【正文】 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 1 緒 論 LED 電子顯示屏是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子﹑光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。 從 LED 顯示屏的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，首先出現(xiàn)的是以顯示短小文字信息為主的條形圖文顯示屏，繼而開發(fā)出 LED 圖像顯示屏，它使具有灰度級(jí)的圖像能夠在公共場(chǎng)合進(jìn)行展示，成為當(dāng)時(shí)一大景觀。它已成為既可以播放來(lái)自于計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)視頻信息，也可以播放來(lái)自存儲(chǔ)設(shè)備的靜態(tài)圖像的綜合的多功能的大型顯示設(shè)備。 LED 顯示屏系統(tǒng)的概況 自從 1907 年 發(fā)現(xiàn)了金剛砂晶體通電后可以發(fā)光的現(xiàn)象，至今已經(jīng)將近一個(gè)世紀(jì)了。一直到 1955 年前后才在半導(dǎo)體理 論和發(fā)光現(xiàn)象的研究方面取得了突破性的進(jìn)展，一方面 提出了有關(guān)半導(dǎo)體鍺的PN結(jié)研究報(bào)告；另一方面 研究了磷化鎵的發(fā)光現(xiàn)象。至 1968年美國(guó) Monsanto 公司和 HP 公司首先生產(chǎn)出紅色 LED 發(fā)光燈，使 LED 正式成為一種電子產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。 LED 器件的種類繁多。 LED 發(fā)光燈可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等多種類型。這種單個(gè)的發(fā)光燈適宜用做指示燈，如電源東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 2 指示、電路狀態(tài)指示等，進(jìn)而對(duì)能夠轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的各種物理量進(jìn)行指示。 LED 應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，要求生產(chǎn)更直接更方便的 LED 顯示器件。各種顯示器的核心部件仍然是發(fā)光半導(dǎo)體芯片，只不過(guò)各種顯示器的結(jié)構(gòu)不同，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需要。 用多個(gè) LED 發(fā)光燈組成的點(diǎn)陣，通過(guò)各個(gè)發(fā)光燈通斷的不同組合，可以顯示任意圖形文字，是構(gòu)成 LED 顯示屏的基本單元組件。 LED 發(fā)光器件在發(fā)光強(qiáng)度、色彩、響應(yīng)速度、耗電量、可靠性、壽命以及抗惡劣環(huán)境等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，使其成為發(fā)布公眾信息的主要工具。 LED 顯示屏控制技術(shù)狀況 顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號(hào)控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個(gè)單元內(nèi)部的不同驅(qū)動(dòng)電路和各級(jí)聯(lián)單元之間，每個(gè)時(shí)鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。 動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù) LED 顯示屏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個(gè)發(fā)光一極管都對(duì)應(yīng)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)寄東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 3 存器，無(wú)需時(shí)分工作，從而保證了每一個(gè)發(fā)光一極管的亮度占空比為 100%。 自動(dòng)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制技術(shù) LED 顯示屏的構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直接影響顯示屏的正常運(yùn)行。 系統(tǒng)分析 設(shè)計(jì)目標(biāo) ： 1）控制系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)漢字顯示的功能，可以顯示任意漢字并通過(guò)上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行修改； 2）漢字可以實(shí)現(xiàn)上、下、左、右翻轉(zhuǎn)的功能， LED 顯示屏閃爍頻率不低于50Hz，顯示屏亮度以在正常光照條件下能看清漢字； 3）控制系統(tǒng)中必須具備 RS232 接口以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，以滿通過(guò) RS232串行異步通信進(jìn)行 LED 顯示屏與上位機(jī)程序的連接； 4）提供上位機(jī)通信程序用于對(duì) LED 顯示屏輸入需要的漢字。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明 本文所設(shè)計(jì)的是一個(gè)同等灰度的單色條形顯示屏控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)以AT89C52 為控制器，采用 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn) ，可同時(shí)顯示 32個(gè) 16 8點(diǎn)陣的漢字﹑字符或數(shù)字。其顯示和動(dòng)態(tài)效果（主要是顯示內(nèi)容的滾動(dòng)）的實(shí)現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動(dòng)，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先 的設(shè)計(jì)進(jìn)行。這時(shí) 一般的顯示系統(tǒng)就很難達(dá)到要求。本文提出一種利用 PC 機(jī) 和單片機(jī)控制的 LED 顯示系統(tǒng)通訊方法。 顯示屏控制系統(tǒng)由顯示控制器和 LED 點(diǎn)陣顯示屏組成。 圖 11 LED 點(diǎn)陣模塊 AT 89 C 52 控制板 及驅(qū)動(dòng)電路 可擴(kuò)展字庫(kù) RS 232 接口 LED 板 控制板 計(jì)算機(jī) 文字輸入程序 AT89C52 控制板及驅(qū)動(dòng)電路 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 5 從圖 11 中可以很清楚的看到本系統(tǒng)主要有三個(gè)部分組成：計(jì)算機(jī)、控制板 、LED 板。計(jì)算機(jī)的連接對(duì)象是控制板，完成數(shù)據(jù)的處理及信息的傳輸。 控制板是本系統(tǒng)的核心部件。 LED 板作為顯示系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)部件，其只受控制板控制． 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 總體方案論證與設(shè)計(jì) 6 2 總體方案論證與設(shè)計(jì) 為使該模塊化 LED 顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng) LED 點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)一般有兩種方案： 方案一： 采用可編程邏輯器件作為核心控制器產(chǎn)生 LED 點(diǎn)陣的行、列驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因此，本設(shè)計(jì)并未采用這種方案。 