1、 . . PAGE41 / NUMPAGES53摘 要本文介紹了一款以單片機STC89C52為控制器的LED點陣顯示屏系統的設計。該系統可實現宋體漢字的靜態顯示和動態特效顯示。系統采用PC機作為上位機，上位機向單片機發送控制命令和上位機所存儲的顯示代碼，STC89C52單片機接收并處理PC機的控制命令以與顯示代碼，由顯示驅動模塊驅動一個1616分辨率的LED點陣顯示屏的掃描顯示。上位機軟件部分主要通過軟件編寫一個字模轉換發送的界面；實現上位機與下位機的通信；控制部分主芯片是STC89C52，是系統的核心，再利用C語言編程下載實現對單片機各引腳的控制；LED點陣顯示屏包括驅動電路和顯示屏，74H

2、C138譯碼器輸出控制顯示屏的行掃描，74HC573（八位數據鎖存器）控制顯示屏的列，由于人眼視覺的滯留現象，行列驅動電路通過動態控制便實現了漢字的顯示。關鍵詞：STC89C52 LED點陣屏 單片機 74HC138 74HC573 ABSTRACTThis paper introduced a system design of LED dot matrix display which based on a single-chip controller STC89C52 . The system can display Arial static and dynamic character ef

3、fects display. System uses a PC as a PC, the PC sends control commands to the microcontroller and PC display code stored, STC89C52 microcontroller receives and processes the command and control of the PC display code, by the display driver module to drive a 16 16 resolution LED dot matrix display sc

4、an display. PC software software development, mainly through VB interface to send a font conversion; Between PC and the next crew of communication; controlling part of the main chip is STC89C52, is the core of the system, and then use the C programming language download each pin of the microcontroll

5、er to achieve control; LED dot matrix display includes a drive circuit and display, 74HC138 decoder output control display line scan, 74HC573 (eight data latches) control the display of the column, because the human visual retention phenomenon, the ranks driving circuit through the dynamic control w

6、ill achieve a display of Chinese characters.Keywords: STC89C52 LED dot matrix display microcontroller 74HC138 74HC573目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc24062 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc24062 1 HYPERLINK l _Toc17702 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc17702 1 HYPERLINK l _Toc27477 1.1.1 選題背景 PAGEREF _Toc27477 1 HYPERLINK l _

7、Toc27526 1.1.2 研究現狀和發展趨勢 PAGEREF _Toc27526 1 HYPERLINK l _Toc16806 1.1.3課題意義 PAGEREF _Toc16806 2 HYPERLINK l _Toc28253 1.2 論文主要容 PAGEREF _Toc28253 3 HYPERLINK l _Toc354 第二章 方案的選定 PAGEREF _Toc354 5 HYPERLINK l _Toc18818 2.1系統硬件方案 PAGEREF _Toc18818 5 HYPERLINK l _Toc18313 2.1.1 顯示屏主控制器 PAGEREF _Toc183

8、13 5 HYPERLINK l _Toc31856 2.1.2 通信系統 PAGEREF _Toc31856 7 HYPERLINK l _Toc31289 2.1.3 LED點陣顯示屏 PAGEREF _Toc31289 7 HYPERLINK l _Toc28438 2.1.4 硬件設計方案 PAGEREF _Toc28438 9 HYPERLINK l _Toc15043 2.2 系統軟件方案 PAGEREF _Toc15043 9 HYPERLINK l _Toc14873 2.2.1 單片機編程語言 PAGEREF _Toc14873 9 HYPERLINK l _Toc12658

9、 2.2.2 系統軟件編譯器介紹 PAGEREF _Toc12658 10 HYPERLINK l _Toc22022 2.2.3 上位機控制傳輸軟件 PAGEREF _Toc22022 10 HYPERLINK l _Toc18526 第三章 點陣屏 PAGEREF _Toc18526 11 HYPERLINK l _Toc4431 3.1 點陣屏原理 PAGEREF _Toc4431 11 HYPERLINK l _Toc22017 3.1.1點陣的顯示原理 PAGEREF _Toc22017 11 HYPERLINK l _Toc27405 3.1.2 點陣屏的組合 PAGEREF _T

