基于單片機的Led點陣廣告牌設(shè)計

武漢理工大學(xué)《集成電路課程設(shè)計》說明書PAGE基于單片機的Led點陣廣告牌設(shè)計初始條件本設(shè)計既可以使用集成集成譯碼器、計數(shù)器、定時器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等。也可以使用單片機系統(tǒng)構(gòu)建。要求完成的主要任務(wù):1、課程設(shè)計工作量：2周2、技術(shù)要求：（1）采用單片機作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對點陣模塊的顯示和測量。（2）確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和集成電路，設(shè)計分電路，闡述基本原理。（3）繪制總體電路原理圖。3、查閱至少5篇參考文獻。按《武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范》要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。目錄摘要 1Abstract II1LED概述 11.1LED電子顯示屏概述 11.2LED電子顯示屏的分類 12顯示原理及控制方式分析 32.1LED點陣模塊結(jié)構(gòu) 32.2LED動態(tài)顯示原理 42.3LED常見的控制方式 53硬件電路設(shè)計 63.1系統(tǒng)硬件概述 63.216×16LED點陣顯示制作 83.2.116×16LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 83.2.2用8×8LED點陣構(gòu)成16×16LED點陣 93.3主控單片機的接口說明 103.4LED顯示驅(qū)動電路 114字模生成 124.1字模簡介 124.1.1LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù) 124.1.2軟件控制系統(tǒng)字模提取的分析與設(shè)計 124.2字模存儲技術(shù) 134.3字庫生成 145軟件設(shè)計 165.1程序設(shè)計總體思路和結(jié)構(gòu) 165.1.1程序設(shè)計總體思路 165.1.2程序流程圖 165.2各模塊程序設(shè)計 175.2.1系統(tǒng)初始化 175.2.2LED動態(tài)顯示 175.2.3漢字顯示的原理 186系統(tǒng)功能測試 196.1單元模塊電路測試 196.2系統(tǒng)整體功能測試 19總結(jié) 20參考文獻 21附錄 22PAGEII摘要本設(shè)計使用AT89C51系列高速單片機作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動64×16的點陣LED顯示屏。利用AT89C51系列高速單片機本身強大的功能，可以很方便的實現(xiàn)單片機與PC機間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲，并能利用軟件方便的進行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機場、銀行等公共場所，所以本設(shè)計具有很強的現(xiàn)實應(yīng)用性。本LED顯示屏能夠以動態(tài)掃描的方式同時顯示4個16×16點陣漢字，并能通過上位機軟件修改顯示內(nèi)容和顯示效果等等。把字符內(nèi)碼存儲在空閑的單片機程序存儲器空間，使本LED顯示系統(tǒng)能掉電存儲1024個字符。設(shè)計中采用了SPI接口的GB2312標(biāo)準(zhǔn)字庫，支持所有的國標(biāo)字符和ASC=2\*ROMANII標(biāo)準(zhǔn)字符的顯示。因為采用串行傳輸方式，使本系統(tǒng)的可擴展性得到提升，便于多個顯示單元的級聯(lián)。本文從LED的顯示原理入手，詳細(xì)闡述了LED動態(tài)顯示的過程，以及硬件電路的設(shè)計、計算和軟件的算法。關(guān)鍵詞：動態(tài)顯示；單片機；點陣字庫AbstractThisdesignusesSTC12CseriesMCUasamaincontroller,anddependsonasimpleexternalcircuittodrive96×16thelatticeLEDdisplay.ByusingitsownpowerfulfunctionsandcapacityofinternalE2PROM,itiseasytoaccomplishtheMCUandPCandE2PROMforinternalstorage,datatransmissionequipment,anditalsocanbeusedconvenientlytoshowavarietyofcontentchanges.Theotherdotmatrixdisplayiswidelyusedinhospitals,airports,banksandotherpublicplaces.Therefore,thedesignhasastrongpracticalapplication.TheLEDDisplaydynamicscancanshowthewayatthesametimesix16×16dotmatrixChinesecharacters,andPCsoftwarecanmodifythecontentandeffectshows,andsoon.IAPusedintheapplicationofprogrammabletechnology,thecharacterswithinthecodestoredintheSCMfreeprogrammemoryspace,sothattheLEDdisplaysystemcanstore1,024brown-outcharacters.SPIusedinthedesignoftheinterfacestandardGB2312character,tosupportalltheGB2312standardASCIIcharactersandcharactersoftheshow.Becauseserialtransmissionused,sothatthesystemcanbeenhancedscalability,foranumberofdisplayunitsofthecascade.

