的动态扫描电路是由单片机、显示控制电路、显示驱动电路组成。单片机及相应软件，主要负责存储显示数据、

20、安排控制信号的定时与顺序、和PC机进行通信等。PC机单片机系统列显示数据行描电路行驱动LED显示点阵列驱动通信图3 以单片机为核心的动态扫描电路图根据驱动方式的不同，LED大屏幕显示方式可分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示是指将一幅画面输入以后要保持到下一幅画面的输入。动态扫描是指将画面分为若干部分分别进行刷新，静态显示每一个像素需要一套驱动电路，如果显示屏为nm个像素屏，则需要nm套驱动电路。动态扫描显示则采用多路复用技术，如果是P路复用的话，则每P个象素需一套驱动电路，nm个象素仅需nm/p套驱动电路。另外，对于静态显示方式，需要较多的译码驱动装置，需要的引线也比较多，对于动态扫描显

21、示方式，可以避免以上不足，但是容易造成显示亮度低、屏幕闪烁等问题。在实际的LED大屏幕显示中，很少有采用静态驱动的。 对于以动态扫描方式工作的显示系统，扫描时间的确定较为重要，根据人眼的视觉暂留时间，若每秒显示二十四帧以上，便可得到稳定的显示，取每秒二十五帧，即完成对全屏的一次扫描时间为40ms，那么，只要每次完成对全屏的扫描时间不超过该值，将会得到较为稳定的显示。从理论上讲，显示屏的大小是任意的，但从上面的分析可知，显示屏做得越大，即屏幕的点阵规模越大，往显示屏上所送的数据就越多，数据传输与控制的时间也会增加，即完成一屏扫描的时间也将越长，然而，40ms的时间却是固定的，多于40ms会有闪烁

22、感。在设计显示屏的大小时，该因素是必需考虑的。显示数据通常以字节的形式顺序存放在单片机的存储器中。在行扫描列控制显示时，把显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上，这就存在一个列数传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式，它们各有优缺:数据并行传输的速度比较快，但是随着屏幕的增大，点阵模块数量的增多，线路会越来越复杂;数据串行传输的速度比较慢，但它可以大大简化传输线路，对于大屏幕来说，采用串行传输方式比较合适。 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给列驱动器，与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收

23、新数据，一直到一行的各列数据全部传输到位后，才能并行地进行显示。对于串行传输来说，列数据的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少一些，以至影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据，这就需要列数据的显示具有锁存功能。本行己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。 (3) PC机及运行在PC机上的程序PC机主要用于人机交互，完成对每一个LED显示屏的控制与显示数据传输。应用程序主要完成对显示屏的控制，同时完成对

24、包括图形和中西文字符的显示信息进行编辑处理，将待显示信息通过串行通信传输到指定的LED控制器中。1.3 简易LED显示屏系统的硬件组成本论文根据上节介绍的大屏幕LED显示系统的组成原理，设计了一款简易LED显示屏系统。该系统能方便的显示1664点阵的汉字。其显示内容可以实现上下，左右移动，显示内容和方式可以有用户按要求随时修改。系统总体硬件结构如图4所示，在该系统中系统硬件电路有四部分组成：LED显示屏；基于51单片机的动态扫描电路；PC与单片机的通信电路；汉字字库。AT89S51上位机控制系统RS232接口汉字字库行扫描列驱动点 阵显示屏 图4 系统总体硬件原理框图(1) LED显示屏LED

25、显示屏由LED点阵显示器构成，采用逐行动态扫描的方式工作，逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示汉字信息的信号，反复循环以上操作，就可显示各种文字信息。本设计选用4块88 LED单色（红）组成一个1664的LED显示屏，可以显示一个汉字。采用逐行动态扫描的方式工作。(2) 基于51单片机的动态扫描电路本系统选用AT89S51处理器，该款单片机是ATMEL公司开发制造的，是增强型内载Flash的单片机，芯片上的Flash存储器附在用户的产品中，可随时编程，再编程，使用户的产品设计容易，更新换代方便。51单片机具有较高速的处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现1

