1、 天津電子信息職業技術學院 課程設計課題名稱 點陣漢字顯示系統設計 姓 名 許 煜 學 號 16 班 級 電子S08-1 專 業 電子技術系 指導教師 沈志淳 完成日期 2009. 12.24 點陣漢字顯示系統設計摘要：本文闡明用單片機控制單色顯示屏的方法，對LED顯示模塊單元如何進行行列信號控制及信號傳輸中的驅動問題進行了研究。討論了單片機控制系統中關鍵的數據處理以及發送問題，結果表明采用并行數據輸入、串行數據及同步時鐘輸出的專用電路可大大減少CPU的輔助時間，提高數據的發送速度。關鍵詞 LED；單片機；顯示屏；驅動；掃描A LED Display System Control Base O

2、n MCUStudent: XU YU Teacher: SHEN ZHICHUNAbstract：This text clarifies to use a singlechip control monochrome manifestation to hold of method, show the mold piece how the unit carry on the row or column signal control and signal to deliver to the LED medium of drove a problem to research. Discussing

3、a problem of singlechip in a control system how dose it processing the key data and sending out, result indicate adoption parallel communication, string data in line and synchronous the clock output's appropriation electric circuit can reduce CPU assistant time consumedly, the exaltation data se

4、nds out speed.Keywords：LED；Surface Mount Assemblies；Display；Driver；Scan 目 錄 摘要2一課程提出的背景 4二設計內容與要求 4三系統整體方案設計 4四.系統硬件電路的設計 64.1 單片機系統及外圍電路4.2 列驅動電路4.3 行驅動電路4.4 硬件電路五基本顯示原理 85.1 點陣原理5.2 移位鎖存器74HC595原理5.3 達林頓晶體管ULN2803簡介 六程序設計116.1 定時中斷程序6.2 串行中斷程程序七程序清單14八總結,感悟19九參考文獻20一課題提出的背景在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等

5、越來越多的場所需要用LED點陣顯示圖形和漢字。LED行業已成為一個快速發展的新興產業，市場空間巨大，前景廣闊。隨著信息產業的高速發展，LED顯示作為信息傳播的一種重要手段，已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眾場所，例如戶內外公共場所廣告宣傳、機場車站旅客引導信息、公交車輛報站系統、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息豆示、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顯示已成為城市亮化、現代化和信息化社會的一個重要標志。二設計內容與要求 構建一個單片機應用系統，用來控制點陣漢字顯示，漢字顯示內容“天津電子信息職業技術學院”，單片機的應用系統由

6、硬件和軟件兩部分組成。硬件系統需要圍繞單片機芯片組建一個能完成特定應用功能的硬件組合實體。軟件系統需要借助其它微型計算機配之以相應的軟件進行編程。最終通過LED發光二極管構成16*16的點陣，來顯示漢字，顯示的過程和顯示的內容也可以自己發揮。三系統總體方案設計LED驅動顯示采用動態掃描方法，動態掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行的同名列共用一套列驅動器。以16×16點陣為例，把所有同一行的發光管的陽極連在一起，把所有同一列的發光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應第1行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2行的數據并鎖

7、存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；第16行之后，又重新燃亮第1行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），每行LED的點亮時間占總時間的116,由于人眼的視覺暫留現象，就能看到顯示屏上穩定的圖形。該方法能驅動較多的LED，控制方式較靈活，而且節省單片機的資源。顯示數據傳輸采用串行傳輸的方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數據一位一位傳往列驅動器，在硬件方面無疑是十分經濟的。但串行傳輸過程較長，數據按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數據都已傳輸到位之后，這一行的各列才能并行地進行顯示。對于串行傳輸方式來說，列數據準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況

8、下，留給行顯示的時間就太少了，以致影響到LED的亮度。采用串行傳輸中列數據準備和列數據顯示的時間矛盾，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據。為了達到重疊處理的目的，列數據的顯示就需要有鎖存功能。對于列數據準備來說，它應能實現串入并出的移位功能。這樣，本行已準備好的數據打入并行鎖存器進行顯示時，串行移位寄存器就可以準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。經過上述分析，可以歸納出列驅動器電路應具備的主要功能：對數據準備來說，它應能實現串入并出的移位功能；對數據顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數據打人并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準