ThisarticlefromthestartLEDdisplayprinciple,elaboratedontheLEDdisplaydynamicprocess,aswellashardwarecircuitdesign,computingandsoftwarealgorithms.KeyWords:MCU；SerialDataTransfer；LlatticeLlibrary 1LED概述1.1LED電子顯示屏概述LED電子顯示屏（LightEmittingDiodePanel）是由幾百--幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的字符信息顯示。LED顯示屏因為其像素單元是主動發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。1.2LED電子顯示屏的分類按顏色分類：單基色顯示屏:單一顏色（紅色或綠色）。

雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。

全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。

按顯示器件分類：

LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。

LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。

按使用場合分類：

室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ3mm--Φ8mm，顯示面積一般零點幾至十幾平方米。

室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。

按發(fā)光點直徑分類：

室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、

室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm

室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強亮度。2顯示原理及控制方式分析2.1LED點陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。LED點陣規(guī)模常見的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮?xí)r間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。圖2.1示出最常見的8×8單色LED點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。圖2.18×8單色LED模塊內(nèi)部電路LED點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號．如5x7點陣顯示器用于顯示西文字母．5×8點陣顯示器用于顯示中西文，8x8點陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過PC機或單片機控制驅(qū)動。2.2LED動態(tài)顯示原理LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式：有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。以8×8點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖2.1中，紅色水平線Y0、Y1……Y7叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1……X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在這種形式的LED點陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個LED全點亮。現(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖2.2圖2.2用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程2.3LED常見的控制方式目前常見的是并行傳輸方式（見附錄1.1），通過8位鎖存器將8位總線上的列數(shù)據(jù)進行鎖存顯示，各8位鎖存器的片選信號由譯碼器提供。此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快，對微控制器（MCU）的通信速度要求較低。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數(shù)目。每增加一個16×16點陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多增加兩根地址線，這就要求在PCB布線的時候要留有充足的地址線冗余量。再一個缺點是，每個單元的PCB隨著安放位置的不同，布線結(jié)構(gòu)也不相同，不利于廠家批量生產(chǎn)。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGA,CPLD等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案。成本有所下降，但可擴展性仍舊較差。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。一．以傳統(tǒng)8051單片機為控制器的LED顯示屏。因受到單片機運算速度及通信速率的限制，LED動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對顯示效果和移動算法的處理也比較吃力，在實際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng)8051單片機的內(nèi)部資源貧乏，僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾K字節(jié)的程序存儲器，無E2PROM，SPI。這就需要對單片機擴展外設(shè)，無疑增加了硬件成本。因此，8051控制的條屏只能用于顯示內(nèi)容及其簡單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場合。二．以PIC單片機為控制器的LED顯示屏。