基于單片機(jī)89C51和89C2051點(diǎn)陣LED圖文顯示

1 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介
隨著圖形點(diǎn)陣LED顯示模塊在各行各業(yè)的逐步使用，使得人機(jī)界面變得越來(lái)越直觀(guān)形象，尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)需要有漢字和圖形顯示的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，顯示界面的友好與否，將直接影響到其產(chǎn)品的形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
本 文所介紹的點(diǎn)陣LED顯示屏，顯示漢字和各種常見(jiàn)字符等信息，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、字型美觀(guān)、圖案清析。采用高性能單片機(jī)控 制，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有掉電保護(hù)功能，可完全脫機(jī)運(yùn)行，可以顯示約2000個(gè)文字。經(jīng)過(guò)一條RS-232串口線(xiàn)與電腦連接更換信息，操作簡(jiǎn)單，使用 方便。
2 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、RS-232通訊電路、控制電路和LED點(diǎn)陣顯示電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
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圖1 LED點(diǎn)陣顯示電路構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖
上 位計(jì)算機(jī)可選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者普通個(gè)人計(jì)算機(jī)。單塊條屏由控制電路和驅(qū)動(dòng)顯示電路組成。控制電路負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信，可根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近選用RS- 232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)接口。本電路采用RS-232接口的3腳（TXD）和5腳（GND），計(jì)算機(jī)向控制電路發(fā)送漢字或字符內(nèi)碼；控制電路存儲(chǔ)該 內(nèi)碼并在字庫(kù)中對(duì)應(yīng)漢字或字符點(diǎn)陣，向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào)；顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)根據(jù)行列選通信號(hào)，向指定LED發(fā)光器件提供驅(qū)動(dòng)電流。
2.1 顯示控制電路
控制部分以單片機(jī)89C51為核心，輔以外圍電路，完成串行通信、外部存儲(chǔ)器讀取、行列選通信號(hào)輸出等任務(wù)。
為 使計(jì)算機(jī)與控制電路能夠隨時(shí)通信，需要單片機(jī)89C51與89C2051與其它器件之間可以通信。當(dāng)89C2051接收到計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，通過(guò) P3.2腳向89C51發(fā)送中斷信號(hào)，此時(shí)該腳作為I/O口。而后89C51響應(yīng)該中斷，并通過(guò)P1口接收來(lái)自89C2051P1口的數(shù)據(jù)。
在PC 機(jī)內(nèi)部，漢字是以機(jī)內(nèi)碼的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。單片機(jī)89C51將采集來(lái)的數(shù)據(jù)放到串行E2PROM（24LS32）中，P3.3接SDA和 P3.4接SCL。所以在沒(méi)有與計(jì)算機(jī)通信的時(shí)候也可以讀取串行E2PROM（24LS32）中存儲(chǔ)的漢字或字符內(nèi)碼并最終顯示。89C51的串口接收由 E2PROM（24LS32）存儲(chǔ)的漢字內(nèi)碼，并將其換算成漢字首地址，從4Mbit的EPROM(M27C4001、并行口)的字庫(kù)中提取相應(yīng)的漢字 (一組32字節(jié)的數(shù)據(jù))，對(duì)應(yīng)于顯示屏排列好存貯到片外RAM（CY6264，64Kbit）中，重復(fù)上述過(guò)程將所有的漢字都提取出并排列存儲(chǔ)好，最后由 89C51將RAM中的數(shù)據(jù)經(jīng)P1口和P3口輸出給顯示驅(qū)動(dòng)電路。
漢 字庫(kù)的制備與普通程序存儲(chǔ)器的燒錄并無(wú)區(qū)別。將漢字庫(kù)文件以二進(jìn)制形式打開(kāi)，通過(guò)編程器燒錄到M27C4001中即可[1]。M27C4001的19位地 址和CY6264的13位地址信號(hào)分別由P0口（經(jīng)D鎖存器74HC573輸出作為地址線(xiàn)）、P2口、P1口(P1.5～P1.7復(fù)用)產(chǎn)生 。串行E2PROM（24LS32）、EPROM(M27C4001)、RAM（CY6264）與單片機(jī)的接口如圖2[2]所示。   
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圖2 單片機(jī)控制電路原理框圖
在顯示功能中，有一種是顯示年月日的。如果不與計(jì)算機(jī)時(shí)間同步，則顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887的時(shí)間。我們還可以通過(guò)與計(jì)算機(jī)通信來(lái)獲得計(jì)算機(jī)當(dāng)前時(shí)間。當(dāng)讀取或?qū)懭霑r(shí)鐘芯片時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)89C51通過(guò)AD0～AD7地址數(shù)據(jù)復(fù)用引腳來(lái)選通地址并讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。