26、MIPS的处理能力。51单片机工作电压为2.76.0V，可以实现耗电最优化。51的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域。基于51单片机的动态扫描采用逐行扫描的方式，数据通过51单片机I/O口输出到列数据显示存储器，在根据单片机的驱动能力和LED显示屏的相应电气特性要求，需要在行选通器件、列数据准备器件与LED显示屏之间加上相应的驱动电路。(3) PC与基于51微处理器的通信电路上位机用与在线修改显示信息及对显示的方式进行控制。当需要修改显示的信息时，由PC机向基于51的微处理器系统传送新的显示数据，以刷新FLASH中的原有信息。串行通信

27、采用传统的RS-232C标准方式通信。1.4 简易LED系统的软件系统系统软件由两部分构成：用C+ Builder 编写的上位PC控制及通信软件和利用C语言编写的显示屏控制软件。(1) 上位PC控制及通信软件在此系统中，上位机控制软件用于对显示信息进行控制，用C+ Builder编写。首先设置显示的相关参数，再输入显示内容，最后通过串行口发送给基于51的控制电路中。通信功能利用C+ Builder 提供的第三方通信控件，通过PC串行口发送信息。(2) 显示屏控制软件显示屏控制软件用C语言编写，由主程序和中断服务程序两部分组成。主程序完成必要的初始化工作，并负责进行显示，按要求读出显示数据，同时

28、产生需要的控制信号。中断服务程序用于解决与上位机进行通信的问题。2 系统硬件设计2.1 整体设计分析 为了设计出高性能、高可靠性、可行实用的显示系统，采用以下的设计思想:(1) 在系统总体设计中将贯彻学术性与实用性相结合、先进性与可行性相结合、功能性与经济性相结合的原则，尽量采用成熟的技术和已有的科研积累，在关键难点问题上尝试采用相关学科的最新成果，使系统既具有稳定可靠的运行性能又有一定的技术含量和创新价值。(2) LED显示屏的下位机用的是8位微处理器AT89S51，完成字模数据的接收和LED显示屏的动态扫描显示，在整个系统中处于下位机的地位。中央控制由PC机实现，实现显示内容的输入、显示模

29、式的设置。PC机与下位机的通讯采用成熟的 RS232接口标准。(3) 在软件编制上，采用结构化设计思想，下位机采用适应于MCS-51系列单片机的C51语言进行编程，上位机程序的编制采用而面向对象的可视化编程语言软件C+ Builder。LED点阵显示屏系统由上位机控制系统、下位机(单片机)、行扫描电路、列驱动电路和汉字字库构成。系统总体结构如图5所示。AT89S51上位机控制系统RS232接口数据库行扫描列驱动点 阵显示屏图 5 LED显示屏总体框架系统工作过程：其中上位机软件控制系统主要完成与下位机的通信及数据的传输，硬件控制系统中的LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，单片机从汉字

30、字库中提取所需信息，然后通过控制行扫描电路和列驱动电路来驱动LED点阵，从而显示出相关的信息。 2.2 处理器选取原理及功能介绍2.2.1 芯片选取原理现在市场上的处理器很多，如AT89S51系列、PIC、ARM、凌阳等。ARM、凌阳等单片机更适合大型系统的应用，价格也更贵。AT89S51、PIC 都属于8位机，8位单片机也是目前应用最广泛的单片机7，在各个领域上都可以看到它的身影。AT89S51具有一系列的优点，主要体现在这几个方面：(1) 单片机的FLASH、EEPROM蓄存器都可以反复烧写、支持在ISP在线编程(烧写)，入门费用非常少；(2) 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、

