【文章內(nèi)容簡介】 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 [7]。 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、不同存儲器點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 6 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 KEILC51 編譯器。目前在單片機(jī)開發(fā)中普遍都是使用 KEIL 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， KELC 為編譯工具按照控制、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 [8]。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 [9]。 第三章 點(diǎn)陣屏 7 第三章 點(diǎn)陣屏 點(diǎn)陣屏原理 點(diǎn)陣的顯示原理 LED 點(diǎn)陣屏有單色和雙色、全彩三類，可顯示紅，黃， 綠，橙等。 如圖 示， LED 點(diǎn)陣有 4* 4* 5* 5* 8* 16*1 24*2 40*40等多種；根據(jù)圖素的數(shù)目分為等，雙原色、三原色等，根據(jù)圖素顏色的不同所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同，單原色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙原色和三原色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由圖素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極體點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，假如按照脈沖方式控制二極體的點(diǎn)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。 如圖 ，LED 點(diǎn)陣根據(jù)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(diǎn)陣為例，它共由 64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對應(yīng)的某一行置 1電平，某一列置 0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；如要將第一個點(diǎn)點(diǎn)亮，則 9腳接高電平 13腳接低電平，則第一個點(diǎn)就亮了；如果要將第一行點(diǎn)亮，則第 9腳要接高電平，而（ 1 1 1 16）引腳接低電平，那么第一行就會點(diǎn)亮；如要將第一 列點(diǎn)亮，則第 13腳接低電平，而（ 1 1 5）引腳接高電平，那么第一列就會點(diǎn)亮 。 圖 8*8LED 點(diǎn)陣 圖 點(diǎn)陣內(nèi)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(diǎn)所在的位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 8 同時控制各個發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。另一種顯示方法為動態(tài)掃描，簡單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如說16行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就是 16*16的點(diǎn)陣來說 ，把所有同一行的發(fā)光管的陽極還在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行的使其點(diǎn)亮相同時間，然后熄滅；以此類推，第十六行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)循環(huán)。當(dāng)這樣的循環(huán)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(wěn)定的圖形了。 點(diǎn)陣屏的組合 本方案中使用的點(diǎn)陣型號為 ARK SZ411288K 1212，為共 陽型，單色高麗紅 8*8點(diǎn)陣管， 一 般我們使用點(diǎn)陣顯示漢字是用的 16*16的點(diǎn)陣宋體字庫，所謂 16*16，是每一個漢字在縱、橫各 16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。也就是說用四個 8*8點(diǎn)陣組合成一個16*16的點(diǎn)陣。首先得明確單個 8*8點(diǎn)陣的引腳所對應(yīng)的行列，然后再進(jìn)行 2個 8*8橫向級聯(lián)，把 8條行線一一對應(yīng)連接，連接后，這個 8*16的點(diǎn)陣就有 8條行線， 16條列線；暫且把這個 8*16的點(diǎn)陣叫做 “上 8行 ”，之后重復(fù)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(yīng)，就完成了。再以同樣的方式 對應(yīng)連接完成 16條列線，完成之后的 16*16點(diǎn)陣有 16條行線， 16條列線。通過 Proteus 仿真組合的圖 。 圖 仿真組合連接圖 點(diǎn)陣的驅(qū)動原理 若要正向點(diǎn)亮一個 LED，至少也得 1020mA；如果電流不夠大，則 LED 不夠第三章 點(diǎn)陣屏 9 亮。而不管是 8051的輸入 /輸出口，亦或是 TTL、 CMOS 的輸出端，其高電平輸出電流都是不很高，大不了 12mA 而已。因此，也很難直接用高電平驅(qū)動 LED。這時候就需要額外的驅(qū)動電路，對于 共陽型和共陰型的 LED 點(diǎn)陣分別各自對應(yīng)兩種驅(qū)動電路 。 共陰型的兩種驅(qū)動電路。 、高電平顯示信號驅(qū)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(zhuǎn)到臨近的其他列，掃描信號輸出為低電平，外接一個反相驅(qū)動器，連接于 LED 點(diǎn)陣的列引腳； 、高電平顯示信號驅(qū)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(zhuǎn)到鄰近的其他列，掃描信號經(jīng)限流電阻連接于 PNP 晶體管的基極。晶體管的集極接地，射極則連至 LED 點(diǎn)陣的列引腳 ，實現(xiàn) 低 電平掃描，高電平顯示 。 共陽型的兩種驅(qū)動電路。 、高電平顯示信號驅(qū)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(zhuǎn)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； 、高電平顯示信號驅(qū)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(zhuǎn)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(diǎn)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(qū)動。 在本課題中，所選用的點(diǎn)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(qū)動方式。 字模的提取 在計算機(jī)中，一個字漢字常由 16行 16列的像素點(diǎn)表示。即每一個漢字由 256個像素點(diǎn)構(gòu)成，若 1bit 對應(yīng)一個像素點(diǎn)，那么表示一個 16*16點(diǎn)陣的漢字需要 32Byte的存儲空間。 一個 16*16LED 點(diǎn)陣在單片機(jī)的控制下，當(dāng)像素點(diǎn)為 1時，相應(yīng)的 LED 燈亮，當(dāng)像素點(diǎn)為 0時，相應(yīng)的 LED 滅，那么，點(diǎn)亮的 LED 燈在點(diǎn)陣上就可以顯示出一點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 10 個字出來。實際上，這就是 LED 或 LCD 點(diǎn)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(jìn)行取模時，通常會有兩種方式，第一種是在圖形模式下進(jìn)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(qū)然后取模。同時該軟件可以生成自己想要的字庫，豐富了點(diǎn)陣的顯示內(nèi)容，以及簡化了設(shè)計過程。 該軟件的操作界面簡單如圖 。 圖 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[]={ 0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0xF8,0x11,0x10, 0x11,0x10,0x11,0x10,0x11,0x10,0xFF,0xFE, 0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11, 0x1F,0xF9,0x00,0x01,0x00,0x0F,0x00,0x00/*電 */} 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計概述和功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計主要由上位機(jī)，通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動電路和 1616 的點(diǎn)陣屏六部分組成。具體工作流程為：上位 PC 機(jī)通過通信系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機(jī)接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過 I/O 口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動電路進(jìn)行電壓和電流的處理以達(dá)到 LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進(jìn)而使顯示屏顯示內(nèi)容 [10]。 根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng) 之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖 所示。 圖 硬件原理圖 該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點(diǎn) 。 1. LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標(biāo)準(zhǔn)。并且顯示要清晰； 2. 驅(qū)動電路要能提供 LED 顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求； 3. 譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機(jī)以及驅(qū)動電路的要求； 4. 單片機(jī)要能接收上位機(jī)的指令和顯示內(nèi)容且 能夠處理后控制 LED 顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動能力要足以驅(qū)動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求； 單 片 機(jī) 列驅(qū)動器 行 驅(qū) 動 器 電源 LED 顯示點(diǎn)陣 點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 12 5. 單片機(jī)由 ISP 下載線下載程序； 6. 由串口完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸_(dá)到顯示要求。 控制單元設(shè)計 控制單元是整個顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用 51 系列單片機(jī)為核心器件，用來和上位機(jī)通信處理上位機(jī)發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。 在 51 系列單片機(jī)中選定一款合適的機(jī)型來作為控制單元的主控芯 片。根據(jù)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(shè)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(jī)的執(zhí)行速度要盡可能的快。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇 STC89C52 為控制單元的主控芯片。 STC89C52 簡介 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU