LED汉字点阵显示系统设计方案

PAGE辽宁工业大学电子综合设计与制作（论文）题目:LED汉字点阵显示系统设计院（系)：电子与信息工程学院专业班级:电子092学号：0９0４04０31ﻩ同学姓名：罗哲指导老师：老师职称：起止时间：电子综合设计与制作（论文）PAGEVI课程设计(论文)任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息教研室学号０9０404０31同学姓名罗哲专业班级电子０９2题目LED汉字点阵显示系统设计任务和要求任务和要求:基本要求：１、采纳8０51单片和LＥD点阵显示模块设计实现组合点阵信息显示。2、设计驱动电路具备字符显示及点阵显示功能２、提高要求:具有显示内容自动更新的功能以完成对任意存储的信息内容进行完整的显示.指导老师评语及成果平常：论文质量：答辩：总成果:指导老师签字：同学签字：年月日注:成果:平常2０％论文质量６０％答辩2０％以百分制计算ﻬ摘要本文主要了介绍LED汉字点阵显示系统原理。以５1单片机作为掌握部分的核心，分别论述了分区显示和整体逐行扫描显示的可行性及其理论依据。从分别从硬件构成和软件驱动的方面分析了LEＤ汉字点阵显示系统的原理,并给出了可行的方案。同时,本文也用肯定的篇幅简要介绍了较大规模的LＥＤ汉字点着显示系统，即其在实际设计中应注意的问题和解决方法。本文所介绍的LＥＤ汉字点阵显示系统具有思路简答，易于实现的特点，全部设计参数均经过详尽的计算或查阅相关的资料，且已经在pｒoｔues仿真平台上测试通过。关键词：单片机；点阵屏目录TOC＼o"1－２"\h＼uHYPEＲLINK\ｌ_Toc31272第１章绪论ﻩＰAGＥRＥF＿Toｃ3１２7２１ＨＹＰERＬＩNＫ\l_Ｔoｃ１97881．1LED汉字点阵显示系统的应用前景ﻩＰAGEREF_Toｃ197８81ＨＹＰERLINK\l_Tｏc317501。2本文讨论内容ﻩＰAＧEＲEF＿Ｔoc3１7５０１HYPERＬＩNＫ＼ｌ_Toｃ16６04第2章LED汉字点阵显示硬件设计 PAGEREF_Toｃ16６042HYPＥRLＩNK＼ｌ＿Ｔoｃ２53３82。１字模的提取ﻩPAＧERＥF_Toc２5３３８2HＹＰERＬINＫ\l_Ｔoc16304２.2LED汉字点阵显示系统总体设计方案ﻩPAＧEＲEF＿Tｏc16３044ＨYPERＬＩNK\l_Toｃ2４978２。３掌握核心模块设计ﻩPＡGＥREF＿Toc249784HＹPERＬＩNK\ｌ_Toc4１75第３章ＬED汉字点阵显示系统软件设计ﻩPAＧEREF_Ｔoc417５６HYＰERLIＮK\l_Toc20895３.1基本软件功能综述ﻩPAGＥREF＿Toc208９56HYPＥＲLINK\ｌ＿Toc1７67２3．2简洁软件功能 PAGＥＲＥＦ＿Toc1７６7２6HＹPＥRLＩNK＼l_Toc９4553.3流程图设计 PＡGERＥF＿Tｏc9455７ＨYPERＬINＫ＼ｌ_Ｔoc302７73.４程序清单 PAＧEREＦ_Toｃ３0２777ＨＹPERLINK\l_Toｃ430２第4章系统设计与分析ﻩＰAＧERＥF＿Ｔoc４30２11HYＰEＲＬINＫ\l_Ｔoｃ１2４２2４。１系统扩展方案 ＰAGERＥF_Toc12４22１1ＨYPERLＩNK\l_Tｏc293３６４.2系统扩展框图 ＰAＧEＲEF_Toc2９33６１1HＹPＥＲLIＮK＼ｌ_Toc１5１４0第5章设计总结ﻩＰＡGEＲEF_Toc15１401３HＹＰERLINK\ｌ_Toｃ７6５6参考文献ﻩPAGEＲEF_Toｃ７６５614PAGE3绪论LED汉字点阵显示系统的应用前景目前，基于LED点阵屏的标牌在公共场所，市内外广告，信息发布，大型活动现场等地随处可见。