10、oc27405 12 HYPERLINK l _Toc32115 3.1.3 點陣的驅動原理 PAGEREF _Toc32115 12 HYPERLINK l _Toc8402 3.2 字模的提取 PAGEREF _Toc8402 13 HYPERLINK l _Toc31088 第四章 系統硬件設計 PAGEREF _Toc31088 15 HYPERLINK l _Toc28694 4.1系統硬件整體設計概述和功能分析 PAGEREF _Toc28694 15 HYPERLINK l _Toc28818 4.2控制單元設計 PAGEREF _Toc28818 16 HYPERLINK l

11、_Toc20484 4.2.1 STC89C52簡介 PAGEREF _Toc20484 16 HYPERLINK l _Toc9324 4.2.2 控制系統設計 PAGEREF _Toc9324 18 HYPERLINK l _Toc20143 4.3 譯碼電路 PAGEREF _Toc20143 18 HYPERLINK l _Toc6756 4.4 驅動電路 PAGEREF _Toc6756 21 HYPERLINK l _Toc21754 4.4.1 行驅動電路 PAGEREF _Toc21754 21 HYPERLINK l _Toc5251 4.4.2 列驅動電路 PAGEREF

12、_Toc5251 21 HYPERLINK l _Toc28346 4.5電源電路 PAGEREF _Toc28346 23 HYPERLINK l _Toc8591 第五章 系統軟件設計 PAGEREF _Toc8591 25 HYPERLINK l _Toc24787 5.1 程序設計 PAGEREF _Toc24787 25 HYPERLINK l _Toc1836 5.1.1 靜態顯示程序 PAGEREF _Toc1836 26 HYPERLINK l _Toc25957 5.1.2 動態掃描程序 PAGEREF _Toc25957 27 HYPERLINK l _Toc7642 第六

13、章 系統調試 PAGEREF _Toc7642 29 HYPERLINK l _Toc26184 6.1 系統硬件部分調試方法 PAGEREF _Toc26184 29 HYPERLINK l _Toc13832 6.1.1 短路與虛焊檢測 PAGEREF _Toc13832 29 HYPERLINK l _Toc4189 6.1.2 上電測試 PAGEREF _Toc4189 29 HYPERLINK l _Toc5778 6.2 系統軟件調試方法 PAGEREF _Toc5778 29 HYPERLINK l _Toc11909 6.3 系統聯合調試與結果 PAGEREF _Toc1190

14、9 30 HYPERLINK l _Toc26727 6.4 調試結果分析 PAGEREF _Toc26727 30 HYPERLINK l _Toc28991 第七章 結 論 PAGEREF _Toc28991 31 HYPERLINK l _Toc16428 致 PAGEREF _Toc16428 33 HYPERLINK l _Toc12343 參考文獻 PAGEREF _Toc12343 35 HYPERLINK l _Toc15886 附錄A 電路圖 PAGEREF _Toc15886 37 HYPERLINK l _Toc23888 附錄B 程序 PAGEREF _Toc23888

15、 39 HYPERLINK l _Toc15659 附錄C 實物圖 PAGEREF _Toc15659 43第一章 緒 論1.1 課題背景1.1.1 選題背景LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬甚至幾十萬個半導體發光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發已經達到了實用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點1。在短短的十來年中，LED點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、

16、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定的優點迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。LED的發展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性、可靠性、全色化方向發展。LED顯示屏的應用涉與社會經濟的許多領域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示；（2）機場航班動態信息顯示；（3）港口、車站旅客引導信息顯示；（4）體育場館信息顯示；（5）道路交通信息顯示；（6）調度指揮中心信息顯示；（7）郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳與信息顯示；（8）廣告媒體新產品等。1.1.2 研究現狀和發展趨勢 1.我國LED產業發展現狀 我國的L

17、ED顯示屏產業經過幾年的發展，基本形成了一批具有一定規模的骨干企業。據不完全統計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業有20多家，其銷售總額達6億元左右，占行業市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業有100余家，從業人員近6000人，行業年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國市場上，國產LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場體育中心、京九鐵路、西客站、首都機場、浦東機場等，均由國代表企業中標。技術水平相對領先,我國LED顯示屏產業在規模發展的同時，產品技術推

