漢字點陣顯示系統的設計與實現

漢字點陣顯示系統的設計與實現摘要漢字點陣顯示廣泛應用于各種服務性的公共場所。文章首先介紹了漢字點陣顯示的基本原理，在此基礎上，提出了基于單片機AT89C51的漢字點陣顯示系統的總體設計方案，并進一步細化設計了各單元電路。在論證了所設計顯示漢字系統的可行性后，進行了實際制作及相關的程序設計，經過硬件電路及程序的調試，成功顯示我院校訓“厚學啟智，修德樹人”。關鍵詞漢字顯示單片機1616點陣引言當今社會在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用點陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已經成為一個快速發(fā)展的新興產業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。隨著信息產業(yè)的高速發(fā)展，LED顯示作為信息傳播的一種重要手段，已經廣泛應用于室內外需要進行服務內容和服務宗旨宣傳的公共場所，例如戶內外公共場所廣告宣傳、機場車站旅客引導信息、公交車站報站系統、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息提示、高速公路可變情報板、體育場館比賽轉播、樓宇燈飾、交通信號燈、景觀照明等。顯然，LED顯示已經成為城市現代化和信息化社會的一個重要標志。本文提出了一種基于單片機AT89C51的漢字點陣顯示系統的設計方案，并顯示我院校訓“厚學啟智，修得樹人”。1漢字點陣顯示原理從理論上講，不論顯示圖形還是漢字，只要控制組成這些圖形或文字的各個發(fā)光點的亮滅，就可以實現顯示，這種方法稱為靜態(tài)驅動顯示方式。1616的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，1616的點陣需要256/832個鎖存器。這個數字很龐大，因為我們僅僅是1616的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大的多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單的說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行的同多列共用一套列驅動器。具體就1616的點陣來說，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起，先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；以次類推，到第16行之后，又重新點亮第一行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快，由于人眼的視覺暫留現象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形或漢字了。2漢字點陣顯示系統的總體設計漢字點陣顯示系統硬件電路大致上可以分為系統的電源電路、單片機小系統、顯示驅動控制電路三部分，如圖1所示。圖1漢字點陣顯示電路框圖單片機采用AT89C51，晶振12MHZ，若能采用24MHZ或更高頻率的晶振，可以獲的更高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅動器相連，用來送顯示數據。列驅動器由集成電路74HC595構成，它具有一個8位傳入并處單片機列驅動器LED顯示點陣行驅動器動器電源的移位寄存器和一個8位鎖存器的結構，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據，即達到重疊處理的目的。行驅動器是由譯碼器74LS154構成，單片機P1口低4位輸出的行號經4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經過驅動器驅動對應的行線。3各單元電路的設計31系統的電源電路漢字點陣顯示喜用可以直接與220V交流電相連，經過變壓器、整流橋后輸出12V帶有交流成分的直流電壓，再經過濾波電容后輸出12V直流工作電壓，供給四個串聯LED工作再將12V直流工作電壓接7805的1腳，2腳接地、3腳便輸出5V直流電壓再經過一濾波電容輸出5V直流電壓為主控模塊89C51提供5V工作電壓，接法如圖二所示。圖二系統電源電路32單片機小系統單片機采用89C51芯片，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的串口與列驅動器相連，用來送顯示數據。P1口低4位與行驅動器相連，送出行選信號；P15P17口則用來發(fā)送控制信號。P0和P2口空著，在有必要時可以擴展系統的ROM和RAM。圖三單片機小系統33顯示驅動控制電路顯示驅動控制電路分為列驅動電路和行驅動電路。列驅動電路是由集成電路74HC595構成。它具有一個8位傳入并處的移位寄存器和一個8位鎖存器的結構，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據，即達到重疊處理的目的。74HC595的輸入側有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳SI是串行數據的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個數據打入最低位。移位后的各位信號出現在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出寄存器的輸入端。