AT89C52 單片機(jī)具有豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快， 除了 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、 振蕩 電路、復(fù)位電路等， 體積小，可靠性高。這樣提供了充足的內(nèi)部空 間和更多的外部接口，極大地縮短了總體設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng) LED，原理簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)， LED 的亮度也可以通過(guò)限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的 I/O 口，只適合于較小的系統(tǒng)。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的 LED，控制方式較靈 活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 方案 方案一：采用靜態(tài) RAM 存儲(chǔ)顯示屏的顯示內(nèi)容，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 總體方案論證與設(shè)計(jì) 7 容量大，傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。 方案二：采用 ROM 芯片存儲(chǔ) LED 顯示屏要顯示的信息，采用 ROM 芯片可以長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)信息，一旦寫入之后就不能隨意更改，特別是不能在程序運(yùn)行過(guò)程中寫入新的內(nèi)容，而只能讀存儲(chǔ)單元內(nèi)容 比較以上兩種種方案，方案一有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此選者方案一。首先要確定點(diǎn)陣信息提取方案。這種方法占用空間少，程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單，顯示速度快。但是，要想顯示大量的漢字信息或直 接對(duì)顯示信息進(jìn)行更新，則幾乎是不可能的事。 方案二：將標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣信息字模數(shù)據(jù)的字庫(kù)文件（本系統(tǒng)中采用漢字庫(kù)文件HZK1 ASCII 碼庫(kù)文件 ASC16）裝入外擴(kuò) ROM 存儲(chǔ)器，采用與 PC 機(jī)相同的編碼（機(jī)內(nèi)碼），先進(jìn)行基于 PC 機(jī)的預(yù)處理，提取需顯示內(nèi)容的機(jī)內(nèi)碼，通過(guò)串口發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)首先進(jìn)行判斷，若是 ASCII 碼，則直接計(jì)算出起始地址，在 ASC16 文件中指定位置取出連續(xù)的 16 個(gè)字節(jié)即為其字模信息；若為漢字，單片機(jī)將機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為區(qū)碼和位碼，再計(jì)算出起始地址，在 HZK16 文件中指定位置取出連續(xù)的 32 個(gè)字節(jié)即為其字模信息，然后送到顯示器去顯示。這樣既可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且可以根據(jù)要求隨時(shí)改變顯示內(nèi)容，非常簡(jiǎn)單靈活?？刂破鞑捎?AT89C52 作為中央處理器，完成與 PC 機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯 示屏顯示數(shù)據(jù)的控制?？刂破髋c計(jì)算機(jī)的連接根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近選用RS232 標(biāo)準(zhǔn)總線接口。硬件電路包括 LED 驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 PC 機(jī)通信模塊等三大模塊。本次設(shè)計(jì)中 LED 的驅(qū)動(dòng)是采用三極管和 74LS154 實(shí)現(xiàn)的。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來(lái)。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是耗電少，成本低，壽命長(zhǎng)，但是也存在顯示亮度及內(nèi)容顯示穩(wěn)定的問(wèn)題。 行信號(hào)的處理是由四十六譯碼器 74LS154，輸出為高。 單片機(jī) AT89C52 介紹 AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 AT89C52 主要功能特性： 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 256x8bit 內(nèi)部 RAM 時(shí)鐘頻率 024MHz 可編程 UART 串行通道 共 6 個(gè)中斷源 3 級(jí)加密位 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52 各引腳功能及 管腳電壓概述： AT89C52 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 89c52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏 極開路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 表 31 為 和 的第二功能 圖表： 表 31 引腳號(hào) 功能特性 T2，時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2） P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯 門電路。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位 字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 特殊功能寄存 器 ： AT89C52 片內(nèi)存儲(chǔ)器中， 80HFFH 共 128 個(gè)單元為特殊功能寄存器（ SFE）， SFR 的地址空間映象如表 2 所示 。對(duì)沒(méi)有定義的單元讀寫將是無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89C52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 80HFFH 高 128 個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器（ SFR）地址是重疊的，也就是高 128 字 節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開的。如果指令是直接尋址方式則為訪問(wèn)特殊功能寄存器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄 存器 T2CON 的 C/T2 位選擇。 定時(shí)器 2 由兩個(gè) 8 位寄存器 TH2 和 TL2 組成，在定時(shí)器工作方式中，每個(gè)機(jī)器周期 TL2 寄存器的值加 1，由于一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)振蕩時(shí)鐘構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/12。若在第一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為 1，而在下一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為 0，則在緊跟著的下一