因PIC單片機是RISC架構(gòu)的工業(yè)專用單片機，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。作為條屏的控制器，可以明顯的改善顯示效果，同時PIC單片機內(nèi)部的資源較豐富，可節(jié)省外部電路設(shè)計難度，同時降低了硬件成本。因此，以PIC單片機為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流。三．以FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。FPGA以高速、并行著稱。是近年來新興的可編程邏輯器件。用他作為LED顯示屏的控制器，能夠高速的處理色階PWM信號、高速的完成動態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動算法。因此被運用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。3硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件概述整個電路由單片機89C51，8個74LS373，1個74HC154，1個74LS138,4個16×16的LED。該電路所設(shè)計的電子屏可顯示多個漢字，需要4個16×16LED點陣模塊，可組成16×64的條形點陣。AT89C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51引腳即外觀如圖3.1所示。圖3.1AT89C51的管腳圖譯碼器是組合邏輯電路的一個重要的器件，74LS138的輸出是低電平有效，故實現(xiàn)邏輯功能時，輸出端不可接或門及或非門，74LS138與前面不同，其有使能端，故使能端必須加以處理，否則無法實現(xiàn)需要的邏輯功能。發(fā)光二極管點亮只須使其正向?qū)纯?，根?jù)LED的公共極是陽極還是陰極分為兩類譯碼器，即針對共陽極的低電平有效的譯碼器；針對共陰極LED的高電平輸出有效的譯碼器。74LS373是低功耗肖特基TTL8D鎖存器，內(nèi)有8個相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當(dāng)OE接地時，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號；如果G為低電平，則將地址信號鎖存。工作原理：74LS373的輸出端O0—O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0—O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0—O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。74LS373引腳即外觀如圖3.2所示圖3.274LS373引腳圖74HC154為4線－12線譯碼器，當(dāng)選通端（G1、G2）均為低電平時，可將地址端（ABCD）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。若將G1和G2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由ABCD對輸出尋址，還可作1線－16線數(shù)據(jù)分配器。工作環(huán)境溫度為0～70℃，對社會的要求非常適合。所以LED的抗震性能好該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時，由單片機取出第一行需要顯示的內(nèi)容經(jīng)延時一段時間后再進行下一行點陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實現(xiàn)漢字或字符的顯示。3.216×16LED點陣顯示制作3.2.116×16LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國家標(biāo)準(zhǔn)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。這里我們以”高”字說明，如圖3.3所示。圖3.316*16LED漢字顯示用8位的AT89C51單片機控制，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般把它拆分為上部和下部，上部由8×16點陣組成，下部也由8×16點陣組成。在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00—p07口。方向為p00到p07，顯示漢字”高”時，p02點亮,由上往下排列,為p0.0滅，p0.1滅，p0.2亮，p0.3滅，p0.4滅，p0.5滅，p0.6滅，p0.7滅。即二進制00000100，轉(zhuǎn)換為16進制為04h。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，即從p27向p20方向掃描，從上圖可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，16進制則為00h。然后單片機轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為p01點亮，為00000100，即16進制04h.這一列完成后繼續(xù)進行下半部分的掃描，p20點亮，為二進制00000010，即16進制02h.依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“高”的掃描代碼為：02h，00h，01h，04h，0FFh，0FEh，00h，00h，1Fh，0F0h，10h，10h，10h，10h，1Fh，0F0h，00h，04h，7Fh，0FEh，40h，04h，4Fh，0E4h，48h，24h，48h，24h，4Fh，0E4h，40h，0Ch。由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，就不必自己去畫表格算代碼了。3.2.2用8×8LED點陣構(gòu)成16×16LED點陣Proteus中只有5×7和8×8等LED點陣，并沒有16×16LED點陣，而在實際應(yīng)用中，要良好地顯示一個漢字，則至少需要16×16點陣。下面我們就首先介紹使用8×8點陣構(gòu)建16×16點陣的方法，并構(gòu)建一塊16×16LED點陣。首先，從Proteus7.1的元件庫中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件，并將四塊該元器件放入Proteus文檔區(qū)編輯窗口中。