31、看门狗、启动延时等功能，使得电路设计变得非常简单；(3) 每个I/O口作输出时都可以输出很强的高、低电平，作输入时I/O口可以是高阻抗或者带上拉电阻；(4) 片内具有丰富实用的资源，如丰富的中断源、SPI、USART通信口；(5) 片内采用了先进的数据加密技术，大大的提高了破解的难度；综合上面的比较，我选用ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统处理器。2.2.2 处理器系统功能介绍(1) AT89S51的主要性能参数：AT89S51与MCS-51指令系统完全兼容，4K字节的可多次擦写的Flash闪速存储器，100次的擦写周期，全静态操作0MHz-24MHz，三级加密程序存储器，128&#

32、215;8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，两个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行URAT通道，低功耗空闲和掉电模式。(2) AT89S51的标准功能4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双通串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时AT89S51可降至0Hz的静态工作模式，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时器/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保护RAM中的内容，但震荡停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。(3) AT89S5

33、1的引脚功能说明，引脚见图6。图6 AT89S51引脚VCC：电源电压GND：电源地P0口：P0口是一组8位漏极开路型的双向I/O口，即地址/总线复用口。作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写1可做为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器和程序存储器时，这组口线分时为地址和数据总线复用，在访问期间激或内部上拉电阻。P1口： P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对断口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出

34、一个电流。P2口：P2口是是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或16位的地址的外部数据存储器时，P2口送出高八位的地址总线，在访问8为地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器区中R2的寄存器的内容），在整个访问期间不变。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对P3口写

35、1时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。做输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O端口线外，更重要的是它的第二功能，如表1所示。 表1 P3口第二功能表断口引脚 第二功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（并行输入口） P3.2 外中断0 P3.3 外中断1 P3.4 定时/计数器0外部输入 P3.5 定时/计数器1外部输入 P3.6 外部数据存储器写选通 P3.7 外部数据存储器读选通RST：复位输入，当震荡器工作的时候，RST出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE：当访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用

36、于锁存地址的第8位字节，即使不访问外部存储器，ALE仍然以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此他可以对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲。如有必要，可以通过对特殊功能寄存器区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOV指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是，如果加密LB1被编程，复位时内部会锁存EA

37、端状态。如果EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储气编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用+12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反向放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡反向放大器的输出端。2.3 行驱动电路设计图7 行扫描输出电路原理图为了保证显示屏的亮度，同时也为了保证刷新频率在50Hz以上，系统要求每行LED能在1.25ms内快速被点亮，如果用普通的LED点亮方式，则LED要达到要求的亮度，点亮时间要在5ms以上，那么刷新频率就达不到预定的频率，屏幕会出现闪烁现象，为了解决这一问题，本系统在硬件设

38、计上用74HC573做上、下半屏数据锁存，用ULN2003做行驱动。ULN2003是一种以吸收为主的恒流驱动电路，最大驱动电流能达到500mA能在0.5ms内将LED点亮，以达到预定的要求。在系统开始行扫描时AT89S51的P0口输出行扫描信号到两块74HC573的数据输入端，结合片选信号SCANL、SCANH实现上、下半屏的显示选择，这样可以节省大量的端口资源。其原理图如图7所示。2.4 列驱动电路设计2.4.1 列驱动方案比较目前以圆半导体发光器件为显示介质的大型显示屏已广泛地被应用。其控制驱动方式各种各样，也各具特色。在LED发光管的驱动设计上也有许多的方式。由于大型的点阵显示屏是由上万

39、个或几十万个LED发光象元组成，这也就需要大量的驱动电路来支持。那么驱动电路设计的好坏就直接影响系统的生产制造成本和显示的效果及系统的运行性能。设计一个即能满足控制驱动要求，同时使用器件少成本低的单元控制驱动方案是必要的。下而我们就以LED 16x64点阵模块(共阴极)为显示器件的显示屏为例，来论述以下几个驱动方案加以比较。(1) 串行控制驱动方式所谓串行控制驱动方式就是显示的数据是通过串行方式送入点(列)驱动电路。其特点是单元内的线路连接简单，这给印刷电路板的设计带来了方便。同时也减少了印刷电路板的布线密度，从而为生产和调试带来了有利的一面。当然，单元的可靠性也相应的提高了。串行控制驱动方式