18、出新，一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術與無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術、集群無經線控制、多級群控技術等方面均有國先進、達到國際水平的技術和產品出現，LED顯示屏控制專用大規模集成電路也已由國企業開發生產并得到應用。LED顯示屏產業培養形成了一批LED顯示屏科技隊伍，在全國LED顯示屏行業的從業人數6000人中科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產業正成為我國電子信息產業的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國形成的民族高科技產業。 2.LED顯示屏的發展趨勢現代信息社會中，作為人一機信息

19、視覺傳播媒體的顯示產品和技術得到迅速發展，進入二十一世紀的顯示技術將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導產品之一無疑會有更大的發展，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產品。高亮度、全彩化藍色與純綠色LED產品自出現以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業化條件。基礎材料的產業化。使LED全彩色顯示產品成本下降，應用加快。LED產品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環境條件要求，同時由于全彩色顯示屏價格性能比的優勢，預計在未來幾年的發展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替傳統的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產

20、品，體育場館的顯示方面全彩色LED屏更會成為主流產品。全彩色LED顯示屏的廣泛應用會是LED顯示屏產業發展的一個新的增長點。 未來LED顯示屏會向著標準化、規化，產品結構多樣化的方向發展2。1.1.3課題意義 該設計課題使我們能夠掌握LED顯示屏的基本顯示原理和設計方法，對LED顯示屏這個行業有了較為深刻的了解和認識。并且對大學期間所學習的一些理論進行了實踐，使我們對所學過的理論知識有了新的認識。并且通過該設計課題掌握了51單片機的的軟硬件開發工具的使用方法，為以后從事相關行業的工作積累了實際工作經驗。目前我國的信息行業發展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛，相關的從業

21、人員也會越來越緊缺。但同時應該清楚的認識到我國的LED技術雖然發展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此該課題不僅對自己的專業知識進行了一個實踐，也為以后自己有可能從事的工作打下了基礎。1.2 論文主要容1.方案的選定 通過對課題的分析，首先進行了對方案的選定，期間參考了很多的資料，最終選定PC機為上位機，單片機為核心控制器件，外加譯碼電路和驅動電路控制點陣顯示。 2.硬件的設計在方案選定之后，開始了具體的硬件電路的設計和分析，通過對點陣原理的學習和掌握，對74HC573和74HC138芯片等的學習和應用，還有對單片機的學習和了解，設計出可行的硬件電路。論文中都有詳細的介紹。 3.軟件的設計

22、 由硬件電路設計完成無誤之后，在這個基礎上進行軟件的編寫，所用的編輯語言為C語言。程序按功能分為靜態顯示和動態顯示兩個模塊組成，在調試過程分塊單獨調試。期間還涉與到Keil軟件的學習和使用，在論文中都做了詳細的介紹。4.軟硬件的調試調試分為硬件調試、軟件調試和系統聯合調試幾步來進行。在硬件調試中發現有供電電源不足以與芯片的不能正常工作等問題。在軟件調試中出現程序整合工作不協調等問題。通過分析，查找找出了問題原因并設法將其解決。 5.結論對自己在完成該課題的過程中所收獲到以與所犯下的錯誤的一個總結。方案的選定2.1系統硬件方案大多數的LED顯示屏都在戶外，所以對硬件的質量要求非常的高。為方便檢修

23、和維護硬件電路設計時常常采用模塊化的設計方法。硬件的設計采用模塊化設計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統兼容。如圖2-1所示,根據顯示系統的功能特點確定系統硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統與上位機四部分組成。上位機通過通信部分向控制部分發送控制指令和顯示容代碼，控制部分執行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示容和顯示方式。 顯示部分 控制部分 通信系統 上位機 圖2.1 系統硬件組成框圖2.1.1 顯示屏主控制器控制部分是整個系統的核心部分，其功能為與上位機通信接收上位機發送的數據和控制指令處理過后控制顯示部分顯示容。其常用的電子設計方法有單片機、DSP、與EDA技術。幾種設

24、計方法比較各有其特點。1.單片機單片機是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合于工業控制,因此又叫微控制器(MCU)。單片機品種齊全,型號多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術，片上I/O非常豐富，有的單片機集成有A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅動，函數發生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極滿足了開發者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規模集成電路的發展，NMOS工藝單片機被CMOS代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降至A ，這在便攜