RCK是輸出寄鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當其為低時移位寄存器的輸出全部為0由于SCK和RCK兩個信號是相互獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QAQH，最高位QH可作為多片74HC595級聯應用時，向上一級的級聯輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位寄存器完全同步的級聯輸出。圖三74HC595外形及內部邏輯結構圖行驅動電路是由譯碼器74LS154構成，單片機P1口低4位輸出的行號經4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經過驅動器驅動對應的行線。一條行線上要帶動16列的LED進行顯示，按每一LED器件20MA電流計算，16個LED同時發(fā)光時，需要320MA電流，選用三極管8550作為驅動器可滿足要求。4電路的制作在PROTEL99SE中畫出電路原理的SCH圖，再轉化成相應的PCB圖，在PCB圖中把各個元器件的位置擺放合適，以保證線條有足夠的寬度，而且交叉線最少。檢查無誤后通過刻板機刻出PCB板。對照PCB電路圖，將選擇好的元件正確地安裝在PCB板上。在焊接時，要有足夠的熱量和溫度。如溫度過低，焊錫流動性差，很容易凝固，形成虛焊；如溫度過高，將使焊錫流淌，焊點不易存錫，焊劑分解速度加快，使金屬表面加速氧化，并導致印制電路板上的焊盤脫落。尤其在使用天然松香作助焊劑時，錫焊溫度過高，很易氧化脫皮而產生炭化，造成虛焊。電路板各元器件焊接完成之后，就可對電路進行調試了。在調試之前，一定要先認真的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中是否有可見的短路和管腳搭錫等故障；檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題。然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個好習慣可以避免貿然上電后損壞PCB板。檢查無誤后就可以接通電源，導入程序檢查電路板是否工作正常。1616點陣顯示屏PCB圖5程序設計顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數據，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。根據軟件分層次設計的原理，可把顯示屏的軟件系統分為兩大層第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數據，并負責產生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動程序由定時器T0中斷程序實現。系統應用程序完成系統環(huán)境設置，顯示效果處理等工作，由主程序來實現。51程序流程圖顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器T0重新賦值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下刷新率1/160T溢出率1/16其中為晶振頻率，為定時器初值。OSCF0TT然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號從顯示緩存區(qū)內讀取下一行的顯示數據，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數據的時候產生拖尾現象，驅動程序先要關閉顯示屏，即消隱，等顯示數據打入輸出鎖存器并鎖存，然后在輸出新的行號，重新打開顯示。右圖為顯示驅動程序（顯示屏掃描函數）流程圖。系統主程序開始以后，首先對系統環(huán)境初始化，包括設置串口，定時器，中斷和端口；然后向上滾動顯示“厚學啟智修德樹人”八個漢字。52源程序軟件程序主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。字幕顯示源程序ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIORG000BHLJMPINTT0ORG0013HRETIORG001BHRETIORG0023HRETIORG002BH65312FOSCRETI初始化程序；主程序；STARTMOV20H,00HMOVA,0FFHMOVP1,AMOVP2,AMOVP3,AMOVP0,ACLRP16串行寄存器輸入打入輸出控制位MOVTMOD,01H使用T0作16位定時器，行掃描用MOVTH0,0FCH1MS初值（12MHZ）MOVTL0,18HMOVSCON,00H串口0方式傳送顯示字節(jié)MOVIE,82HT0中斷允許，總中斷允許MOVSP,70HMAINLCALLDIS1顯示準備，黑屏，15SMOVDPTR,TABLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）INCDPHLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）INCDPHLCALLMOVDISP向上滾動顯示一頁（8個字）AJMPMAIN；多字滾動顯示子程序；每次8個字，入口時定義好DPTR值；MOVDISPMOVB,00H向上移動顯示，查表偏址暫存（從00開始）DISLOOPMOVR3,07H移動速度DISMOVMOVR2,00H第0行開始MOVR1,BSETBTR0開始掃描（每次一禎，每行1MS）WAITMOVJBC01H,DISMOV1AJMPWAITMOVDISMOV1DJNZR3,DISMOV一禎重復顯示（控制移動速度）INCB顯示字的下一行INCBMOVA,R1R1為0，8個字顯示完JZMOVOUTAJMPDISLOOPMOVOUTRET移動顯示結束；單字顯示子程序；顯示表中某個字DIS1MOVR3,5AH靜止顯示時間控制（16MS16S）DIS11MOVR2,00H一禎掃描初始值（行地址從000FMOVDPTR,TAB取表首址MOVR1,00H查表偏值SETBTR0開掃描WAIT11JBC01H,DIS111為1，掃描一禎結聳AJMPWAIT11DIS111DJNZR3,DIS11RET；掃描程序；1MS刷新一次，每行顯示1SINTT0PUSHACCMOVTH0,0FCH1MS初值重裝MOVTL0,18HJBC00H,GOEND16行掃描標志為1，結束INCR1取行右邊字節(jié)偏址MOVA,R1MOVCA,ADPTR查表MOVSBUF,A串口0方式發(fā)送WAITJBCTI,GO等待發(fā)送完畢AJMPWAITGODECR1取行左邊字節(jié)偏址MOVA,R1MOVCA,ADPTRMOVSBUF,AWAIT1JBCTI,GO1AJMPWAIT1GO1SETBP17關行顯示，準備刷新NOP串口寄存器數據穩(wěn)定SETBP16產生上升沿，行數據打入輸出端NOPNOPCLRP16恢復低電平MOVA,R2修改顯示行地址ORLA,0F0H修改顯示行地址MOVR2,A修改顯示行地址MOVA,P1修改顯示行地址ORLA,0FH修改顯示行地址ANLA,R2修改顯示行地址MOVP1,A修改顯示行地址CLRP17開行顯示INCR2下一行掃描地址值INCR1INCR1下一行數據地址MOVA,R2ANLA,0FHJNZGO2SETB00HR2為10H，現為末行掃描，置標志GO2POPACCRETIGOENDCLRTR0一禎掃描完，關掃描SETB01H一禎掃描完。置結束標志POPACCRETI退出掃描漢字表TABDB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DBXC0,0X03,0XDF,0XFF,0XD0,0X07,0XD7,0XF7,0XD0,0X07,0XD7,0XF7,0XD0,0X07,0XDF,0XFFDB0XD0,0X07,0XDF,0XCF,0XDF,0X3F,0XD0,0X03,0XBF,0X7F,0XBF,0X7F,0X7D,0X7F,0XFE,0XFF/“厚“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XF7,0XEF,0X73,0XF3,0X37,0XF7,0X6F,0X80,0X01,0XBF,0XFB,0X70,0X17,0XFF,0XBFDB0XFF,0X7F,0X80,0X01,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFF,0X7F,0XFD,0X7F,0XFE,0XFF/“學“,1/DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XFF,0XFF,0X3F,0XFF,0X7F,0XE0,0X03,0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XE0,0X03,0XEF,0XFFDB0XEF,0XFF,0XE8,0X03,0XEB,0XFB,0XDB,0XFB,0XDB,0XFB,0XB8,0X03,0X7B,0XFB,0XFF,0XFF/“啟“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XDF,0XFF,0XC0,0XFF,0XB7,0X83,0XF7,0XBB,0X00,0XBB,0XF3,0XBB,0XF5,0X83,0XEE,0XFFDB0X90,0X0F,0XF7,0XEF,0XF7,0XEF,0XF0,0X0F,0XF7,0XEF,0XF7,0XEF,0XF0,0X0F,0XF7,0XEF/“智“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEE,0XFF,0XE6,0XFF,0XCE,0X07,0XDC,0XF7,0X95,0X6F,0X53,0X9F,0XD7,0X67,0XD4,0XB1DB0XD7,0X1B,0XD6,0X67,0XD9,0X9F,0XDE,0X73,0XD9,0XCF,0XDF,0X3F,0XD8,0XFF,0XFF,0XFF,/“修“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEF,0XBF,0XE7,0XBF,0XD8,0X01,0XAF,0XBF,0X64,0X03,0XCD,0X6B,0XDD,0X6B,0X9C,0X03DB0X5F,0XFF,0XD0,0X01,0XDF,0XFF,0XDA,0XBB,0XDA,0XDD,0XDA,0XF5,0XD7,0X07,0XDF,0XFF/“德“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XEF,0XFB,0XEC,0X3B,0X03,0X81,0XED,0X7B,0XC5,0X7B,0XCA,0XDBDB0XAA,0X6B,0XAE,0XBB,0X6D,0XBB,0XEB,0XFB,0XE7,0XFB,0XEF,0XFB,0XEF,0XEB,0XEF,0XF7/“樹“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH2DB0XFE,0XFF,0XFE,0X7F,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFE,0XFF,0XFD,0X7F,0XFD,0X7FDB0XFB,0X7F,0XFB,0XBF,0XF7,0X9F,0XF7,0XCF,0XEF,0XE7,0XDF,0XF1,0XBF,0XFB,0XFF,0XFF/“人“DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH1黑屏DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0F