利用LabVEW產(chǎn)生字模的LED顯示屏設(shè)計(jì)

文中介紹了一種直接利用LabVIEW的圖片處理功能自動(dòng)生成字符點(diǎn)陣的方法，利用該程序無需使用專門的字庫可自動(dòng)得到各種字符的點(diǎn)陣，然后將顯示信息通過串行傳輸方式發(fā)送到單片機(jī)，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的二極管發(fā)光，顯示信息。硬件由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和LED顯示屏構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 基于LabVIEW的漢字字模的提取
1．1 基于LabVIEW的漢字字模的提取方法
    現(xiàn)在比較流行的方法是基于漢字字符的編碼方式形成字模。
    漢字機(jī)內(nèi)碼與區(qū)位碼的關(guān)系為
    區(qū)位碼=機(jī)內(nèi)碼-160 (1)
    對(duì)于16×16點(diǎn)陣字庫，每個(gè)漢字占用32 bit，其首字節(jié)的起始位置的計(jì)算公式為
    首字節(jié)=[(區(qū)碼-1)×94+位碼-1]×32(2)
    以此為基點(diǎn)連續(xù)讀取32 bit就是此漢字的點(diǎn)陣字模。在LabVIEW編程中基本流程為：以字符串形式輸入一個(gè)漢字，按照上述運(yùn)算規(guī)則找出漢字字模首字節(jié)在漢字庫文件HZK16中的位置，從HZK16中以首地址開始連續(xù)讀取32 bit的數(shù)據(jù)，這樣就得到了一個(gè)容量為32的數(shù)組，即輸入漢字的點(diǎn)陣字模。然后再按照下位機(jī)的構(gòu)建運(yùn)用數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算控件對(duì)數(shù)組修改，將最終結(jié)果通過串口發(fā)送給單片機(jī)，以進(jìn)行顯示。
    本系統(tǒng)利用LabVIEW的圖片處理功能生成字模，包括漢字、數(shù)字、英文以及各種特殊符號(hào)等等，提高工作效率和靈活性。
1．2 利用LabVIEW的圖片處理功能生成字模的設(shè)計(jì)
    首先設(shè)置一個(gè)白色的按鈕，通過屬性節(jié)點(diǎn)，把輸入的字符作為這個(gè)按鈕的文本顯示。在通過調(diào)用節(jié)點(diǎn)，獲取這個(gè)布爾的圖像數(shù)據(jù)。將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為8位像素矩陣。同樣的方法獲得一個(gè)同樣大小但沒有布爾文本的純白色按鈕的像素矩陣。將2個(gè)矩陣做異或比較。得到一個(gè)二維布爾矩陣，直接輸出這個(gè)矩陣就得到了該字符的點(diǎn)陣。生成字符矩陣框圖程序如圖2所示。采用比較的方法獲得點(diǎn)陣，因此可以采用這種方法在同一系統(tǒng)中產(chǎn)生數(shù)字、漢字、英文或各種特殊符號(hào)的字模點(diǎn)陣，簡(jiǎn)化了編程過程，使用方便靈活。

    由于LahVIEW有很強(qiáng)的格式轉(zhuǎn)化功能，將生成的點(diǎn)陣按照下位機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)用其中數(shù)組的運(yùn)算控件對(duì)點(diǎn)陣進(jìn)行修改，得到符合要求的字符串。程序框圖，如圖3所示。圖中的字模1為用于上位機(jī)顯示的字符串形式，字模2為用于串口通信的字符串形式。[!--empirenews.page--]
    LabVIEW中用于串行通訊的節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是VISA節(jié)點(diǎn)，為了方便用戶使用，LabVIEW將這些節(jié)點(diǎn)單獨(dú)組成1個(gè)子模板，共包含6個(gè)節(jié)點(diǎn)。字模2通過
    LabVIEW的控件VISA與單片機(jī)的串口進(jìn)行傳輸。IabVIEW本身也具有寫入電子表格文件功能，可以將生成的字模儲(chǔ)存為任意格式的文件，相當(dāng)于一個(gè)字模提取軟件，用于普通LED顯示屏設(shè)計(jì)。最終的字模提取操作界面即前面板如圖4所示。

2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
    LED顯示屏的設(shè)計(jì)采用以AT89C51單片機(jī)為核心芯片的電路來實(shí)現(xiàn)，主要由AT89C51芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動(dòng)電路74HC15 4、16×16 LED點(diǎn)陣等部分組成，電路圖如圖5所示。

    本設(shè)計(jì)所使用的16×16 LED矩陣是由4塊8×8LED共陽極矩陣拼接組成。
    把行列總線接在單片機(jī)I／O口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的漢字了。但是若將LED點(diǎn)陣的行列端口全部直接接入AT89C51單片機(jī)，則需要使用32條I／O口，這樣會(huì)造成I／O資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)充的余地。因此，在實(shí)際應(yīng)用中只將LED點(diǎn)陣的16條行線直接接在P0口和P2口，至于列選掃描信號(hào)則是由4～16線譯碼器74HC154來選擇控制，這樣列選控制只使用了單片機(jī)的4個(gè)I／O口，節(jié)約了I／O資源，為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充使用功能提供了條件。由于P0口做通用數(shù)據(jù)I／O端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，必須外接上拉電阻，因此使用4．7 kΩ排電阻作為P0口的上拉電阻。
    單片機(jī)上電后由于沒有事先存儲(chǔ)字模而處于黑屏等待狀態(tài)，當(dāng)接收到串口傳來的字模數(shù)據(jù)后，單片機(jī)按照設(shè)定的程序在P0和P2接口輸出漢字對(duì)應(yīng)的代碼電平送至LED點(diǎn)陣的行選線，同時(shí)在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口輸出列選掃描信號(hào)，從而選中相應(yīng)的LED發(fā)光，并利用人眼的視覺暫留特性合成整個(gè)漢字的顯示。[!--empirenews.page--]

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    軟件程序主要由初始化、主程序、中斷程序等構(gòu)成，采用匯編語言編寫。主程序用于LED顯示，程序流程如圖6所示。中斷程序主要用于接收上位機(jī)傳送的字模信息，由于LabVIEW和下位機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)是ASCII形式的，需要轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)，具體程序流程如圖7所示。采用中斷的方式接收數(shù)據(jù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。

4 結(jié)束語
    設(shè)計(jì)研究的基于LabVIEW和單片機(jī)結(jié)合控制的LED電子屏幕。采用LabVIEW編程方法產(chǎn)生字模，通過串口傳遞給單片機(jī)，簡(jiǎn)化了編程、節(jié)省了單片機(jī)程序運(yùn)行的時(shí)間，且可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)輸入，也可根據(jù)需要隨時(shí)修改所需顯示的內(nèi)容，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
    雖然本設(shè)計(jì)只使用了一塊16×16 LED點(diǎn)陣，電路簡(jiǎn)單，但是包涵了LED顯示屏的電路基本原理和基本編程思想，如要進(jìn)行擴(kuò)展，只需擴(kuò)展單片機(jī)的I／O接口，增加一些LED點(diǎn)陣和相關(guān)芯片，就能設(shè)計(jì)出更大面積、更多花樣的LED顯示屏。