漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要漢字點(diǎn)陣顯示廣泛應(yīng)用于各種服務(wù)性的公共場所。文章首先介紹了漢字點(diǎn)陣顯示的基本原理，在此基礎(chǔ)上，提出了基于單片機(jī)AT89C51的漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計了各單元電路。在論證了所設(shè)計顯示漢字系統(tǒng)的可行性后，進(jìn)行了實際制作及相關(guān)的程序設(shè)計，經(jīng)過硬件電路及程序的調(diào)試，成功顯示我院校訓(xùn)“厚學(xué)啟智，修德樹人”。關(guān)鍵詞漢字顯示單片機(jī)1616點(diǎn)陣引言當(dāng)今社會在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已經(jīng)成為一個快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED顯示作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公共場所，例如戶內(nèi)外公共場所廣告宣傳、機(jī)場車站旅客引導(dǎo)信息、公交車站報站系統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息提示、高速公路可變情報板、體育場館比賽轉(zhuǎn)播、樓宇燈飾、交通信號燈、景觀照明等。顯然，LED顯示已經(jīng)成為城市現(xiàn)代化和信息化社會的一個重要標(biāo)志。本文提出了一種基于單片機(jī)AT89C51的漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計方案，并顯示我院校訓(xùn)“厚學(xué)啟智，修得樹人”。1漢字點(diǎn)陣顯示原理從理論上講，不論顯示圖形還是漢字，只要控制組成這些圖形或文字的各個發(fā)光點(diǎn)的亮滅，就可以實現(xiàn)顯示，這種方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計算，1616的點(diǎn)陣需要256/832個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是1616的點(diǎn)陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大的多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單的說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同多列共用一套列驅(qū)動器。具體就1616的點(diǎn)陣來說，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起，先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；以次類推，到第16行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形或漢字了。2漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的總體設(shè)計漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)硬件電路大致上可以分為系統(tǒng)的電源電路、單片機(jī)小系統(tǒng)、顯示驅(qū)動控制電路三部分，如圖1所示。圖1漢字點(diǎn)陣顯示電路框圖單片機(jī)采用AT89C51，晶振12MHZ，若能采用24MHZ或更高頻率的晶振，可以獲的更高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動器相連，用來送顯示數(shù)據(jù)。列驅(qū)動器由集成電路74HC595構(gòu)成，它具有一個8位傳入并處單片機(jī)列驅(qū)動器LED顯示點(diǎn)陣行驅(qū)動器動器電源的移位寄存器和一個8位鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。行驅(qū)動器是由譯碼器74LS154構(gòu)成，單片機(jī)P1口低4位輸出的行號經(jīng)4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。3各單元電路的設(shè)計31系統(tǒng)的電源電路漢字點(diǎn)陣顯示喜用可以直接與220V交流電相連，經(jīng)過變壓器、整流橋后輸出12V帶有交流成分的直流電壓，再經(jīng)過濾波電容后輸出12V直流工作電壓，供給四個串聯(lián)LED工作再將12V直流工作電壓接7805的1腳，2腳接地、3腳便輸出5V直流電壓再經(jīng)過一濾波電容輸出5V直流電壓為主控模塊89C51提供5V工作電壓，接法如圖二所示。圖二系統(tǒng)電源電路32單片機(jī)小系統(tǒng)單片機(jī)采用89C51芯片，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動器相連，用來送顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號；P15P17口則用來發(fā)送控制信號。P0和P2口空著，在有必要時可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。圖三單片機(jī)小系統(tǒng)33顯示驅(qū)動控制電路顯示驅(qū)動控制電路分為列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路。列驅(qū)動電路是由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個8位傳入并處的移位寄存器和一個8位鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。