40、可选用的芯片有：MC4094，74LS595，74HC595，6B595，9094等等。其中MC4094，6B595均为CM0S芯片，应与功率芯片结合使用：例如使用2803驱动芯片。若采用6B595或9094(74LS595也可用)，则一般不需要使用功率芯片，因为这几种芯片都具有一定的驱动能力可直接驱动LED发光管。同时，串行移位并行功率输出的芯片(6B595，9094)自身具有级联功能，为单元的级联提供了支持。关于行的控制和驱动是相对容易的，因为行的工作方式是分时顺序工作的。由于行的组成是几个模块并联形成的，因此驱动的功率要求是比较大的。行的驱动一般是采用PNP(用于共阳方式)功率三极管，行

41、的逻辑控制可选用三八译码方式和直接行线控制方式。译码方式是应用三条行控制线控制一个三八译码器(如74LS138等)，八选一顺序控制八条行线。直接行线控制方式是比较简单的，这里就不赘述了。在应用串行控制驱动系统时，尽管串行移位芯片具有级联功能，但设计时要考虑时钟信号、使能信号、行控制信号的级联驱动问题。另外为提高单元的多级级联的数量，设计时要考感到每个信号的传输延迟，以保证控制时序的正确运行。(2) 并行控制方式 并行控制驱动方式就是显示的数据是通过并行(C8位)方式送人点(列)驱动电路。每送入一个字节就完成了一个模块的一个行的数据置入，其优点是数据的刷新速度块，这就减轻了上一级控制系统的压力。

42、在同样的数据处理量的前提下，对处理速度要求的降低，就意味着对系统投入的降低。同时处理速度的降低也相应地提高了系统的稳定性。在并行控制驱动方式下，我们可以选用74LS374这样一类锁存芯片，采用首尾相连的方式将控制、驱动一并形成。也可以将这一方式称其为并行移位锁存方式。这一设计方案的特点是设计线路简洁，控制方便快速。系统的整体投入成本比较低.这一设计方案将大大地提高系统的性能价格比。并行控制驱动方式的缺点是:由于数据是并行输入的，这就使得单元内的线路连接复杂。由此增加了单元的印刷线路扳的设计难度。同时提高了印刷线路扳的密度，对生产加工和调试提出较高的要求。但设计难度的加大仅仅是一次性的，而生产和

43、调试的难度是可以提高生产的手段和使用先进的仪器设备加以克服的。由于并行控制驱动方式的自身特点，使得单元的级联不成问题。只要设计时对控制信号的级联驱动加以注意就可以了。并行控制驱动方案中也可采用总线式结构，即选用的八位锁存器不是首尾级联方式而是共用总线方式。但这种方式将增加控制逻辑的投入，也就是说每个锁存器都要有一个独立的锁存控制时钟:因此，这一方式一般不采用。(3) 高度集成专用芯片的应用随着微电子技术的不断发展，以及大型电子显示屏应用的日益广泛，一种高度集成的LED显示屏控制驱动专用芯片出现了，例如：ZQL9701芯片。ZQL9701芯片是集行控制、列控制和一些外围驱动电路于一身的高度集成控

44、制驱动芯片。采用ZQL701芯片将会使单元的控制、驱动更为简单，高度的集成化也使系统的稳定性更为可靠。另外，ZQL9701芯片在单元的级联方而也提供了充分的支持。采用ZQL9701芯片将使系统的显示灰度达到256级。采用ZQL9701芯片设计显示单元时，由于ZQL9701芯片是表面封装器件，这就需要用专用的生产设备进行生产。这对一般的生产单位是要考虑的问题。总之，采用专用芯片设计的显示单元的性能得到极大的提高。但系统的成本也要提高，在应用中要给子重视8。2.4.2 列驱动方式选择(1) 74HC595简介通过以上几种方案的比较，结合本LED显示系统的要求:亮高度、模块化、可靠性高、级联方便、维

