【文章內(nèi)容簡介】 資源浪費嚴重，且成本較高。因此選擇 高速 8 位單片機 作為控制器，常見的 高速 8位單片機 有 AVR系列單片機， C8051F系列單片機， STC12C系列單片機。這幾種單片機的處理速度均能達到 1MIPS/MHz（在時鐘頻率為 1MHz 時處理能力為每秒 100 萬條指令），但 AVR 系列單片機的極限時鐘頻率只能到 16MHz，而 C8051F系列 SOC類似于 ARM7,時鐘速度可到 100MHz,但會浪費其內(nèi)部豐富的資源，1313 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 而且 價格昂貴，用在 單色條屏的控制中 頗感浪費。 于是最佳選擇為 STC12C 系列單片機，其最高時鐘能到 48MHz，且有較豐富的接口及存儲器資源，價格極其低廉，零售價僅為 9 元 /片。 大幅降低了產(chǎn)品成本。 3． 5 關(guān)于點陣數(shù)據(jù)的 存儲 方式 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1616 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 32B256=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GB231 ASCII 等標準字庫 。專用字庫芯片采用 微型 SO8 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 標準 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 。 3． 6 關(guān)于 顯示內(nèi)容的更新 目前常用的下載方式有串口下載、 USB 下載、無線下載等?？紤]到本設(shè)計的 上、下位機進行一次通信時 的數(shù)據(jù)量不大（ 2KB 以內(nèi)），而且對通信的速度及可靠性要求并不 嚴格。因此 本設(shè)計采用 PC 機串口 來作為 下載 接口 ， PC 機串口為 RS232C 標準， 其特 點是 共模傳輸，因此通信電纜可以是成本低廉的普通雙絞線，同軸屏蔽線等 。 PC 機串口的驅(qū)動程序編寫較為簡單，不需要掌握復(fù)雜的通信協(xié)議。 漢字點陣數(shù)據(jù)采用現(xiàn)成的字庫芯片，需要通過漢字的機內(nèi)碼作地址來取出相應(yīng)漢字的點陣字模數(shù)據(jù)。因此上位機軟件的任務(wù)就是 ： 將待顯示的字符轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的標準機內(nèi)碼 ， 并 把 操作者 對下位機顯示方式 、 速度等進行設(shè)置的常數(shù)，通過 RS232 總線按一定的通信協(xié)議 一起 發(fā)送到下位機。 1414 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 3． 7 總體電路結(jié)構(gòu) 及工作原理 3． 7． 1 硬件 電路框圖 通過 前面 對各種方案的比較與分析 ， 初步構(gòu)建硬件系統(tǒng)框圖如圖 圖 LED 顯示屏硬件框圖 在圖 中， X0、 X1—Xn 為顯示單元。每個顯示單元由 一個 1616 點陣的 LED模塊和一個 16 位寬的移位鎖存器（串行 —并行轉(zhuǎn)換器）構(gòu)成。所有顯示單元的 16 根行線均連接到公共的行掃描驅(qū)動電路。而每個顯示單元的列數(shù)據(jù)則由 16 位移位鎖存器并行輸出口提供。 中央微處理器 MCU負責與所有外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)通信，以及各種算法的處理。 MCU用通用 I/O 口來驅(qū)動行掃描驅(qū)動電路。用通用 I/O 口模擬同步串行接口以實現(xiàn)和 列數(shù)據(jù)鎖存器（移位鎖存器）之間的單向通信。 MCU 通過內(nèi)部集成的 SPI 接口和字庫芯片進行雙向通信。 PC 機（上位機）的RS232C 電平經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，通過 UART 接口與 MCU進行雙向通信。 電源則為各個模塊提供穩(wěn)定的電壓以及足夠的電流。 1515 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 3． 7． 2 工作原理 單片機 上電后就檢測單片機 腳（ DownLoad）的電平，如果 按住 LED 顯示屏上的“DownLoad”鍵開機，則 單片機 腳被強制拉為低電平， 顯示屏被引導(dǎo)進入下載模式。這時單片機 把 UART 異步串 行口初始化為 “方式一 ”工作，波特率為 115200bps。之后不斷檢測從 UART 傳入的數(shù)據(jù)，如果連續(xù)接收到的兩字節(jié)數(shù)據(jù)與程序中約定的兩字節(jié)數(shù)據(jù)幀同步碼（ 0xA0,0xFA）相同。