25、式產品有用武之地3。2.DSP 芯片DSP 又叫數字信號處理器。顧名思義，DSP主要用于數字信號處理領域，非常適合高密度，重復運算與大數據容量的信號處理。現在已經廣泛應用于通信、便攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像、航空、家用電器、醫療設備等領域，DSP具有修正的哈佛結構，多總線技術以與流水線結構。將程序與數據存儲器分開，使用多總線，取指令和取數據同時進行，以與流水線技術，這使得速度有了較大的提高。DSP區別于一般微處理器的另一重要標志是硬件乘法器以與特殊指令，一般微處理器用軟件實現乘法,逐條執行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如TM32

26、0 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等4。3.EDAEDA(即Electronic Design Automation) 即電子設計自動化，它是以計算機為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設計者只需用HDL 語言完成系統功能的描述，借助EDA工具就可得到設計結果,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對該硬件的結構和工作方式進行重構，修改軟件程序就相當于改變了硬件，軟件編寫可以采用

27、自頂向下的設計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機。而且MCU和DSP都是通過串行執行指令來實現特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實現硬件上的并行工作，在實時測控和高速應用領域前景廣闊；另一方面，FPGA/CPLP器件在功能開發上是軟件實現的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。三種設計方式相比較各有優點且都能夠實現控制功能，但單片機的技術門檻較低開發成本也較低非常適合初學者進行學習和鍛煉使用。現在市場上常用的單片機主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中應用最廣泛的單片機首推Intel的51系列，由于產品

28、硬件結構合理，指令系統規，加之生產歷史“悠久”，有先入為主的優勢常作為單片機學習的教材。且51系列的I/O腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機作為控制部分的核心器件。2.1.2 通信系統通信部分要滿足的設計要求就是穩定、快速、簡單易實現。因為通常情況下顯示屏和上位機的距離不會很遠，所以通信距離的要求不是很高。計算機數據通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。1.并行通信并行通信時數據的各個位同時傳送，可以字或字節為單位并行進行。并行通信速度

29、快，但用的通信線多、成本高，故不宜進行遠距離通信。2.串行通信串行通信數據是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。在串行發送時，數據是一位一位按順序進行的，而計算機部的數據是并行的。因此，當計算機向外發送數據時，必須將并行數據轉換為串行數據再發送。反之，又必須將串行數據轉換為并行數據輸入計算機中。這種轉換即可以用硬件實現也可以用軟件實現。單由軟件實現會增加CPU負擔，降低其利用率，故目前常采用硬件實現。通用的通用異步接收/發送器，簡稱UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabs

30、nitter）是完成這一功能的硬件電路。在單片機芯片中，UART已經集成在其中，作為其組成部分，構成一個串行口5。綜上所述，題目設計已經選定了單片機為開發方式而單片機的UART已經集成在單片機，所以通信系統選擇串行通信為通信方式。2.1.3 LED點陣顯示屏顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個漢字的顯示屏，以與驅動該顯示屏的驅動電路。由于單片機的I/O口有限要不能直接用I/O口來驅動LED顯示屏，所以需要對單片機IO口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。LED顯示屏是由一個一個的發光二極管點陣構成的，要構成大屏幕的LED顯示屏就需要多個發光二極管。構成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個的發光二極管

31、逐點連接起來，如圖2.2所示；二是選用一些由單個發光二極管構成的LED點陣子模塊構成大的LED點陣模塊。目前市場上普遍采用的點陣模塊有88、1616幾種；這兩種屏幕構成方法各有有缺點，單個發光二極管構成顯示屏優點在于當單個的發光二極管出現問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，模塊構成省約了大量的連線，不過當一個LED出現問題時同在一個模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構成的方法來制作一個LED點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數較小的模塊來減小出現這一問題的風險。所以構建一個1

32、616的LED點陣屏選用四塊88點陣模塊。圖 2.2 LED點陣圖一個1616的LED顯示屏行和列各有16支引腳，不能單靠51單片機的端口驅動所以必須要對單片機的端口個數進行擴展。經常采用的端口擴展方法是用串并轉換芯片進行譯碼。常用的串并轉換芯片有74LS154（4線-16線譯碼器）、74HC138（3線-8線譯碼器）、74LS164（8位串并轉換器）、74HC595等。51系列單片機端口低電平時，吸入電流可達，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數十甚至更小（電流實際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力，所以單片機不能直接驅動LED顯示屏顯示。在單片機和顯示屏之間還需要增加

