【文章內(nèi)容簡介】 基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動LED 顯示屏顯示。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動電路。 硬件設(shè)計 方案 最終方案如圖 23 所示，以 PC機(jī)作為上位機(jī)存儲和處理顯示內(nèi)容用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)上位機(jī)傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動 4塊 88LED 點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的 1616 的 LED點(diǎn)陣顯示屏。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(shè)計。 單片機(jī)譯碼電路1 6 1 6 L E D顯 示 屏顯示驅(qū)動電路串行通信P C 機(jī) 圖 23 硬件設(shè)計方案 系統(tǒng)軟件方案 軟件的設(shè)計除了滿足設(shè)計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)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，通信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(jī)中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及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(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。 單片機(jī)編程語言 現(xiàn)在主要運(yùn)用的單片機(jī)編程語言為匯編語言和 C語言。兩種語言相比較各有優(yōu)點(diǎn)。 匯編語言 (Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計語言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計語言，也是利用計算機(jī)所有硬件特性 并能直接控制硬件的語言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植。 C語言是一種源于編寫 UNIX 操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。 C語言結(jié)構(gòu)是以括號 { }而不是子和特殊符號的語言。 C 可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 51的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不 同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)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；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)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(shù)。 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于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)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(tǒng)的編程語言。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 C 語言編寫的程序并不能被單片機(jī)直接執(zhí)行還 需要編譯為單片機(jī)可執(zhí)行的機(jī)器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。支持 MCS－ 51 用 C 語言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 KELLC51 編譯器。目前在單片機(jī)開發(fā)中普 遍都是使用 KELL C51 來進(jìn)行編譯。 因此軟件設(shè)計最終方案為采用 C 語言為程序語言， KELLC51 為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。 上位機(jī)控制傳輸軟件 其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的 PC 機(jī)作為上位機(jī)，這樣對該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。上位機(jī)的作用是存儲并處理 顯示內(nèi)容，然后通過通信系統(tǒng)傳送到控制系統(tǒng)驅(qū)動顯示。 LED 顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實時顯示和存儲顯示兩種方法。實時顯示及上位機(jī)屏幕上的內(nèi)容同時顯示在 LED 顯示屏上，上位機(jī)上內(nèi)容變化 LED 顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲在上位機(jī)中通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示 [9]。兩種顯示方法相比較：實時顯示屏幕能及時反應(yīng)上位機(jī)內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實時性好多用于新聞播報、實況轉(zhuǎn)播用，但實時顯示硬件開銷大，對通信系統(tǒng)要求高，工藝復(fù)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(shè)計題目對顯 示的實時性要求較低且所設(shè)計的顯示屏尺寸不大同時顯示的內(nèi)容不多，所以實時顯示就沒有必要。所以上位機(jī)選擇存儲顯示的方法，控制 LED顯示屏的顯示內(nèi)容。 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序設(shè)計 系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫，按照模塊化的設(shè)計思路設(shè)計。首先分析程序所要實現(xiàn)的功能，程序要實現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示三大功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖24 所示。通信程序接收上位機(jī)數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。 主程序的工作流程如圖 31所示： 圖 31 主程序流程圖 圖 32 中斷服務(wù)程序流程圖 程序開始時首先必須對單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化，串行通信時通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各 IO 口功能的設(shè)定等。初始化完成后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個外部中斷源和串行中斷。外部中斷源由按鍵的電平變化觸發(fā)， 外部中斷主要功能是選擇 LED 點(diǎn)陣顯示屏的控制方式是由按鍵控制還是上位機(jī)控制和顯示狀態(tài)是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。中斷產(chǎn)生后由預(yù)先初始化時設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。中斷程序設(shè)定了 LED 點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。按照設(shè)定的方式和內(nèi)容系 統(tǒng) 初 始化 從顯示數(shù)組讀取數(shù)據(jù)到顯示寄存器 讀取顯示控制命令選擇顯示方式 調(diào)用相應(yīng)顯示程序 RI=1? 起始位？ 接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令 將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組將控制命令賦值給控制字符 N N Y Y 開 始 中斷開始 中 斷 返 回 顯示出所需要的內(nèi)容。 顯示程序的設(shè)計 LED 顯示屏的顯示方式 LED 點(diǎn)陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種。 對靜態(tài)顯示來說，每一個發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動電路，一幀 畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)．這種方式系統(tǒng)原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅(qū)動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低． 另一種動態(tài)掃描顯示是把整個 LED 屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行．在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面．也就是說采用動態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅(qū)動電路可重復(fù)利用，引線也大大減 少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，使用時的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護(hù)要容易許多，可靠性也增加了． 兩種顯示方式的比較再結(jié)合 51單片機(jī) I/O口數(shù)量有限的原因決定采用動態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。 動態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖 33 所示，先選通列然后再從行送入對應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第 1 列到第 16 列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。 從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)選 通 第 2 列讀 取 所 需 要 顯示 的 數(shù) 據(jù) 至 顯示 寄 存 器選 通 第 1 列 選 通 第 1 6 列從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 2 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 6 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D選 通 L E D 第1 6 列選 通 L E D 第1 列選 通 L E D 第2 列按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行 圖 33 掃描顯示程序原理圖 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)表達(dá)方式 該顯示系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)采取縱向取模方向正向的數(shù)據(jù)存儲方式如圖 34， 圖 34 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)原理圖 即數(shù)據(jù)是