右邊8個引腳是其列線（當(dāng)然，如果你是將右轉(zhuǎn)，則右邊8個引腳是行線）。然后將四個元器件對應(yīng)的行線和列線分別進行連接，引腳接一行16個LED，列線也相同。并注意要將行線和列線引出一定長度的引腳，以便下面我們使用。連接好的16×16點陣如圖3.4所示。圖3.4點陣模塊組合如上圖的16×16點陣只是第一步，這樣分開的數(shù)塊并不能達到好的顯示效果,下面我們要將其進一步組合。組合實際上很簡單，首先選中如上圖中右側(cè)的兩塊8×8點陣，然后拖動并使其與左側(cè)的兩塊相并攏，如圖3.5所示。圖3.4點陣模塊組合圖3.5與左側(cè)的兩塊相并攏可以看到原來的連線已經(jīng)自動隱藏了，至于線上的交點，我們不要去動。然后，我們再來最后一步，選中下側(cè)的兩塊點陣，并拖動使其與上側(cè)的兩塊并攏,最后的效果如圖3.6所示?？吹?原來雜亂的連線現(xiàn)在已經(jīng)幾乎全部隱藏了，一塊16×16的LED點陣做成了。需要注意，做成的LED點陣的行線為左側(cè)的16個引腳，下側(cè)的16個引腳為其列線，而且其行線為高電平有效，列線為低電平有效。然后，我們將其保存，以便以后使用。圖3.6最后的效果圖3.3主控單片機的接口說明P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)制用口，作為輸入口時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫入“1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令節(jié)，而在程序校檢時，輸出指令字節(jié)，校檢時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。P2口:P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程和校檢時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻，輸出電流I。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校檢的控制信號。RST:復(fù)位輸入，當(dāng)震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE乃以時鐘振動頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。3.4LED顯示驅(qū)動電路LED顯示驅(qū)動電路如圖3.7所示。圖3.7顯示驅(qū)動電路圖4字模生成4.1字模簡介文字的字模是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有著根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀[1]。在電腦硬件中，根本沒有漢字這個概念，也沒有英文的概念，其認(rèn)識的概念只有——內(nèi)碼(將ASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼)。如果你用啟動盤啟動系統(tǒng)后用DIR命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那確確實實是漢字，如果你啟動UCDOS或其他的漢字系統(tǒng)后，就會看到那是一個個熟悉的漢字。在硬件系統(tǒng)內(nèi)，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在沒有進入系統(tǒng)的CMOS里，也可以讓你看到英文字符。而在DOS下，中文的字模信息一般記錄在漢字庫文件里(將制作好的字模放到一個個標(biāo)準(zhǔn)的庫中，這就是點陣字庫文件)。4.1.1LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù)在通過軟件實現(xiàn)的技術(shù)中，目前有許多字模生成軟件，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。在通過硬件實現(xiàn)字模提取的技術(shù)中，有在單片機系統(tǒng)中增加硬漢字庫的方法，主控器發(fā)送的漢字是其機內(nèi)碼，用兩個字節(jié)來表示一個漢字。根據(jù)機內(nèi)碼，顯示單元控制模塊從漢字庫中查取顯示字模，實現(xiàn)漢字顯示。由于帶有硬漢字庫，進行動態(tài)文字顯示時，通用智能顯示單元僅接受漢字的機內(nèi)碼即可，這樣數(shù)據(jù)通訊量大大減少。因此，“動態(tài)文字顯示速度快”。4.1.2軟件控制系統(tǒng)字模提取的分析與設(shè)計而在LED顯示屏控制系統(tǒng)具體應(yīng)用的Windows操作系統(tǒng)下如何提取字模信息是設(shè)計的核心。軟件控制系統(tǒng)在實際編輯過程中，要求各種字體、字號的文字都能被編輯、保存。所以系統(tǒng)在設(shè)計時，把文本區(qū)理解為由眾多的象素點構(gòu)成，而把不同字體、字號的文字理解為一幅圖像。因為所開啟的文本區(qū)大小與LED顯示屏的大小對應(yīng)，所以采用16×16點陣為單位，把文本區(qū)內(nèi)的每個像素點都看成一個二維數(shù)組，由于系統(tǒng)中各種顏色都有對應(yīng)的值，賦予每個不同顏色的像素點不同的對應(yīng)值，再把每個點賦予一個int型的值，這樣保存下來的信息就是二進制數(shù)據(jù)。通過這樣的設(shè)計，我們不僅可以把任何字型，任何大小的文字保存下來，還可以顯示以256個像素點陣為單位的任何圖形。在軟件控制系統(tǒng)中實現(xiàn)字模的提取，也就避免了在單片機中加載硬漢字庫模塊，從而簡化了硬件模塊的設(shè)計。以下以單色屏為例，介紹系統(tǒng)采用字模保存的算法設(shè)計：定義COLORREFzimo_color為像素點的顏色，判斷某個點的顏色值。如果值為Oxffffff，說明此點為白色，賦予此點值0。