33、以功能放大位目的的驅動電路6。2.1.4 硬件設計方案最終方案如圖2.3所示，以PC機作為上位機存儲和處理顯示容用串行通信的方式將顯示容和控制指令傳輸到單片機系統，單片機根據上位機傳輸來的容和指令通過端口譯碼擴展后驅動4塊88LED點陣模塊構成的1616的LED點陣顯示屏。題目將以此方案為指導思想展開具體的硬件電路設計。圖2.3 硬件設計方案2.2 系統軟件方案軟件的設計除了滿足設計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設計目標和硬件總體結構確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序三個主要部分組成。軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機

34、中執行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以與配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執行。2.2.1 單片機編程語言現在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和C語言。兩種語言相比較各有優點。匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設計語言，是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。其具有執行速度快，占存空間少等優點，但在編寫復雜程序時具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機型，不能通用，也不能在不同機型之間移植7。C語言是一種源于編寫UNIX操作系統的語言，它是一種結構化語言

35、，可產生壓縮代碼。C語言結構是以括號 而不是子和特殊符號的語言。C可以進行許多機器級函數控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優點：對單片機的指令系統不要求了解，僅要求對51的存儲器結構有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址與數據類型等細節可由編譯器管理；程序有規的結構，可分為不同的函數。這種方式可使程序結構化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程與程序調試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴

36、于機器硬件系統，基本上不做修改就可根據單片機的不同較快地移植過來。基于以上理由決定采用C語言為該顯示系統的編程語言。2.2.2 系統軟件編譯器介紹C語言編寫的程序并不能被單片機直接執行還需要編譯為單片機可執行的機器語言。因此在系統軟件設計中，編譯器必不可少。支持MCS51用C語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEILC51編譯器。目前在單片機開發中普遍都是使用KEIL C51來進行編譯。因此軟件設計最終方案為采用C語言為程序語言，KELC為編譯工具按照控制、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。2.2.3 上位機控制傳輸軟件其中系統采用現在已經非常普遍的PC機作為上位機，這樣

37、對該顯示系統的硬件要求便降低了，增加了系統的通用性。上位機的作用是存儲并處理顯示容，然后通過通信系統傳送到控制系統驅動顯示。LED顯示上位機的容一般有實時顯示和存儲顯示兩種方法。實時顯示與上位機屏幕上的容同時顯示在LED顯示屏上，上位機上容變化LED顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示容處理過后存儲在上位機過通信系統傳輸到顯示屏顯示8。兩種顯示方法相比較：實時顯示屏幕能與時反應上位機容的變化，顯示的效果和容的實時性好多用于新聞播報、實況轉播用，但實時顯示硬件開銷大，對通信系統要求高，工藝復雜，成本高；存儲顯示雖實時性不高但硬件開銷小，成本低廉。課題設計題目對顯示的實時性要求較低且所設計的顯示屏尺

38、寸不時顯示的容不多，所以實時顯示就沒有必要。所以上位機選擇存儲顯示的方法，控制LED顯示屏的顯示容9。第三章 點陣屏3.1 點陣屏原理3.1.1點陣的顯示原理LED點陣屏有單色和雙色、全彩三類，可顯示紅，黃，綠，橙等。如圖3.1所示，LED點陣有4*4、4*8、5*7、5*8、 8*8、16*16、24*24、40*40等多種；根據圖素的數目分為等，雙原色、三原色等，根據圖素顏色的不同所顯示的文字、圖像等容的顏色也不同，單原色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙原色和三原色點陣顯示容的顏色由圖素不同顏色發光二極體點亮組合方式決定，如紅綠都亮時可顯示黃色，假如按照脈沖方式控制二極體的點亮時

39、間，則可實現256或更高級灰度顯示，即可實現真彩色顯示。如圖3.2所示的點陣部連接圖，LED點陣根據每列LED的陽極（即列引腳）是否連接在一起，分為“共陽型”和“共陰型”兩種，其中“共陽型”的陽極連接在一起，每行LED的陰極（即行引腳）連接在一起，“共陰型”正好相反。以簡單的8X8點陣為例，它共由64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應的二極管就亮；如要將第一個點點亮，則9腳接高電平13腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第9腳要接高電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）引腳接低電平，那么第