則判定下載命令合法，真正進入下載流程。設(shè)置兩字節(jié)同步碼是為了降低誤碼干擾的概率。 進入下載流程后，擦除連續(xù)從 0x2600 地址開始的 5 個 E2PROM 扇區(qū)，每個扇區(qū) 512 字節(jié)。 然后連續(xù)接收上位機發(fā)出的 7 字節(jié)設(shè)置數(shù)據(jù)，并從 E2PROM 第一個扇區(qū)首地址0x2600 開始依次存放。這樣，第一個扇區(qū)就保存了上位機對下位機的所有設(shè)置數(shù)據(jù)，包括刷新率，移動速度，顯示模式以及總共 需要 顯示的字符數(shù) 等等 。 保 存好以上 7 字節(jié)的設(shè)置數(shù)據(jù)后，緊接著連續(xù)地接收上位機發(fā)出的 不大于 2048 個 內(nèi)碼數(shù)據(jù)， 并依次保存在第二個 E2PROM 扇區(qū)中。因為第二到第五扇區(qū)是連續(xù)編址的，所以第二扇區(qū)存滿后會自動存放在第三扇區(qū)，以次類推。漢字內(nèi)碼的 數(shù)據(jù)量 由上位機確定。當單片機接收到下載結(jié)束符 0x8F 時，執(zhí)行軟件復(fù)位，強迫程序在 AP 區(qū)從頭運行。 這時若仍然按住 “DownLoad”鍵，則再一次進入下載模式。 如果開機的時候不按下 “DownLoad”鍵，則單片機程序被引導(dǎo)進入顯示模式。 進入顯示模式后，首先把單片機的 SPI 接口初始化為 “空閑低電平 /上升 沿驅(qū)動 ”模式，為讀寫字庫芯片作準備。 在單片機內(nèi)部的擴展數(shù)據(jù)存儲器（ xdata 區(qū)）中開辟 192 字節(jié)（ 1536 位）動態(tài)顯示緩沖區(qū) Display_Buffer 和 32 字節(jié)的字模數(shù)據(jù)緩存區(qū) Temp_Buffer,兩個緩存區(qū)編址連續(xù) 。Display_Buffer 中的一位與 LED 的一個點陣一一對應(yīng) 。（詳細對應(yīng)關(guān)系見章節(jié) 5． 3． 1——顯示緩存技術(shù)與映射關(guān)系） 經(jīng)過這樣的映射處理，使字符在顯示中的移動算法變得簡單靈活，不論進行何種顯示效果處理，只需要對 Display_Buffer 進行操作。 遵循結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計思路。把單片機 的在顯示模式的所有工作量分為 以下 三個任務(wù)： 一． 掃描顯示任務(wù)： 掃描顯示任務(wù) 負責把 Display_Buffer 中的數(shù)據(jù)依次發(fā)送到列驅(qū)動器74HC595，并按嚴格的時序高電平選通十六根行掃描線（ Y0—Y15），使每一列數(shù)據(jù)對應(yīng) 著 一個行線狀態(tài)。 1616 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 16 頁 二．移動處理任務(wù)：移動處理任務(wù)負責完成顯示字符逐點陣向左移動的算法處理，這是最基本的顯示效果。其它大部分顯示效果如左移六字暫停，全屏定格顯示等都是以逐位左移為基礎(chǔ)。對顯示字符的移動，實質(zhì)上是對顯示緩沖區(qū) Display_Buffer 內(nèi)數(shù)據(jù)的移動。 該算法是將 Display_Buffer 和 Temp_Buffer 中的數(shù)據(jù)首尾相接地左移一位，并不斷把Temp_Buffer 移入 Display_Buffe。 三．字符更新任務(wù)： 在單片機的 xdata 區(qū)開辟了 32 字節(jié)的字模數(shù)據(jù)緩存區(qū) Temp_Buffer。該緩存區(qū)與 Display_Buffer 編址連續(xù)。當調(diào)用字符更新任務(wù)時，程序從 E2PROM 內(nèi)碼區(qū)指定位置讀取相鄰兩字節(jié)的漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù)。并通過一定的算法，把內(nèi)碼數(shù)據(jù)變換為該內(nèi)碼對應(yīng)漢字的字模數(shù)據(jù)在字庫芯片中的地址。單片機通過 SPI 接口，向字庫芯片發(fā)送讀命令和地址，字庫芯片返回連續(xù) 32 字節(jié)的 全角漢字字模數(shù)據(jù)或 16 字節(jié)的 ASCII 半角字模數(shù)據(jù)。 這些字模數(shù)據(jù)就存儲在 32 字節(jié)的字模數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。 字模數(shù)據(jù)緩存區(qū)Temp_Buffer 中的數(shù)據(jù)可通過調(diào)用移動處理任務(wù)而逐位轉(zhuǎn)移至動態(tài)顯示緩沖區(qū)Display_Buffer 中。 三個任務(wù)彼此獨立，又相互聯(lián)系。 下面用實際的 C51 程序來說明一下如何實現(xiàn)簡單的左移顯示效果。 void Dis_Mode_1(void)//左移顯示效果 { unsigned char i,j,k。 unsigned int n。 unsigned int strings。 while(1)//所有顯示效果都是無限循環(huán) { for(n=0。n CNT。n+=2)// CNT 是字符總數(shù)，每字符內(nèi)碼 2 字節(jié)，所以以 2 步進 { strings =EEPROM_read (ADDR_GB2312+n)。 //從 EEPROM 中讀取內(nèi)碼高字節(jié) strings=8。 //左移 8 位以合成 16 位數(shù)據(jù) strings +=EEPROM_read (ADDR_GB2312+n+1)。 //從 EEPROM 中讀取內(nèi)碼低字節(jié) k=Load_Next_Charctor(strings)。//調(diào)用更新字符任務(wù)，半角返回 8 全角返回 16 for(i=0。ik。i++)//按照字符類型確定多少次移動可把 Temp_Buffer 全部移入 Display_Buffe { for(j=0。jMove_L_Speed。j++) // Move_L_Speed 決定移動速度 LED_Scan(Refesh_Speed,Back_Ground)。//調(diào)用掃描任務(wù) Shift_Left_One_bit()。 //調(diào)用移動處理任務(wù) } } } } 1717 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 17 頁 第 4 章 硬件 電路 設(shè)計 4． 1 顯示單元 電路設(shè)計 為了提高點陣 LED 的視覺亮度，本設(shè)計用行線做掃描線，列線做數(shù)據(jù)線。每行的顯示占空比為直流情況下的 1/16。為了再進一步的提高視覺亮度，選用了紅綠雙色 LED點陣模塊 YLM2388ASRG，每個點陣內(nèi)部有紅色，綠色兩個發(fā)光體。兩組發(fā)光管公用 8根行線，列線獨立。 本設(shè)計將兩組 LED 合成一組使用。 由于 紅光和綠光的光子能量不 同 ，紅色 LED 的發(fā)光門限電壓要比綠光 稍低，因此紅綠 LED 不能簡單并聯(lián)使用。如果這樣，綠色 LED 的端電壓就會受紅色 LED 的鉗制而不發(fā)光。為此，在紅綠色 LED 各自的陰極回路（列線回路）中串聯(lián)了 一個 分壓電阻，以削弱紅色 LED 的電壓鉗制作用 ，使兩組 LED 均能正常發(fā)光，根據(jù)色光的合成原理，紅綠色 加光 混合后呈現(xiàn)黃色。 本設(shè)計 顯示單元以及行列驅(qū)動電路如圖 圖 1616LED 點陣 顯示單元以及行列驅(qū)動電路 1818 貴 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 18 頁 4． 1． 1 LED 點陣模塊 的選擇 本設(shè)計采用四個 88點陣 紅綠雙色 的 LED模塊拼接成一個 1616的 單色 模塊使用。這樣能獲得較大的顯示單元尺寸 和發(fā)光亮度 。 4． 1． 2 列驅(qū)動電路設(shè)計 如圖 下面虛線框內(nèi)，本設(shè)計中，每個 1616 點陣的列驅(qū)動電路由兩個串聯(lián)的 8位移位 鎖 存器 74HC595 構(gòu)成。 74HC595，是為 Motorola 的 SPI 總線開發(fā)的一款串并轉(zhuǎn)換芯片。由于 74HC595 的輸入輸出電平 兼容 LSTTL,NMOS,CMOS 電平，且具有較強的輸出負載能力，而被廣泛地運用于 MCU（微控制器）、 MPU（微處理器）的 I/O 口擴展。 74HC595 在 5V供電的時候能夠達到 30MHz的時鐘速度，每個并行輸出 端口均能承受 20mA 的灌電流和拉電流。 這個特點保證了不用增加額外的擴流電路即可輕松的驅(qū)動 LED。它 輸入端允許 500nS 的上升（下降）時間，對嚴重畸形的時鐘脈沖仍能檢測。這樣就可以容納較大的傳輸線對地電容， 使本設(shè)計的抗干擾能力增強。 74HC595 并行輸出端與 LED 模塊列線之間通過 20Ω的電阻連接，這里電阻起到分壓，去除 紅色 LED 的并聯(lián)嵌位 作用。使紅綠兩組 LED 均能正常發(fā)光。 由于 LED 顯示屏的工作電流時刻在變化，造成了系統(tǒng)電壓的波動。這種電壓波動有高頻成分，也有低頻成分。 輕則對周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重 則使系統(tǒng)時鐘紊亂，邏輯錯誤。為避免此， 在每個 74HC595 的電源 VCC 和 GND 旁邊都并聯(lián)了兩個電容， 用于濾波和退耦。穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，旁路掉電源中的高頻脈動成份。消除自激，減小