且有向大面积，多色化,以及廉价的趋势进展。讨论LEＤ汉字点阵显示系统的意义在于可以更好的了解ＬED汉字点阵显示的原理和工作特点,以便于可以对现有产品进行修改和升级，使其性能更加优良，更符合大型活动和一般日常生活的需要，为人们在信息猎取方面供应更多的便利。LED汉字点阵显示屏具有醒目,低成本，性能稳定，易于安装等诸多优势。与液晶屏幕相比虽然能好较高，但其容易实现模块化,使用时可以依据实际情况进行组装，增大了使用的便利性与灵敏性。因此，在将来相当长的一段时间内，LED汉字点阵显示屏和传统的液晶显示屏将在信息传播上发挥其各自的特点。本文讨论内容本文以5１单片机作为掌握系统的主体,深化分析和介绍了LＥD汉字点阵显示的作用原理和掌握方法.分别从硬件构成和软件实现两个方面对ＬＥD汉字点阵显示系统进行讨论。分别从理论与实际的角度分析了单个ＬＥD汉字显示系统与多字及多像素图案显示系统在硬件结构与软件编程方面的区分。本文设计的LＥD汉字显示系统可在ｐrotueｓ软件平台上进行仿真.但软件仿真方面,在LＥD点阵屏显示的完整性上表现不是很好。如在快速扫描显示的时候，点阵屏会有一行无法显示。ﻬLED汉字点阵显示硬件设计字模的提取计算机显示屏上的汉字实际上是由一组有序排列的像素构成的.如果有笔画的像素不亮，而其周围的像素都是亮的，就能看到一个黑色笔画的汉字。能够清楚地显示一个汉字的最小像素数是1６*16=256。这是ＤＯS时代就定下的法规。现在的WINDOWS有了矢量字体，大大丰富了汉字的显示，能在屏幕上不失真地显示不同字体的汉字。在计算机中,由8位比特(ｂit)组成一个字节(byte）,而双字节则构成一个字。于是可以用两个字节共16位比特来代表一行的信息,1６行共32个字，用某位是０还是１来掌握点亮还是熄灭对应位置的像素,就能在16＊16ＬED点阵屏上显示汉字。所以,首先要做的就是如何得到这2５6个表示汉字笔画的信息。这里需要用到一个专门用于提取字模的软件。如图１。图１字模提取软件这款软件可以实现将汉字(可以是任意字体）或任意图型转化成任意点阵组成的矩阵或数组。我们可以以此作为汉字显示的依据。由于每块ＬEＤ模块为８*8的点阵屏,由图可见组成完整的汉字显示屏幕需要用到４块这样的显示屏。字模分区示意图２所示是一个“辽”字，这里将一个汉字的显示区域划分成四个8*8的子区，即Ａ,B，C，Ｄ区。如图2A字模分区示意ADBC图2显而易见,可以用一个字节来表示一个子区中一行的信息,32个字节就能表示4个子区。我们只要依据某种挨次，依次将这些信息存入一个容量为32的数组就可以了。存取的挨次可以有多种，比如Ａ,B，Ｃ，D或A，C，B,D等，存取挨次的不同,没有大的区分，只是影响将来的编程思路.以图为例，按A，B,Ｃ，D的挨次可以得到的数据如下:/＊—－文字：辽—-＊//*—－宋体12；此字体下对应的点阵为：宽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如果这里只考虑A区的话，那得到的数据就是上面加下划线的部分,即:0x４0，０ｘ27，0x3０,0x2０，0x00,０ｘ０0,0xe0,０x2０这里首先从8＊8点阵的最高行开头点亮（0xfe）,然后在点亮每行的时候,读入对应行的１6进制代码。此代码可存于一个8个元素组成的数组中。当使用4块lｅd模块时,共有2５６个像素。以8个像素作为一组，则共需要扫描3２次以完成一次显示.LEＤ汉字点阵显示系统总体设计方案这里暂不考虑实际使用的布线问题,仅从理论的角度分析.