45、护简单等特点，我们取用第一种驱动方案，即串行控制方式。选用74HC595做列数据驱动芯片。现对74HC595具体工作原理说明如下：74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是8位串行输入，8位串行或并行输出，具有高阻关断状态。74HC595的特点是，8位串行输入，8位串行或并行输出，存储状态寄存器，输出寄存器可以直接清零，100Hz的移位频率。74HC595的移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移

46、位输入（Ds），和一个串行输出（Q7），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线。74HC595引脚功能如表2所示。表2 74HC595引脚功能表符号引脚描述Q0-Q715,1-7并行数据输入GND8接地Q79串行数据输出10主复位(低电平)SHCP11移位寄存器时钟输入STCP12存储寄存器时钟输入13输出有效(低电平)DS14串行数据输入VCC16电源(2) 74HC595级连刷新的状态下，整个屏幕分为16行扫描显示，在一行中，每个字占两个字节数据，则扫描一行的时候要传输2个字节的数据，而扫描行与行之间的时间隔不能大

47、于1.25ms(刷新率5OHz)。本系统采用了数据串行传输的方案。显示数据按2个字节的形式顺序排放，显示时把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器中。单片机从存储器中读出8bit数据按顺序一位一位的输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，当一行的各列数据都已经传输到位，这一行的各列才能并行的进行显示。由 74HC595组成的列驱动器中，第一片列驱动器的 SER 端连接单片机输出端口P2.1，其QH端连接下一片的SER端，两片74HC595相应的SRCLK、SRCLR、RCLK 端分别并联，作为统一的串行数据移位寄存器、串行数据清除信号和存储数据时

48、钟输入信号。这样的结构，使得单片机能把显示数据依次输入到相应移位寄存器输出端，移位过程结束后，控制器输出 SRCLK打入信号，各列显示数据一起打入相应的输出锁存器，通过选通相应的行，该行的各列就按照显示数据的要求进行显示。用两片8位移位寄存器74HC595(为了电路板简洁美观，74HC595采用的是贴片封装)，采用首尾相连以驱动16列LED。列驱动电路原理图如图8所示。图 8 列驱动电路原理图2.5 数据存储器接口设计2.5.1 数据存储器芯片介绍本LED显示系统的一个特点是：自带字库。本系统使用的存储芯片为AT27C040，该芯片是AT公司生产的512K字节的FLASH ROM，该芯片价格低

49、廉，性能可靠。27C040电路是32线双列直插式封装，A0-A18：地址输入线，Q0-Q7：三态数据总线，读或编程校验时为数据总线，编程时为数据输入线，维持或编程禁止时呈高阻状态，CE：片选通，Vpp：编程电源线，Vcc：电源线，接+5V，GND：接地。EPROM27C040的编程时，首先设置计数器C的初值为0，然后发一个1ms宽的编程脉冲，将一个数据写入一个单元，C加1；然后读该单元，若读出内容与写入内容不符，则再发一个1ms宽的脉冲写入该单元，C再加1。然后再读再比较若在第n次（n25）读出与写入内容相符则为信息稳定。接下来清零计数器C，编程下一个单元。2.5.2 数据存储器接口连接图 9

