基于STC89C55RD+單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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1 引言
在車站、商場(chǎng)、學(xué)校等一些需要發(fā)布多變的實(shí)時(shí)信息或進(jìn)行廣告宣傳的場(chǎng)所，黑板、紙張或是霓虹燈廣告牌這些傳統(tǒng)的媒介手段，不論是在顯示效果還是可修改性上都已無(wú)法滿足當(dāng)前的需求。而 LED點(diǎn)陣顯示屏具有耗電省、成本低、壽命長(zhǎng)、占用空間小以及能夠?qū)崟r(shí)顯示等特點(diǎn)，而且顯示內(nèi)容的信息量大，用戶可隨時(shí)任意自行編輯修改顯示內(nèi)容，因此，近年來(lái)已得到了廣泛應(yīng)用。
2 總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用了上位機(jī)——下位機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，上位機(jī)為 PC機(jī)，通過(guò)串行通信接口與下位機(jī)顯示系統(tǒng)進(jìn)行通信[1]，以實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)擦除、更新等操作；下位機(jī)系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制電路和顯示電路兩部分，漢字顯示采用 16x16點(diǎn)陣模式，通過(guò)單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)字符從右往左滾動(dòng)的動(dòng)態(tài)顯示效果。基本框圖如圖 1所示。
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3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
3.1 MCU的選擇
MCU是整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的核心部件，其性能和片內(nèi)資源很大程度上決定了該系統(tǒng)工作的靈活性、先進(jìn)性和穩(wěn)定性。基于此，本系統(tǒng)選用了 STC公司生產(chǎn)的 STC89C55RD+增強(qiáng)型 51單片機(jī)。
STC89C55RD+單片機(jī)的指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)以及片內(nèi)資源與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機(jī)完全兼容，采用DIP40封裝形式；支持的最高時(shí)鐘頻率為80M，能最大限度地提高M(jìn)CU的運(yùn)行速度；片內(nèi)包含大容量的20KBFlash程序存儲(chǔ)器和1KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其內(nèi)部可用Data Flash達(dá)58個(gè)扇區(qū)共29KB；具有在系統(tǒng)可編程（ISP）功能和在應(yīng)用可編程（IAP）功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，無(wú)需編程器，從而大大縮短開發(fā)復(fù)雜度，同時(shí)可節(jié)省購(gòu)買編程器的額外投入。
3.2 串行通信
系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)串行通信接口進(jìn)行聯(lián)系。 STC89C55RD+單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，即 RXD（P3.0）和TXD（P3.1），具有 UART的全部功能，該接口電路能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。一般情況下只要通過(guò)RXD、TXD和GND三根線就可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)PC的串行通信，根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近，可以選擇RS232或RS485通信方式，由于本系統(tǒng)中顯示屏控制電路與上位機(jī)PC的距離較近，故選用了RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線接口。具體電路圖如圖2所示。 [!--empirenews.page--]
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3.3 驅(qū)動(dòng)及掃描電路 LED點(diǎn)陣選用8x8模塊，每 4塊排列成一個(gè)16x16的點(diǎn)陣，用于顯示一個(gè)漢字。點(diǎn)陣每一行的所有LED共陰極，每一列的所有LED共陽(yáng)極。
因?yàn)閱纹瑱C(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以每一行LED陰極通過(guò)一個(gè)三極管8550與電源相連，I/O口僅需要提供幾個(gè)毫安的灌入電流即可控制其通斷。考慮到本系統(tǒng)可以同時(shí)顯示六個(gè)漢字，故每一列 LED的陽(yáng)極都通過(guò)一個(gè)限流電阻和一個(gè)三極管8550與電源相連，當(dāng)六個(gè)漢字的同一行漢字字模（即12個(gè)字節(jié)）通過(guò)鎖存器74HC377并行送出后，由移位寄存器 74HC595輸出行選通信號(hào)，來(lái)點(diǎn)亮該行的LED，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到16行全被掃描過(guò)一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來(lái)，然后按這種方式反復(fù)掃描，借助于程序的控制，即可實(shí)現(xiàn)信息從右至左的動(dòng)態(tài)顯示了。具體電路圖如圖3所示。
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該系統(tǒng)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：上位機(jī)信息（或命令）的發(fā)送和下位機(jī)點(diǎn)陣顯示內(nèi)容及方式的控制兩部分。
4.1上位機(jī)軟件
上位機(jī)信息（或命令）的發(fā)送使用普通的字模提取軟件和串口調(diào)試軟件即可，在與下位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，須保證雙方具有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率，本設(shè)計(jì)采用 RS232通信，波特率為9600bit/s。同時(shí)，制定了上下位機(jī)之間的通信協(xié)議，信息包格式如圖4所示。
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4.2下位機(jī)軟件
LED點(diǎn)陣的顯示內(nèi)容及方式主要由單片機(jī)的程序進(jìn)行控制。程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括有主程序、串口中斷服務(wù)子程序以及掃描顯示子程序等。
(1)主程序?yàn)轫樞蚪Y(jié)構(gòu)，主要完成系統(tǒng)對(duì) I/O口和一些變量的初始化，定時(shí)器初始值、串行通信工作方式、以及波特率的設(shè)置[2]，然后循環(huán)調(diào)用掃描顯示子程序，顯示原來(lái)Data Flash區(qū)中已存在的漢字信息。
(2)串口中斷服務(wù)子程序采用接收中斷啟動(dòng)[3]，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自上位機(jī) PC發(fā)送的信息，包括欲顯示的內(nèi)容以及命令字節(jié)，并根據(jù)命令完成相應(yīng)的信息寫入、擦除等操作，最后開中斷返回主程序。其流程圖入圖5所示。
其中信息的寫入、擦除等操作主要由單片機(jī)的IAP功能來(lái)完成。 IAP，即在應(yīng)用可編程，是指在程序運(yùn)行時(shí)程序存儲(chǔ)器可由程序自身進(jìn)行擦寫。通過(guò)IAP功能的相關(guān)指令，既可以將 欲顯示的數(shù)據(jù)寫入到程序存儲(chǔ)器指定的扇區(qū)中，也可以根據(jù)需要擦除相應(yīng)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)就如同燒入的程序一樣，掉電不會(huì)丟失。當(dāng)然寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域與程序存儲(chǔ)區(qū)是分開的，以使程序不會(huì)遭到破壞。
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(3)掃描顯示子程序則負(fù)責(zé)從顯示緩沖區(qū)取出字模，輸出行選通信號(hào)和列掃描信號(hào)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。
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5 結(jié)束語(yǔ)
本點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)無(wú)需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過(guò)STC89C55RD+單片機(jī)的IAP功能實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)發(fā)布和更新。該系統(tǒng)外形美觀、工作穩(wěn)定、字符清晰且字體可自由設(shè)定，現(xiàn)已實(shí)際應(yīng)用于我院作為信息發(fā)布的主要平臺(tái)。另外，可對(duì)系統(tǒng)稍加改進(jìn)，便可實(shí)現(xiàn)通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制多塊顯示屏，以適應(yīng)不同場(chǎng)所、不同時(shí)間顯示不同信息的需要。如果在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加無(wú)線通訊模塊[4]，就可以開發(fā)出基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LED顯示系統(tǒng)。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，充分發(fā)揮了STC89C55RD+單片機(jī)的IAP功能，利用軟件實(shí)現(xiàn)了信息的隨時(shí)發(fā)布和更新。
參考文獻(xiàn)：
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