40、一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第13腳接低電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）引腳接高電平，那么第一列就會點亮。圖3.18*8LED點陣圖3.2 點陣部連接圖從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的LED器件發光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發光點亮滅的方法稱為靜態驅動顯示方式。另一種顯示方法為動態掃描，簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如說16行）的同名列共用一套驅動器。具體就是16*16的點陣來說 ，把所有同一行的發光管的陽極還在一起，把所有同一列的發光管的陰極連在一起（共陽極的接法）

41、，先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第一行使其點亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第二行的使其點亮一樣時間，然后熄滅；以此類推，第十六行之后，又重新點亮第一行，反復循環。當這樣的循環的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺停留，就能夠看到顯示屏上穩定的圖形了。3.1.2 點陣屏的組合本方案中使用的點陣型號為ARK SZ411288K 1212，為共陽型，單色高麗紅8*8點陣管，一般我們使用點陣顯示漢字是用的16*16的點陣宋體字庫，所謂16*16，是每一個漢字在縱、橫各16點的區域顯示的。也就是說用四個8*8點陣組合成一個16*16的點陣。首先得明確單

42、個8*8點陣的引腳所對應的行列，然后再進行2個8*8橫向級聯，把8條行線一一對應連接，連接后，這個8*16的點陣就有8條行線，16條列線；暫且把這個8*16的點陣叫做 “上8行”，之后重復以上，做成另一個8*16，叫做 “下8行”，把下8行放在上8行的下面，16條行線一一對應，就完成了。再以同樣的方式對應連接完成16條列線，完成之后的16*16點陣有16條行線，16條列線。通過Proteus仿真組合的圖3.3所示。圖3.3 仿真組合連接圖3.1.3 點陣的驅動原理若要正向點亮一個LED，至少也得10-20mA；如果電流不夠大，則LED不夠亮。而不管是8051的輸入/輸出口，亦或是TTL、CMO

43、S的輸出端，其高電平輸出電流都是不很高，大不了1-2mA而已。因此，也很難直接用高電平驅動LED。這時候就需要額外的驅動電路，對于共陽型和共陰型的LED點陣分別各自對應兩種驅動電路。 共陰型的兩種驅動電路。 1.共陰型高電平掃描、高電平顯示信號驅動：任一時刻只有一個高電平信號，其他則為低電平。一列掃描完成后，再把高電平信號轉到臨近的其他列，掃描信號輸出為低電平，外接一個反相驅動器，連接于LED點陣的列引腳； 2.共陰型低電平掃描、高電平顯示信號驅動：任一時刻只有一個低電平信號，其他則為高電平。一列掃描完成后，再把低電平信號轉到鄰近的其他列，掃描信號經限流電阻連接于PNP晶體管的基極。晶體管的集

44、極接地，射極則連至LED點陣的列引腳，實現低電平掃描，高電平顯示。 共陽型的兩種驅動電路。 1.共陽型高電平掃描、高電平顯示信號驅動：任一時刻只有一個高電平信號，其他則為低電平。一列掃描完成之后，再把高電平信號轉到鄰近的其他列。掃描信號連接到一個NPN晶體管的基極，這個晶體管必須提供7個LED同時亮所需要的電流，大約210mA； 2.共陽型低電平掃描、高電平顯示信號驅動：任一時刻只有一個低電平信號，其他則為高電平。一列掃描完成后，再把低電平信號轉到鄰近的其他列。同樣也需要掃描信號端能夠提供7個LED同時點亮的所需的電流，大約210mA,可以通過接晶體管，也可以通過一些芯片驅動。在本課題中，所選

45、用的點陣為共陽型的，所以采用了第四種低電平掃描、高電平顯示的驅動方式。3.2 字模的提取在計算機中，一個字漢字常由16行16列的像素點表示。即每一個漢字由256個像素點構成，若1bit對應一個像素點，那么表示一個16*16點陣的漢字需要32Byte的存儲空間。一個16*16LED點陣在單片機的控制下，當像素點為1時，相應的LED燈亮，當像素點為0時，相應的LED滅，那么，點亮的LED燈在點陣上就可以顯示出一個字出來。實際上，這就是LED或LCD點陣顯示漢字或圖形的基本原理。本課題在取模過程中使用了PCtolLCD取模軟件，該軟件的界面簡單，操作簡便，對單字符進行取模時，通常會有兩種方式，第一種