2.2 顯示驅(qū)動(dòng)部分[3]
LED點(diǎn)陣選用2×4模塊，每4塊排列成一個(gè)16×16的點(diǎn)陣，用于顯示一個(gè)漢字。點(diǎn)陣每一行的所有LED共陽(yáng)極，每一列的所有LED共陰極。系統(tǒng)由單片機(jī)控制。
單片機(jī)89C51的P0.0～P0.3口（D0～D3）通過(guò)一個(gè)通用邏輯陣列GAL16V8D和三態(tài)收發(fā)器74HC245輸出用于行選通信號(hào)(OIA～OID)，P3.0和P3.1經(jīng)74HC245輸出用于列選通信號(hào)，如圖3所示。
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圖3 行選通信號(hào)產(chǎn)生原理圖
行 驅(qū)動(dòng)部分用兩個(gè)74HC138譯碼，將行選通信號(hào)作為兩個(gè)譯碼器地址輸入，可以得到16行的行值信號(hào)。考慮到74HC138的驅(qū)動(dòng)能力有限，故LED陽(yáng)極 通過(guò)三極管TIP127與電源相連，可提供2A左右的電流，74HC138輸出引腳僅需要提供幾個(gè)毫安的灌入電流即可控制其通斷。
列 輸入驅(qū)動(dòng)由八個(gè)8位串行輸入，串行或并行輸出三態(tài)移位寄存器74HC595實(shí)現(xiàn)。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)。輸入數(shù)據(jù)在串行移位時(shí) 鐘SRCLK上升沿由串行輸入端SER 輸入到芯片內(nèi)部串行移位寄存器中，同時(shí), SQH端串行輸出；在鎖存時(shí)鐘信號(hào)RCLK上升沿到來(lái)時(shí)，芯片將內(nèi)部串行移位寄存器8位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時(shí)，應(yīng)將復(fù)位端SRCLR與使能端RCLK 分別接高電平、低電平。單片機(jī)輸出信號(hào)直接與串入并出移位寄存器74HC595的鎖存器輸出端連接。列驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖4所示。   
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圖4  列驅(qū)動(dòng)電路原理圖
3 軟件系統(tǒng)
程 序可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，可非常方便地任意修改所要顯示的漢字；并使顯示屏可固定、平移地顯示漢字。程序中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為三個(gè)區(qū)：顯示緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)區(qū)和接收緩沖區(qū)[4]。單片機(jī)通過(guò)串口接收PC機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)（包括顯示內(nèi)容，顯示方式和顯示狀態(tài)）暫時(shí)放在接收緩沖區(qū)，處理后放入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)保存，然后 再根據(jù)顯示方式從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中讀出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)用于顯示。顯示方式的實(shí)現(xiàn)取決于數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)的順序，左移是從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)取出一位數(shù)放入顯示緩 沖區(qū)，上移是每次取出一行數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)，時(shí)間顯示是先把實(shí)時(shí)時(shí)鐘的數(shù)據(jù)放到顯示緩沖區(qū)。顯示時(shí)并不識(shí)別顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，只是依次從顯示緩沖區(qū)提取數(shù)據(jù) 向顯示屏發(fā)送并送入相應(yīng)的鎖存消隱和行值信號(hào)，完成掃描。程序功能框圖如圖5所示。
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圖5  程序功能框圖
軟 件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、顯示子程序和串口中斷服務(wù)程序。主程序?yàn)轫樞蚪Y(jié)構(gòu)，完成堆棧、中斷、串口的初始化設(shè)置后，循環(huán)調(diào)用顯示子程序，以及響 應(yīng)串行接收或發(fā)送中斷；顯示子程序從顯示緩沖區(qū)取出字模，輸出行選通信號(hào)至P0口并通過(guò)一個(gè)通用邏輯陣列GAL16V8D輸出，配合列掃描信號(hào)，進(jìn)行動(dòng)態(tài) 掃描顯示；中斷服務(wù)程序串口接收PC機(jī)發(fā)送的漢字機(jī)內(nèi)碼數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信。程序各部分的功能，由各個(gè)模塊分別實(shí)現(xiàn)。程序模塊有: 串口初始化模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、漢字首地址計(jì)算模塊、取字模塊、顯示模塊和移動(dòng)模塊。
4 結(jié)束語(yǔ)
本 文的點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)以單片機(jī)89C51為基礎(chǔ)，加以外圍電路，利用RS-232接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信，可實(shí)現(xiàn)漢字、數(shù)字及各種字符的多種方式和速 度的顯示。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，本條屏作為信息顯示屏，工作穩(wěn)定，字符清晰，字體美觀(guān)，亮度適中，根據(jù)需要可選擇多種顯示字幕效果，并具有分布靈活、擴(kuò)展方便 等優(yōu)點(diǎn)。