【導(dǎo)讀】系統(tǒng)、銀行等工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所，產(chǎn)業(yè)面臨良好的市場發(fā)展機(jī)遇及前景。本設(shè)計(jì)是由4個(gè)8×8LED點(diǎn)陣組成的電子顯示屏設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)以ATMEL公司生產(chǎn)。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示。整個(gè)漢字，采用4塊8×8點(diǎn)陣LED顯示模塊來組成1個(gè)16×16點(diǎn)陣顯示模式。采用PC機(jī)作為上位機(jī)，上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送控制命令和上位機(jī)所存儲(chǔ)的顯示代碼，相應(yīng)軟件的程序設(shè)計(jì)等。

　　

【正文】 L K 端 置 高 圖 42 靜態(tài)顯示程序流程圖 顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按列與數(shù)據(jù)元 素的對(duì)應(yīng)關(guān)系第 i列對(duì)應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第 i 個(gè) 到 第 i+16 個(gè)元素。將對(duì)應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與 0x01 相與，所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的 A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 讀 取 顯 示 字 符開 始移 位 次 數(shù) 是 否 為 1 6NY顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 在 數(shù) 組 中的 位 置 前 /后 移 一 位 讀 取 顯 示 字 符開 始移 位 次 數(shù) 是 否 為 1 6NY顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 左 /右移 一 位 圖 43 左移 /上移 的 程序流程圖 動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖 43 所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原理通過改變實(shí)際 LED 列與數(shù) 據(jù)邏輯列的方法來實(shí)現(xiàn)程序的左右移動(dòng)。顯示數(shù)據(jù)與列的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：第 i 列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為數(shù)組中 i和第 2 i個(gè)數(shù)據(jù)。所以當(dāng) 74HC595 選通時(shí)，而送入后一列的數(shù)據(jù)則相當(dāng)于畫面左移移位，同理送入前一列數(shù)據(jù)相當(dāng)于右移一位。如此循環(huán)則產(chǎn)生一幅穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的畫面。顯示數(shù)組中，第 1 至 16 個(gè)元素的第 8至第 1位 LED 顯示屏中的第 1至第 8行。同理第 17 至 32個(gè)元素的第 8至第 1位 LED 顯示屏中的第 9至第 16行。所以將元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生上下移動(dòng)的效果 [15]。 通訊程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。 AT89S52 共有六個(gè)中斷源： 2個(gè)外部中斷（ INT0和 INT1）、 3 個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器 0、 1 和 2）和 1 個(gè)串行中斷。 中斷源就是向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的來源。 AT89S52 單片機(jī)設(shè)置了 4 個(gè)專用寄存器用于中斷控制，分別為定時(shí)器控制寄存器（ TCON），串行口中斷控制器（ SCON），中斷允許控制寄存器（ IE），中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（ IP）。編程時(shí)通過設(shè)置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)。 在編輯中斷程序時(shí)首先是將中斷控制寄存器（ IE）初始化。其控制位分布如表。 EA為中斷允許總控制位， EA=1 時(shí) CPU 開發(fā)中斷； EA＝ 1時(shí)。 CPU 屏蔽所有中 斷。 ET ES、ET EX ET0、 EX0 為對(duì)應(yīng)的 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 中斷 、 串行口中斷、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 中斷、外部中斷 1中斷、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 中斷、外部中斷 0 中斷的中斷允許位。對(duì)應(yīng)位為 1時(shí)允許其中斷，對(duì)應(yīng)位為 0 時(shí)，禁止其中斷。 表 41 中斷允許控制寄存器 IE 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位標(biāo)志 EA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 位地址 AF AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H 所以初始化時(shí)設(shè)定中斷允許寄存器初值為 0XFF，指令為 IE=0XFF。程序設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到中斷優(yōu)先級(jí)的問題。因?yàn)椴煌闹袛嗤瑫r(shí)產(chǎn)生而 CPU 響應(yīng)的順序取決于內(nèi)部查詢順序。 TCON 主要用于寄存外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志、定時(shí)器溢出標(biāo)志、和外部中斷觸發(fā)方式的選擇。該寄存器的字節(jié)地址是 88H，可以位尋址；位地址是 88H~8FH。