74HC595的輸入側(cè)有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出寄存器的輸入端。RCK是輸出寄鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時移位寄存器的輸出全部為0由于SCK和RCK兩個信號是相互獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QAQH，最高位QH可作為多片74HC595級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出。圖三74HC595外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖行驅(qū)動電路是由譯碼器74LS154構(gòu)成，單片機(jī)P1口低4位輸出的行號經(jīng)4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。一條行線上要帶動16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20MA電流計算，16個LED同時發(fā)光時，需要320MA電流，選用三極管8550作為驅(qū)動器可滿足要求。4電路的制作在PROTEL99SE中畫出電路原理的SCH圖，再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的PCB圖，在PCB圖中把各個元器件的位置擺放合適，以保證線條有足夠的寬度，而且交叉線最少。檢查無誤后通過刻板機(jī)刻出PCB板。對照PCB電路圖，將選擇好的元件正確地安裝在PCB板上。在焊接時，要有足夠的熱量和溫度。如溫度過低，焊錫流動性差，很容易凝固，形成虛焊；如溫度過高，將使焊錫流淌，焊點(diǎn)不易存錫，焊劑分解速度加快，使金屬表面加速氧化，并導(dǎo)致印制電路板上的焊盤脫落。尤其在使用天然松香作助焊劑時，錫焊溫度過高，很易氧化脫皮而產(chǎn)生炭化，造成虛焊。電路板各元器件焊接完成之后，就可對電路進(jìn)行調(diào)試了。在調(diào)試之前，一定要先認(rèn)真的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中是否有可見的短路和管腳搭錫等故障；檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題。然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個好習(xí)慣可以避免貿(mào)然上電后損壞PCB板。檢查無誤后就可以接通電源，導(dǎo)入程序檢查電路板是否工作正常。1616點(diǎn)陣顯示屏PCB圖5程序設(shè)計顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩大層第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置，顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。51程序流程圖顯示驅(qū)動程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時器T0重新賦值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下刷新率1/160T溢出率1/16其中為晶振頻率，為定時器初值。OSCF0TT然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后在輸出新的行號，重新打開顯示。右圖為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。系統(tǒng)主程序開始以后，首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口，定時器，中斷和端口；然后向上滾動顯示“厚學(xué)啟智修德樹人”八個漢字。52源程序軟件程序主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。字幕顯示源程序ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIORG000BHLJMPINTT0ORG0013HRETIORG001BHRETIORG0023HRETIORG002BH65312FOSCRETI初始化程序；主程序；STARTMOV20H,00HMOVA,0FFHMOVP1,AMOVP2,AMOVP3,AMOVP0,ACLRP16串行寄存器輸入打入輸出控制位MOVTMOD,01H使用T0作16位定時器，行掃描用MOVTH0,0FCH1MS初值（12MHZ）MOVTL0,18HMOVSCON,00H串口0方式傳送顯示字節(jié)MOVIE,82HT0中斷允許，總中斷允許MOVSP,70HMAINLCALLDIS1顯示準(zhǔn)備，黑屏，15SMOVDPTR,TABLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）INCDPHLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）INCDPHLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）AJMPMAIN；多字滾動顯示子程序；每次8個字，入口時定義好DPTR值；MOVDISPMOVB,00H向上移動顯示，查表偏址暫存（從00開始）DISLOOPMOVR3,07H移動速度DISMOVMOVR2,00H第0行開始MOVR1,BSETBTR0開始掃描（每次一禎，每行1MS）WAITMOVJBC01H,DISMOV1AJMPWAITMOVDISMOV1DJNZR3,DISMOV一禎重復(fù)顯示（控制移動速度）INCB顯示字的下一行INCBMOVA,R1R1為0，8個字顯示完JZMOVOUTAJMPDISLOOPMOVOUTRET移動顯示結(jié)束；單字顯示子程序；顯示表中某個字DIS1MOVR3,5AH靜止顯示時間控制（16MS16S）DIS11MOVR2,00H一禎掃描初始值（行地址從000FMOVDPTR,TAB取表首址MOVR1,00H查表偏值SETBTR0開掃描WAIT11JBC01H,DIS111為1，掃描一禎結(jié)聳AJMPWAIT11DIS111DJNZR3,DIS11RET；掃描程序；1MS刷新一次，每行顯示1SINTT0PUSHACCMOVTH0,0FCH1MS初值重裝MOVTL0,18HJBC00H,GOEND16行掃描標(biāo)志為1，結(jié)束INCR1取行右邊字節(jié)偏址MOVA,R1MOVCA,ADPTR查表MOVSBUF,A串口0方式發(fā)送WAITJBCTI,GO等待發(fā)送完畢AJMPWAITGODECR1取行左邊字節(jié)偏址MOVA,R1MOVCA,ADPTRMOVSBUF,AWAIT1JBCTI,GO1AJMPWAIT1GO1SETBP17關(guān)行顯示，準(zhǔn)備刷新NOP串口寄存器數(shù)據(jù)穩(wěn)定SETBP16產(chǎn)生上升沿，行數(shù)據(jù)打入輸出端NOPNOPCLRP16恢復(fù)低電平MOVA,R2修改顯示行地址ORLA,0F0H修改顯示行地址MOVR2,A修改顯示行地址MOVA,P1修改顯示行地址ORLA,0FH修改顯示行地址ANLA,R2修改顯示行地址MOVP1,A修改顯示行地址CLRP17開行顯示INCR2下一行掃描地址值INCR1INCR1下一行數(shù)據(jù)地址MOVA,R2ANLA,0FHJNZGO2SETB00HR2為10H，現(xiàn)為末行掃描，置標(biāo)志GO2POPACCRETIGOENDCLRTR0一禎掃描完，關(guān)掃描SETB01H一禎掃描完。置結(jié)束標(biāo)志POPACCRETI退出掃描漢字表TABDB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DBXC0,0X03,0XDF,0XFF,0XD0,0X07,0XD7,0XF7,0XD0,0X07,0XD7,0XF7,0XD0,0X07,0XDF,0XFFDB0XD0,0X07,0XDF,0XCF,0XDF,0X3F,0XD0,0X03,0XBF,0X7F,0XBF,0X7F,0X7D,0X7F,0XFE,0XFF/“厚“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XF7,0XEF,0X73,0XF3,0X37,0XF7,0X6F,0X80,0X01,0XBF,0XFB,0X70,0X17,0XFF,0XBFDB0XFF,0X7F,0X80,0X01,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFD,0X7F,0XFE,0XFF/“學(xué)“,1/DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XFF,0XFF,0X3F,0XFF,0X7F,0XE0,0X03,0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XE0,0X03,0XEF,0XFFDB0XEF,0XFF,0XE8,0X03,0XEB,0XFB,0XDB,0XFB,0XDB,0XFB,0XB8,0X03,0X7B,0XFB,0XFF,0XFF/“啟“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XDF,0XFF,0XC0,0XFF,0XB7,0X83,0XF7,0XBB,0X00,0XBB,0XF3,0XBB,0XF5,0X83,0XEE,0XFFDB0X90,0X0F,0XF7,0XEF,0XF7,0XEF,0XF0,0X0F,0XF7,0XEF,0XF7,0XEF,0XF0,0X0F,0XF7,0XEF/“智“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEE,0XFF,0XE6,0XFF,0XCE,0X07,0XDC,0XF7,0X95,0X6F,0X53,0X9F,0XD7,0X67,0XD4,0XB1DB0XD7,0X1B,0XD6,0X67,0XD9,0X9F,0XDE,0X73,0XD9,0XCF,0XDF,0X3F,0XD8,0XFF,0XFF,0XFF,/“修“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEF,0XBF,0XE7,0XBF,0XD8,0X01,0XAF,0XBF,0X64,0X03,0XCD,0X6B,0XDD,0X6B,0X9C,0X03DB0X5F,0XFF,0XD0,0X01,0XDF,0XFF,0XDA,0XBB,0XDA,0XDD,0XDA,0XF5,0XD7,0X07,0XDF,0XFF/“德“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XEC,0X3B,0X03,0X81,0XED,0X7B,0XC5,0X7B,0XCA,0XDBDB0XAA,0X6B,0XAE,0XBB,0X6D,0XBB,0XEB,0XFB,0XE7,0XFB,0XEF,0XFB,0XEF,0XEB,0XEF,0XF7/“樹“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XFF,0XFE,0X7F,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFD,0X7F,0XFD,0X7FDB0XFB,0X7F,0XFB,0XBF,0XF7,0X9F,0XF7,0XCF,0XEF,0XE7,0XDF,0XF1,0XBF,0XFB,0XFF,0XFF/“人“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0F