50、 字库存储电路单片机接收到上位机发送的机内码后，首先将其存储到片内寄存器中，再经过相应汉字点阵字模的程序处理计算出相应汉字字模的点阵数据存放地址，然后根据地址从大容量存储器AT27C040中依次提取显示数据。数据存入显示缓冲区后，开始控制显示屏的显示。其详细电路图如图9所示。2.6 串行接口电路本系统采用的RS-232C串行通信接口标准。他是EIA 40年前为公用电话网络数据通信而制定的标准，由于RS232的发送和接收是“对地”而言的，采用非平衡模式传输，存在共地噪声，所以其最大传输距离和速率在标准中被限定为15米和19200bit/s。从机械特性而言，RS-232包括标准的25针及其简化的9

51、针引脚排列。实际上，RS-232C的25条引线中有许多是很少使用的，要完成最基本的串行通信功能，只需要RXD. TXD和GND即可。表3为常用的9针接口各引脚的信号功能。表3 9芯D型插头引脚信号描述引脚 信号信号源 类型 描述1DCDDCE控制载波信号检测2RXDDCE数据数据接收3TXDDTE数据数据发送4DTRDTE数据数据终端准备好5GND信号地6DSRDCE控制数据设置准备好7RTSDTE控制请求发送8CTSDCE控制清除发送9RIDCE控制振铃提示从电气特性而言，RS-232总线的逻辑电平与TTL电平完全不兼容，鉴于51系统电路所定义的高、低电平为TTL电平，TTL的标准逻辑“1”

52、对应2V3. 3V电平，标准逻辑“0”对应OV 0.4V电平:而一般的PC机配置的是RS-232标准串行接口，RS-232C标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5V-15V电平，标准逻辑“0”，对应+5V+15V电平，显然，两者的电气规范不一致，因此要完成PC机与51系统的数据通讯，必须进行电平转换。目前常使用的电平转换芯片为MAX232。图10为本系统的RS-232通讯接口电路图。电容C4，C5，C6，C7都是2.2uF，在这里的作用是电压变换时进行充放电。图 10 MAX232与单片机硬件接口3 系统软件设计3.1 上位机系统软件设计我选择的上位机开发语言为C+ Builder，编辑调

53、试环境为波兰公司的Borland C+ Builder 6(BCB6.0)。BCB6.0是一种以C+语言为基础，面向对象的典型的VCL编程语言，编程效率高，需要用户输入的代码很少，执行效率也很高。上位机软件是整个系统的控制核心，主要负责与LED显示屏通讯时串口的选择以及相应串口参数的配置，同时完成LED显示屏的显示方式、移动速度参数的设置。其操作界面如图11所示。图11 显示屏控制软件界面显示屏控制系统的软件主要由主程序和一个中断程序组成。主程序主要完成系统的初始化和参数的配置与检测，并与显示屏硬件进行串口通信。中断程序由一个定时器服务程序完成在规定的时间内对显示屏信息刷新，以防止显示屏的显示

54、出现乱码或停止等现象。程序开始运行后，一直处于等待控制参数输入状态，当用户将串口及其相应参数配置后，被选择的串口将被打开同时系统会按输入的参数配置串口波特率，然后系统处于等待用户输入显示屏控制信息状态。控制信息包括显示方式、移动速度。当用户点击发送按钮时，程序开始检查所输入的参数和信息是否全部正确。如果全部正确则开始向串口发送控制和显示数据，发送数据的排列方式如表4所示；如果检查到有错误信息，表 4 串口发送数据的排列方式第1帧第2帧第3-4帧显示方式移动速度汉字机内码则按错误信息提示用户重新配置发生错误的参数或显示信息。上位机控制软件流程如图12所示。具体程序见附录3。Y开始参数及变量初始化参数是否设置正确初始化串口并提取相关显示信息发送相关信息返回N图 12 上位机显示屏控制软件流程图3.2 下位机系统软件设计Y N是否中断执行中断函数显示数据等待中断初始化开始本文设计的LED点阵显示屏可以实现静态、左移、右移、上移、下移五种显示方式。显示屏硬件控制系统的程序主要由主控程序和两个中断程序组成。主程序主要完成系统的初始化和参数的配置与检测，并与PC机进行