由于單色屏只有紅色和不顯色兩種，所以可以簡單賦值為除白色外其余點賦值為1CClientDCdc(this);CFilemyfile;unsignedintzimo[192][384]={0};unsignedcharzimo_data[192][48]={0};COLORREFzimo_color;introw,col;this->HideCaret();for(row=0;row<192;row++){for(col=0;col<384;col++){zimo_color=do.GetPixel(col,row);if(zimocolor==Oxffffff){zimo[row][col]=0;}else{zimo[row][col]=1;}}}定義unsignedintzimo[192][384]={0};//文本區(qū)像素點以8位為一字節(jié)(因為在隨后的串行通訊中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位的二進制數(shù)據(jù))定義unsignedcharzimo_data[192][48]={0}4.2字模存儲技術(shù)目前使用最廣泛的技術(shù)是，通過上位機軟件將待顯示的字符串轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的點陣字模數(shù)據(jù)，通過燒寫的方式將這些字模數(shù)據(jù)按一定的順序編址后存儲在E2PROM中。在條屏顯示的過程中按規(guī)定的方式取出E2PROM中的字模數(shù)據(jù)進行處理。對于一個16×16點陣的漢字字模數(shù)據(jù)，需要連續(xù)32字節(jié)的E2PROM空間來存儲。照此計算，若有256個需要顯示的字符，則至少需要32B×256=8192字節(jié)（8KB）的E2PROM存儲空間。通常的單片機內(nèi)部沒有集成這么大容量的E2PROM。因此這種方案，需要在單片機外部擴展大容量的E2PROM，增加硬件成本。上位機程序設(shè)計由于涉及到漢字取模，取模算法的難度較大。在多字下載的時候傳輸時間也較長。諸多弊端使本設(shè)計放棄了傳統(tǒng)方案。而本設(shè)計創(chuàng)新使用了專用的點陣字庫芯片，成本僅為8元，內(nèi)含各種點陣規(guī)格的GB2312、ASCII等標(biāo)準(zhǔn)字庫。專用字庫芯片采用微型SO-8封裝，使用高速同步串行SPI接口進行讀寫操作，節(jié)省了控制器的I/O。在本設(shè)計中，單片機內(nèi)部的小容量E2PROM，用于存儲待顯示漢字的GB2312標(biāo)準(zhǔn)機內(nèi)碼，每個全角字符的內(nèi)碼占2字節(jié)，則在同樣需要顯示256個漢字的情況下，這種方案僅占用512字節(jié)的E2PROM空間。4.3字庫生成圖4.1“魏”的字模代碼因為本設(shè)計中為行掃描，列輸入，如圖4.1所示所以“魏”的字模代碼為：DB49H,40H,4AH,51H,4CH,6AH,7FH,0C4H,4CH,4AH,8AH,71H,88H,42H,3FH,84HDB64H,98H,0A5H,0E0H,3EH,0BEH,24H,81H,24H,89H,7FH,81H,20H,07H,00H,00剩下的字仿照魏字即可，“佳”字代碼為：DB01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFH,0E2H,02H,12H,22H,12H,22H,12H,22HDB12H,22H,0FFH,0FEH,12H,22H,12H,22H,32H,62H,16H,26H,02H,02H,00H,00H“鋒”字代碼為：DB01H,40H,02H,40H,0EH,40H,0F3H,0FEH,12H,44H,12H,48H,09H,00H,11H,28HDB0F2H,0A8H,2AH,0A8H,25H,0FFH,2AH,0A8H,32H,0A8H,23H,28H,02H,00H,00H,00H5軟件設(shè)計5.1程序設(shè)計總體思路和結(jié)構(gòu)5.1.1程序設(shè)計總體思路用簡短的匯編程序設(shè)計，實現(xiàn)LED點陣顯示內(nèi)容，并使顯示的內(nèi)容在屏幕上從左到右的滾動顯示。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、延時程序、顯示子程序和串行口中斷程序。用AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154芯片和4個16×16LED點陣顯示器構(gòu)成一個完整的16位點陣LED顯示系統(tǒng)。5.1.2程序流程圖程序主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。其中主程序和子程序的流程圖5.1單片機漢字顯示程序流程圖圖如圖5.1所示。5.2各模塊程序設(shè)計5.2.1系統(tǒng)初始化ORG0000HAJMPSTARTORG000BHLJMPTIME0ORG0030HSTART:MOVR1,#00HMOVR2,#00HMOVR3,#00HMOVR4,#00HMOVR5,#00H5.2.2LED動態(tài)顯示顯示要求漢字在顯示屏上按從左到右的順序一個個的出現(xiàn)。設(shè)計時可采用如下方法：首先將LED顯示屏對應(yīng)的顯示緩沖區(qū)全部清零，即LED顯示空白，然后每間隔一個“軟定時器”設(shè)定的動態(tài)顯示時間，顯示緩沖區(qū)依次加入一個漢字點陣數(shù)據(jù)并進行掃描顯示，這樣就可達到動態(tài)顯示的效果。實現(xiàn)LED從左向右移動顯示程序：TIME0:INCR5CJNER5,#3,NEXTMOVR5,#0INCDPTRINCDPTRINCR1CJNER1,#144,NEXTMOVR1,#0MOVDPTR,#TABNEXT:MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HRETI5.2.3漢字顯示的原理我們以中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。LED點陣漢字顯示程序：MAIN:MOVP1,R2MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,AINCR3MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AINCR3MOVP3,R4LCALLDELAY1MSINCR2CJNER2,#16,MAINMOVR2,#0INCR4CJNER4,#3,MAINMOVR3,#0MOVR4,#0LJMPMAIN6系統(tǒng)功能測試6.1單元模塊電路測試在proteus仿真軟件中運行測試AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154等芯片和LED顯示器均能正常運行并完整的顯示出了我所要的效果。所以各個模塊功能正常。6.2系統(tǒng)整體功能測試在仿真軟件proteus中運行測試系統(tǒng)整體功能，一切正常。實現(xiàn)了漢字的左移滾動顯示，完整的顯示出了浮動漢字。圖6.1單片機漢字顯示系統(tǒng)測試圖