其格式如下 表 42： 表 42 定時(shí)器／計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位標(biāo)志 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 其中與中斷有關(guān)的控制位共 6 位： IE0 和 IE1：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng) CPU 采樣到或端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求（低電平或脈沖下降沿）時(shí)， IE0 或 IE1 位由片內(nèi)硬件自動(dòng)置 1；當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由片內(nèi)硬件自動(dòng)清 0。 IT0 和 ITl：外部中斷請(qǐng)求信號(hào)觸發(fā)方式控制標(biāo)志。 IT0（或 IT1） =1，（或）信號(hào)為脈沖觸發(fā)方式，脈沖負(fù)跳沿有效； IT0（或 IT1） =0，（或）信號(hào)電平觸發(fā)方式，低電平有效。 IT0（或 IT1）位可由用戶軟件置 1或清 0 TF0 和 TFl：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器溢出中斷請(qǐng)求標(biāo) 志。當(dāng)定時(shí)器 0（或定時(shí)器 1）產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)， TF0（或 TF1）由片內(nèi)硬件自動(dòng)置 1；當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由片內(nèi)硬件自動(dòng)清 0。 TR0 和 TR1: TR0(或 TR1)=1，表示啟動(dòng)定時(shí)器 0（或定時(shí)器 1）；該標(biāo)志位也可用于查詢方式，即用戶程序查詢?cè)撐粻顟B(tài)，判斷是否應(yīng)轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的處理程序段。待轉(zhuǎn)如處理程序后，必須由軟件清 0。 設(shè)置串口工作方式 1，波特率 9600，計(jì)算可得計(jì)數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為 0XFD。具體串口中斷程序流程圖如圖 44 所示，在主程序中先進(jìn)行了串行中斷的初始化，初始廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 化內(nèi)容包括了串行工作方式 選擇，波特率的設(shè)定，計(jì)數(shù)初值的設(shè)定。程序開始進(jìn)入中斷等待，當(dāng) PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷接收允許位 RI 置 1，將 SBUF（緩沖寄存器）中的值輸入到暫存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。首先判斷 接受到數(shù)據(jù)是否相應(yīng)設(shè)定左移或者上移指令，如果是則做相應(yīng)處理，不是就繼續(xù)等待 。 控 制 命 令 賦 值 給 控 制 字 符顯 示 數(shù) 據(jù) 移 入 顯 示 數(shù) 組 將中 斷 開 始R I = 1 ?中 斷 返 回N串 口 接 收 數(shù) 據(jù)判 斷 控 制 命 令 圖 44 通信程序流程圖 所有軟件編寫完成后都必須經(jīng)過編譯才能被單片機(jī)識(shí)別使用。為了減小軟件的修改和優(yōu)化難度，先把各子程序?qū)憺橐粋€(gè)可單獨(dú)執(zhí)行的完整程序。各子程序編譯沒有錯(cuò)誤后再輸入單片機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證 ，這兩項(xiàng)都通過后再將所有的程序整合到一起形成一個(gè)完整的程序再進(jìn)行編譯和驗(yàn)證。詳細(xì)程序見附錄 B。 基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 5 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)電路原理圖對(duì) 硬件 焊接 ，然后 軟件編寫 程序，下載到單片機(jī) 后，得出實(shí)物如圖51所示。實(shí)物完成后必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，檢查設(shè)計(jì) 功能是否實(shí)現(xiàn)了。軟件硬件完成后開始進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試可分為硬件調(diào)試、 軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。 圖 51 實(shí)物圖 系統(tǒng) 部分 硬件調(diào)試方法 硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸出輸入電壓是否符合設(shè)計(jì)要求，最后測試各硬件部分能否完成設(shè)計(jì)功能。因此把硬件調(diào)試按照以下 五 部分分步來進(jìn)行： （ 1） 用萬用表 測試所有焊點(diǎn)是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在； （ 2）通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)； （ 3）測試 AT89S52 單片機(jī)是否可以正常工作； （ 4）測試 ISP 下載線 的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)； （ 5）測試串口系統(tǒng)的通信功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。 由于最重要的顯示系統(tǒng)功能的測試需要軟件配合所以在硬件調(diào)試部分只測試單片機(jī)復(fù)位電平，功能部分測試放在系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試部分來完成。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 短路與虛焊檢測 檢測工具為萬用表，使用萬用表的短路報(bào)警功能，逐個(gè)測試相臨的兩個(gè)焊點(diǎn)檢測 是否短路。按照電路圖檢測需要連接的兩點(diǎn)是否短路來檢測是否已經(jīng)連接上，以此來檢測虛焊的情況。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險(xiǎn)和由于虛焊引起檢測結(jié)果不真實(shí)的麻煩。 上電測試 由于系統(tǒng) 采用 220V 轉(zhuǎn)化為 5V 電壓變換，因此在測試時(shí)先斷開所有低壓器件，然后從轉(zhuǎn)后電壓開始測試，經(jīng)變壓后應(yīng)該為交流 9V左右的電壓，后經(jīng)整流為 5V 左右 。顯示系統(tǒng)中單片機(jī)、譯碼器，鎖存器，驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓均要求為 5V 所以可以 同時(shí)直接接入。 