【文章內容簡介】 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以功能放大位目的的驅動電路。 硬件設計 方案 最終方案如圖 23 所示，以 PC機作為上位機存儲和處理顯示內容用串行通信的方式將顯示內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內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。 單片機譯碼電路1 6 1 6 L E D顯 示 屏顯示驅動電路串行通信P C 機 圖 23 硬件設計方案 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，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的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。 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(yōu)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(zhí)行速度快，占內存空間少等優(yōu)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。 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，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(yōu)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、不同存儲器的尋址及數據類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結構，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；編程及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。 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(zhí)行還 需要編譯為單片機可執(zhí)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 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。目前在單片機開發(fā)中普 遍都是使用 KELL 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， 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 顯示內容，然后通過通信系統傳送到控制系統驅動顯示。 LED 顯示上位機的內容一般有實時顯示和存儲顯示兩種方法。實時顯示及上位機屏幕上的內容同時顯示在 LED 顯示屏上，上位機上內容變化 LED 顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示內容處理過后存儲在上位機中通過通信系統傳輸到顯示屏顯示 [9]。兩種顯示方法相比較：實時顯示屏幕能及時反應上位機內容的變化，顯示的效果和內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寸不大同時顯示的內容不多，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顯示屏的顯示內容。 第 3 章 系統軟件設計 程序設計 系統軟件采用 C 語言編寫，按照模塊化的設計思路設計。首先分析程序所要實現的功能，程序要實現串口通信，靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示三大功能。其功能結構如圖24 所示。通信程序接收上位機數據，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進行顯示。 主程序的工作流程如圖 31所示： 圖 31 主程序流程圖 圖 32 中斷服務程序流程圖 程序開始時首先必須對單片機進行初始化，其中初始化的內容包括：中斷優(yōu)先級的設定，中斷初始化，串行通信時通信方式的選擇和波特率的設定，各 IO 口功能的設定等。初始化完成后程序進入待機狀態(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 點陣顯示屏的控制方式是由按鍵控制還是上位機控制和顯示狀態(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)。中斷產生后由預先初始化時設定跳轉執(zhí)行中斷子程序。中斷程序設定了 LED 點陣顯示屏所要顯示的內容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。按照設定的方式和內容系 統 初 始化 從顯示數組讀取數據到顯示寄存器 讀取顯示控制命令選擇顯示方式 調用相應顯示程序 RI=1? 起始位？ 接收顯示數據及控制命令 將顯示數據移入顯示數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 顯示出所需要的內容。 顯示程序的設計 LED 顯示屏的顯示方式 LED 點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容，需要重新輸出新的點陣數據．這種方式系統原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅動裝量很多，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，重復循環(huán)進行．在重復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行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅動電路可重復利用，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、維護要容易許多，可靠性也增加了． 兩種顯示方式的比較再結合 51單片機 I/O口數量有限的原因決定采用動態(tài)掃描的方式進行顯示。 動態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數據輸入端分別是行還是列。在該顯示系統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列的數據，這樣從第 1 列到第 16 列循環(huán)往復，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 據 中 讀 取第 1 列 對 應 的行 數 據選 通 第 2 列讀 取 所 需 要 顯示 的 數 據 至 顯示 寄 存 器選 通 第 1 列 選 通 第 1 6 列從 數 據 中 讀 取第 2 列 對 應 的行 數 據從 數 據 中 讀 取第 1 6 列 對 應 的行 數 據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 據 導 通相 應 行按 數 據 導 通相 應 行按 數 據 導 通相 應 行 圖 33 掃描顯示程序原理圖 點陣數據表達方式 該顯示系統的顯示數據采取縱向取模方向正向的數據存儲方式如圖 34， 圖 34 點陣數據原理圖 即數據是