總結(jié)在本設(shè)計中我用簡短的匯編程序在LED顯示屏實現(xiàn)了漢字的左移滾動顯示。在設(shè)計中采用的芯片有AT89C51、74LS373、74LS138、74HC154和4個16×16LED點陣顯示器。其特點：1.內(nèi)容能從右向左浮動顯示。2.硬件結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。3.LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，工作效率高，價格低廉等。通過本次(64×16位點陣LED)的設(shè)計，理論知識學(xué)習(xí)和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富。為后繼的學(xué)習(xí)和工作奠定的基礎(chǔ)。在完成此設(shè)計過程中，我曾多次去找我的指導(dǎo)老師，封小鈺老師，每次在遇到實驗中遇到困難或者程序看不懂的時候，封老師每次都不厭其煩，不辭辛苦的給我細(xì)心講解指導(dǎo)，我才能在實驗室完成實驗，在寫論文過封中老師也給了我很大幫助，在此，我由衷的對封老師對我的指導(dǎo)和教育。參考文獻[1]李建忠編著.單片機原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002[2]李群芳，肖看編著.單片機原理、接口及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2005[3]于海生編著.微型計算機控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2008[4]戴梅萼，史嘉權(quán)編著.微型計算機技術(shù)及應(yīng)用(第3版).北京：清華大學(xué)出版社，2008[5]江曉安，董秀峰編著.數(shù)字電子技術(shù)(第二版).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005附錄附錄：源程序代碼ORG0000H;初始化AJMPSTARTORG000BHLJMPTIME0ORG0030HSTART:MOVR1,#00HMOVR2,#00HMOVR3,#00HMOVR4,#00HMOVR5,#00HMOVTMOD,#01HMOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HMOVIE,#82HSETBTR0MOVDPTR,#TAB;================MAIN:MOVP1,R2;單片機輸出MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,AINCR3MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AINCR3MOVP3,R4LCALLDELAY1MSINCR2CJNER2,#16,MAINMOVR2,#0INCR4CJNER4,#4,MAINMOVR3,#0MOVR4,#0LJMPMAIN;===============TIME0:INCR5;移動顯示CJNER5,#3,NEXTMOVR5,#0INCDPTRINCDPTRINCR1CJNER1,#144,NEXTMOVR1,#0MOVDPTR,#TABNEXT:MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HRETI;================DELAY1MS:MOVR7,#2;延時DEL:MOVR6,#250DJNZR6,$DJNZR7,DELRET;================TAB:;DB000H,000H,01FH,0FCH,010H,000H,025H,000H,03BH,004H,000H,048H,00AH,050H,009H,060H;;DB07FH,0C0H,010H,0A0H,012H,090H,014H,088H,000H,08CH,000H,004H,000H,004H,000H,000HDB00H,00H,7FH,0FFH,44H,20H,5AH,10H,61H,0E1H,10H,82H,14H,84H,12H,88HDB10H,0B0H,0FFH,0C0H,10H,0B0H,12H,88H,34H,86H,11H,83H,00H,82H,00H,00HDB000H,000H,003H,000H,002H,0F8H,022H,010H,022H,050H,03FH,090H,022H,010H,022H,010HDB07FH,090H,044H,090H,044H,090H,004H,00CH,004H,030H,007H,0C0H,000H,000H,000H,000HDB000H,010H,011H,010H,011H,020H,01FH,0E0H,022H,048H,000H,048H,038H,008H,027H,048HDB025H,048H,03FH,0F0H,04AH,090H,042H,090H,07EH,010H,000H,010H,000H,000H,000H,000HDB000H,000H,000H,010H,000H,010H,000H,010H,008H,010H,008H,010H,008H,010H,00FH,0E0HDB010H,020H,010H,020H,010H,0