由于是使用5１单片机，所以共有４个Ｉ/O口可供使用。使这４个Ｉ/O口相互搭配，协调使用,即可实现对汉字的显示.汉字显示框图P0汉字显示框图P0P1P2P3A区B区C区D区8051图3但由于本文设计采纳的是共阴极LED点阵屏，所以对列选通的8位信号每次只需要有一个是低电平（有效）,其余均是高电平(无效)。显然这里是可以用７４138之类的译码器进行简化电路结构的，简化后P０和P3作为数据口保持不变，而P1和P2作为片选仅需要6个引脚即可.篇幅所限，此种方案暂不作重点介绍.掌握核心模块设计CPU的选择如题，现在市面上最常见的51单片机主要由atｍeｌ和ＳTC公司生产。两者除在程序烧写时有较大差异外，其他多数情况是可以兼容的.这里选择ＳＴC８9C５2RC这个芯片.复位和时钟电路设计

图4复位和时钟电路复位和始终电路如图所示，其中晶振为12M，电容器Ｃ1，C2为33pF的陶瓷或独石电容，Ｃ3为１０μF的电解电容器。电阻阻值为１0ｋ.ＬED汉字点阵显示掌握核心模块原理图图5硬件电路图LEＤ汉字点阵显示系统软件设计基本软件功能综述目前市场上的同类产品，除了硬件构成以外,还要包含上位机软件，用于将所需要显示的汉字依据字体,大小，移动方向等要求转换成相应得代码,再通过串口通讯将掌握程序传送到掌握部分的存储器上。ＬED汉字点阵显示系统是将每个汉字分成4个区域,分别显示。又将每个区域分成8行，依次进行扫描.每一行由8位二进制数代表的汉字字形编码构成。所谓程序就是数据+算法。首先设计一个有效的数据结构，再依据硬件电路的寻址方式，有序地将数据送达正确的点位（算法）,最后汉字就显示出来了.数据筹备:从本文前述关于１6*１6点阵汉字信息的提取，结合实例中的硬件寻址方式,不难想象,只要将这32个字节挨次存入一个数组,然后每两个字节为一组送往P０端口和P3端口形成列地址，再通过P1和P2给出行地址，对应行的ＬED将被选中，位于P0和Ｐ3中高电平的LＥD被点亮,其他的不亮,该行的点阵就形成了.如此动作16次,将32个字节依次送出，一帧（16＊16）的图案就先试试出来了。只要以小于1ms的时间间隔循环做这组动作，一个汉字（或图案）就能稳定地显示在点阵屏上。简洁软件功能由于ＬEＤ点阵屏本身结构简洁，所以所谓的简洁显示也只是文字的上下滚动和左右移动等“动态"的显示操作。这两种操作本质上都是对字模数组或点亮LED的行信息进行有规律的修改,比如将程序３．4中的字模数组整体每秒左移一位,我们就可以看到“辽"在ＬEＤ点阵屏上从由向左就行滚动。建立字模信息数组zimo[32]定义数组指针i=0给I/O口幅值P0=zimo[i]延时建立字模信息数组zimo[32]定义数组指针i=0给I/O口幅值P0=zimo[i]延时P1口逻辑位移I=i+2图6以A区为例的程序流程图程序清单＃iｎcｌuｄe〈reg51.ｈ〉＃incｌudｅ＜hａrry．h>／／此为自定义函数集,定义了常用延时函数和简化语句等//ｉｎtoｎe[８］=｛０ｘ00,0x20，0x１3,０x０0，0x００,0ｘ30，０x50，0x1０｝；／/辽Ａintzｉmo［３2］=｛０ｘ０0，0x00，0ｘ６７，0xＦC，０ｘ3７,0xＦC,0ｘ１0,0x18，0ｘ０0,０ｘ70，０x0０,０x60，0xF０，0ｘ６0,0xF0，0x6０,0x30,0x6０,0ｘ30，0ｘ6０,0x3１，０xE0,０ｘ3０,0xC0，０x78,0x00，０xCF，０ｘFE,０x4７,0xＦE,0x0０,０x00｝；inｔｉ=0;cｈaｒstatｕs；/／存储Ａ,B,Ｃ，Ｄ用于指示4个区域的显示状态ｖｏｉdshｏｗＡ(void)；ｖoiｄshoｗＢ(voiｄ）；voidshｏwC（voｉd）;voiｄｓhｏwＤ（ｖｏｉd)；ｖoｉｄshowA（void){P0=0；Ｐ１＝０;Ｐ2=０ＸFF;Ｐ３=０;P１=0X７f；ｆoｒ(i＝０；i〈16；ｉ＝i＋２）{Ｐ0=zｉmo［i];delaｙ_n４0ｕs（３）；P１＝Ｐ１〉>1;P１=P1+０x８0;｝statuｓ=＇B’；｝vｏiｄshｏｗＢ（void）{P０=0;Ｐ１=０;Ｐ2＝0ＸFF；P3=0；P１＝0Ｘ7f；ｆor(ｉ=０；i〈16；i=i＋2）{P3=ziｍｏ［i+1]；dｅlａｙ_n4０us（３）;P1=Ｐ1〉>1；Ｐ1=Ｐ１+0x80；}statuｓ=’Ｃ’;}ｖｏｉdｓｈowＣ(ｖoid)｛P０=０;P１=0XFF；P２=0；Ｐ3=0;P２=０X7f;foｒ(i=16;i<32;ｉ=i+2）{P０=ziｍo[i］；deｌaｙ_n４０uｓ(３）;Ｐ2=P２〉＞１;P２=P２+0x80;｝sｔaｔus＝＇D'；｝voidshoｗＤ(ｖｏｉd)｛P0=0；P１=0ＸＦF；P２=0；P3＝0；Ｐ２=0X７f;for(i=1６;ｉ<３２;i=i+２）｛P３=zimｏ［i+1]；ｄｅlaｙ＿ｎ４０us(3）；Ｐ2＝P2＞>1；Ｐ2＝P2+０x80;}stａｔus=＇Ａ'；｝vｏidmain(）｛ｓtatus='A’;while（1）｛ｉｆ（sｔatｕs=＝＇A’)showA（）;ｉf（sｔatｕs＝=＇B’）sｈowB();if(stａｔus==’C'）ｓhoｗC（）;iｆ（status=='Ｄ＇)showD(）；｝}仿真结果对3.４中C语言程序进行编译，并在protuｅs仿真平台上运行测试，结果如图3－５所示。由于仿真软件与实际尚有出入，所以在C，D上少显示了一行.图３－5仿真结果图系统设计与分析系统扩展方案单独汉字显示的系统搭建格外简洁.使用四条8排线缆将单片机主控板的４组Ｉ／O口与4块1６*16点阵屏的对应端口插接即可。但是,当需要显示多个汉字,即需要多组ＬED点阵屏来显示的时候，并不是简洁的将系统级联起来那么简洁。由于单片机的I/O口不足以满意同时传送很多数据的需要.这时就要使单片机输出串行信号，再通过串并转化电路将串行型号转化成并行信号。这里可以使用74HC59５（三态8位Ｄ触发器）或类似的7４ＨC164。同时,系统的总体结构也应做适当调整，即每一块LED点阵模块配一个７3HC13８译码器和一片74ＨC595寄存器。全部的译码器采纳并联连接，全部的寄存器采纳级联连接.这种连接方法实际上比单独的汉字显示系统更节省单片机的输出端口。只是当串行数据的长度达到肯定时,总的串并转换时间也会随之增加。假定8D触发器存入一位数据的时间是1ｍs,那么完成全部8位的串并转换就需要8mｓ，如果这样的系统级联10个(即构成可以同时显示５个最小汉字的系统)就要８０ｍs,这样即使能够稳定地显示出汉字或图案,点阵屏的实际亮度也会大打折扣。因此,串并转化的速度是系统总体性能如何的关键.51单片机如果用12M左右的晶振,可以供应最小为40μs的软件延时。而更新型的微掌握器的时钟频率已经大大增加,所以实际上重点不在于ＣPU的选择,而是串并转化的精度.基本全部的微掌握器都具有串行输出的能力,但是这里对数据安排的要求较多，所以与其用这个功能，倒不如重新编写这部分串并转化的软件，这样也更有针对性.系统扩展框图LEＤ汉字显示系统在扩展以后,不在需要逐区地进行扫描显示，由于字数增多有，子区的数目也会随之增加。取而代之的是由单片机输出串行数据，再有串并转化电路转换成并行电路,再由对应的地址译