上電后首先觀察電路是否有過熱，異味，冒煙的現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過觀察，沒有這些現(xiàn)象 出現(xiàn)。然后測試各器件的電源，接地及一些電平應(yīng)該固定的端口的電壓。測試的結(jié)果為：各器件電源端在 ， 滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù)載時(shí)端口電壓為 。 單片機(jī)測試 為了 讓系統(tǒng)可以正常工作，減少在調(diào)試過程中的麻煩。本設(shè)計(jì)中加入了一個(gè)紅色LED 測試燈用來對(duì)單片機(jī)是否正常工作測試。在電路連接好后，編寫簡單單個(gè) LED 測試 燈顯示測試程序，檢測單片機(jī)是否可以正常工作及復(fù)位。 ISP 下載測試 為了方便單片機(jī)程序修改及下載 ， 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用在線系統(tǒng)編程，即 ISP。 方便 調(diào)試程序時(shí) 不用從電路板上取下單片 機(jī)芯片就可以編程。它 與單片機(jī)引腳連接如下圖 52所示。 基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 圖 52 ISP 硬件 調(diào)試 其調(diào)試方法是先測量相關(guān)引腳連接是否正常，然后連接 ISP 下載器，下載 USB 驅(qū)動(dòng)，完成連接后。打開軟件 AVR fighter for USBASP，如下圖 53 所示。點(diǎn)擊裝 FLASH打開編寫好相關(guān)程序，點(diǎn)擊編程即可以把程序下載到單片機(jī)，也可以點(diǎn)擊擦除，對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行擦除。 圖 53 ISP 下載 調(diào)試圖 串口 發(fā)送指令 調(diào)試 串口部分的作用為單片機(jī)與 PC 機(jī)之間通信，要檢查硬件是否正常工作可以采用將MAX232 芯片的單片機(jī)端輸出口與輸入口直接相連的辦法來測試。具體電路圖如圖 54所示，將 MAX232 的第 10 端和第 9端直接短接。功能上表示將單片機(jī)的輸出口與輸入口直接相連，單片機(jī)收到數(shù)據(jù)的同時(shí)就將數(shù)據(jù)發(fā)送回 PC 機(jī)。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠被接收則證明串口通信部 分的硬件是正常的。將串口與電腦 COM1 相接，通過串口調(diào)試助手發(fā)廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 送不同位數(shù)的數(shù)據(jù)再在把發(fā)送的數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)相比較。 圖 54 串口硬件調(diào)試 其中測試串口程序的功能是否完善不但要連接單片機(jī)系統(tǒng)還要借助串口調(diào)試工具。串口調(diào)試工具選用的是串口 調(diào)試 小 助手 ， 如下圖 55所示。 其功能是按照設(shè)定的串口、波特率向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收單片機(jī)向 PC 機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。并且能把發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示在狀態(tài)欄內(nèi)。因此只要設(shè)定 PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的內(nèi)容和單片機(jī)向 PC機(jī)發(fā)送的內(nèi)容就可以通過串口調(diào)試助手驗(yàn)證串口通信是否準(zhǔn)確，是否滿足功能要求。 串口程序的設(shè)計(jì)為：設(shè)定波特率位 9600，單片機(jī)接收 到發(fā)送字母后再把字母相對(duì)應(yīng) 十六進(jìn)制數(shù)再發(fā)送會(huì) PC 機(jī)。測試程序時(shí)設(shè)定波特率為 9600，選擇串口 1，無校驗(yàn)， 8位數(shù)據(jù)。 PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的內(nèi)容為 小寫字母 r 和 u。 PC 機(jī)收到的數(shù)據(jù)為 十六 進(jìn)制數(shù)據(jù)為 F2 和 F5。測試表明串口程序和串口電路實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。再進(jìn)行數(shù)次不同數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收到的數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)要求的實(shí)現(xiàn)。 基于單片機(jī)的 LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 圖 55 串口調(diào)試圖 串口程序測試成功后為顯示程序提供了準(zhǔn)確的顯示內(nèi)容。余下得各種顯示程序和中斷程序都編譯成功后只有聯(lián)合硬件才能驗(yàn)證其功能的可行性。 漢字字模生成 與提取 字模生 成 原理 本設(shè)計(jì)中因?yàn)槭褂脻h字的點(diǎn)陣顯示，需要提取漢字字模，因此我們首先來了解漢字點(diǎn)陣字模的提取方法。 漢字的點(diǎn)陣字模 是從 點(diǎn)陣字庫文件 中提取出來的 。例如常用的 1616 點(diǎn)陣 HZK16文件， 1212 點(diǎn)陣 HZK12 文件等等，這些文件包括了 GB2312 字符集中的所有漢字?，F(xiàn)在只要弄清漢字點(diǎn)陣在字庫文件中的格式，就可以按照自己的意愿去顯示漢字了。 下面以 HZK16 文件為例，分析取得漢字 點(diǎn)陣 字模的方法。 HZK16 文件是按照 GB231280標(biāo)準(zhǔn)，也就是通常所說的國標(biāo)碼或區(qū)位碼的標(biāo)準(zhǔn)排列的。國標(biāo)碼分為 94 個(gè)區(qū) (Section)，每個(gè)區(qū) 94 個(gè)位 (Position），所以也稱為區(qū)位碼。其中 01～ 09 區(qū)為符號(hào)、數(shù)字區(qū)， 16～ 87區(qū)為漢字區(qū)。而 10～ 15 區(qū)、 88～ 94 區(qū)是空白區(qū)域。 如何取得漢字的 區(qū)位碼呢 ？ 在計(jì)算機(jī)處理漢字和 ASCII 字符時(shí)，使每個(gè) ASCII 字符占用 1個(gè)字節(jié)，而一個(gè)漢字占用兩個(gè)字節(jié)，其值稱為漢字的內(nèi)碼。其中第一個(gè)字節(jié)的值廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）