46、是在圖形模式下進行手動的繪制字符的形狀然后取模。第二種方式是將字符以輸入法的方式輸入到軟件的文本編輯區然后取模。同時該軟件可以生成自己想要的字庫，豐富了點陣的顯示容，以與簡化了設計過程。該軟件的操作界面簡單如圖3.4所示。圖3.4 PCtolLCD取模軟件在該軟件里可以自主選擇取模方式包括逐行式，逐列式，行列式，列行式，在本課題中，采用了逐列式取模方式，取模順序為順向（高位在前）。如圖所示，“電”的字模生成為： Tab=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x1F,0 xF8,0 x11,0 x10,0 x11,0 x10,0 x11,0 x10,0 x11,0 x10,0 xF

47、F,0 xFE, 0 x11,0 x11,0 x11,0 x11,0 x11,0 x11,0 x11,0 x11,0 x1F,0 xF9,0 x00,0 x01,0 x00,0 x0F,0 x00,0 x00/*電*/系統硬件設計4.1系統硬件整體設計概述和功能分析顯示系統具體設計主要由上位機，通信系統，單片機系統，譯碼電路，顯示驅動電路和1616的點陣屏六部分組成。具體工作流程為：上位PC機通過通信系統向單片機發送控制指令和顯示代碼容，單片機接收后執行控制指令處理顯示代碼將顯示容通過I/O口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉換并行輸出，最后由顯示驅動電路進行電壓和電流的處理以達到LED顯示屏

48、的顯示電流，電壓要求進而使顯示屏顯示容10。根據硬件的功能結構圖選取合適器件，器件不但要求能實現所要求的功能還要能兼容至整個系統之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖4.1所示。 列驅動器單片機 電源LED顯示點陣行驅動器圖4.1硬件原理圖該系統所要實現的功能和要求有以下幾點。1. LED顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準。并且顯示要清晰；2. 驅動電路要能提供LED顯示所需圍的電壓和電流要求；3. 譯碼電路的高低電平的區分能力以與譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以與驅動電路的要求；4. 單片機要能接收上位機的指令和顯示容且能夠處理后控制LED顯示屏的顯示，并且端口驅動能力要足以

49、驅動譯碼電路。執行頻率要能達到掃描顯示的最低要求；5. 單片機由ISP下載線下載程序；6. 由串口完成單片機與上位機的通信，通信速度和數據傳輸的可靠性要達到顯示要求。4.2控制單元設計控制單元是整個顯示系統的核心，該系統中采用51系列單片機為核心器件，用來和上位機通信處理上位機發送的控制指令和顯示容。并且直接輸出數據通過譯碼電路控制LED顯示屏的顯示容和顯示狀態。在51系列單片機中選定一款合適的機型來作為控制單元的主控芯片。根據題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因為在軟件設計時方便的程序下載對程序的驗證和編寫非常有用。還有就是為了提高LED顯示屏的掃描速度，單片機的執行速度要盡可

50、能的快。根據這兩點要求，選擇STC89C52為控制單元的主控芯片。4.2.1 STC89C52簡介STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程FlashHYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節Flash，512字節RAM， 32 位I/

51、O 口線，HYPERLINK :/baike.baidu /view/1313309.htm看門狗定時器，置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工HYPERLINK :/baike.baidu /view/1060187.htm串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種HYPERLINK :/baike.baidu /view/37.htm軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU

52、 停止工作，允許RAM、HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結，HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。其引腳圖4.2所示。圖4.2 STC89C52引腳圖STC89C52單片機的參數特性如下。1. 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統8051；2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片

53、機）/3.8V2.0V（3V 單片機）；3.工作頻率圍：040MHz，相當于普通8051 的080MHz，實際工作 頻率可達48MHz；4. 用戶應用程序空間為8K字節；5. 片上集成512 字節RAM；6. 通用I/O 口（32 個），復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻；7. ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數秒即可完成一片；8. 具有EEPROM 功能；9. 共3

54、 個16 位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2；10.外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒；11. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART；12. 工作溫度圍：-40+85（工業級）/075（商業級）；13. PDIP封裝。4.2.2 控制系統設計控制電路設計中采用的是單片機系統，該系統必須要是工作在一個最小系統（指單片機的可以的最小配置系統）。STC89C52的最小系統包括了外界時鐘電路和復位電路，選定一定數量的IO口作為控制口控制外部的各種器件和數據的輸出。根據功能選擇一定的單片機端口添加外圍

55、的器件，具體電路如圖4.2所示。在該系統中，P0和P2口主要用作LED顯示數據的控制輸出，P1口的動能是輸出譯碼的原始數據，P0口作為I/O口輸出的時候時 輸出低電平為0 輸出高電平為高組態（并非5V，相當于懸空狀態）。也就是說P0 口不能真正的輸出高電平，給所接的負載提供電流，因此必須接上拉電阻（一電阻連接到VCC），由電源通過這個上拉電阻給負載提供電流。具體接法為：P1口的前四位接到由兩個74HC138組成的4-16譯碼器的輸入端，譯碼器一直工作在譯碼狀態，P0和P2口直接連接點陣屏的引腳，P3.0和P3.1口分別接兩個獨立按鍵，具體的單片機部分的電路如圖4.3所示。圖4.3 最小系統4.

56、3 譯碼電路譯碼電路的功能是為了解決單片機I/O端口不足。在本課題中用到了譯碼器 74HC138。如圖4.4所示74HC138的引腳圖。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時間短的數據傳輸系統,在高性能存貯器系統中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時,譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通常小于存貯器的典型存取時間,這就是說由肖特基鉗位的系統譯碼器所引起的有效系統延遲可以忽略不計。74HC138 按照三位二進制輸入碼和賦能輸入條件,從8 個輸出端中譯出一個低電平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個高電平有效的賦能輸入端減少了擴展所需要的外接門

57、或倒相器,擴展成24 線譯碼器不需外接門;擴展成32 線譯碼器,只需要接一個外接倒相器。在解調器應用中,賦能輸入端可用作數據輸入端。其工作原理如下：當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。如表4.1 74HC138的真值表所示。圖4.474HC138引腳圖表4.1 74HC138真值表由于單片機的IO端口有限，所以這里選用兩片74HC138級聯成4線-16線譯碼電路，點

58、陣的行引腳剛好對應一個IO口具體的電路連接如圖4.5所示。圖 4.5 4線-16線譯碼電路4.4 驅動電路4.4.1 行驅動電路 發光二極管，LED(Light Emitting Diodes)，即是在在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。單片機P1口低4位經4-16譯碼電路后生成16行選通信號，直接與點陣的行引腳相連，由于74HC138的輸出電流可達25mA,所以足夠驅動LED點亮。具體電路如圖4.

59、6所示。圖4.6 行驅動電路4.4.2 列驅動電路列驅動使用單片機的P0口和P2口直接輸出字模的高8位和低8位，送入2個74HC573使用鎖存功能且高電平有效，由于P0口作輸出，所以接了一個10K上拉電阻。當數據有P0口，P2口送入74HC573時，使用鎖存功能并提供驅動LED的電壓，使一列LED處于高或低電平。如圖4.7所示。圖4.7 列驅動電74HC573為八進制3態非反轉透明鎖存器，屬于高性能硅門CMOS器件。如圖4.8所示為74HC573引腳圖。輸入是與標準CMOS輸出兼容的。當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持

60、時間的數據會被鎖存。1D8D為數據輸入端，1Q8Q為數據輸出端。如表4.2 74HC573真值表所示。圖4.8 74HC573引腳圖HYPERLINK :/baike.baidu /picview/3707043/3707043/0/0ef21124cd709d7bc9955904.html表4.2 74HC573真值表4.5電源電路電源電壓的設計主要是針對系統要求的不同工作電壓進行電源分配，一般有兩種方法，一種是多電源方案，一種是單電源方案。在設計一般單片機控制器時，主要困難常常找不到工作于同一電壓電源的整套期間。在許多低壓供電系統既用5V電壓的器件又用到3V的器件，這時需要多電源方案。而5