9、備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。同時為了LED顯示的亮度，采用8行掃描，每個漢字上面有2個16列驅動器驅動，列驅動器的位置應該是在第1行跟第9行，即每個16*16的漢字點陣是有4個8*8的點陣組成的陣列，掃描的時候同時掃描顯示第1行跟第9行，第二次掃描的時候顯示第2行跟第10行，以此類推，最后顯示第8行跟第16行，如圖1所示：第1行全亮 | 第2行不亮 | 第3行不亮 | 第4行不亮 | 第5行不亮 | 第6行不亮 | 第7行不亮 | 第8行不亮 | 第9行全亮 | 第10行不亮 | 第11行不亮 | 第12行不亮 | 第13行不亮 | 第14行不亮 | 第15行不亮 | 第16行不亮

10、 | 圖1共陽型LED點陣單元（8X8）的結構示意圖如圖2，由行輸入高電平點亮。 圖2 LED點陣單元結構示意圖四系統硬件電路的設計硬件電路大致上可以分為單片機系統及外圍電路、列驅動電路和行驅動電路三部分。1.單片機系統及外圍電路本系統由AT89C52構成單片機最小應用系統同時配有110592 MHz晶振和按鍵復位電路等。系統外擴的一片Flash存儲器29F040為數據存儲器，可用來存儲由PC機串口送來的點陣信息(通過軟件將圖像或文字轉 換成與LED顯示屏的像素相對應的點陣信息)。該Flash存儲器是一種非易失性存儲器，它在供電電源關閉后仍能保持片內信息。由于29F040的容量為 512 KB

11、(該芯片內部由8個64 Kbyte的讀寫塊組成，可分塊進行讀、寫和擦除等操作)，而AT89C52只能管理64KB的數據空間，所以，需將29F040分成8頁，每頁 64KB。其頁碼可由單片機的P32P34來選擇。另外，采用MAX232可完成RS232與TTL電平的轉換，以便使PC機與單片機交換信息。 2. 列驅動電路列輸入驅動由八個8位串行輸入，串行或并行輸出三態移位寄存器74HC595實現。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個獨立的時鐘信號。輸入數據在串行移位時鐘SRCLK上升沿由串行輸入端SER輸入到芯片內部串行移位寄存器中，同時,SQH端串行輸出；在鎖存時鐘信號RCLK上升沿到來時，

12、芯片將內部串行移位寄存器8位數據并行輸出。正常工作時，應將復位端SRCLR與使能端RCLK分別接高電平、低電平。單片機輸出信號直接與串入并出移位寄存器74HC595的鎖存器輸出端連接。它的輸入側有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，在其上升沿將發生移位，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是輸出鎖存器的打入信號，器上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態。S

13、CLR信號是移位寄存器的清0輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全為O。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器互不干擾。芯片的輸出端為QA-QH，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。3行驅動電路 每一路輸出端與16x64點陣顯示器對應的每一行之間用ULN2803將電流信號放大，本文選用的是達林頓晶體管。這樣，74HC595某一輸出腳為低電平時，對應的三極管發 射極為高電平，從而使點陣顯示器的對應行也為高電平。4硬件電路圖8×

14、;32點陣驅動電路示意圖4字節字模數據掃描碼32*8掃描方式示意圖五基本顯示原理一個國標漢字是由16X16即256個點（像素）來構成的，顯示一個漢字該亮哪些點這些復雜的工作都交給取模軟件來完成，同時，取模軟件也負責把要顯示的漢字轉化成程序中要用到的顯示代碼，代碼以一定的規律表征了該亮的點（一般用“1”表示）與不該亮的點（一般用“0”表示），一共256位。單片機負責將這些代碼一段一段有規律地送到LED屏，比如第一次輸出表示第1列的16位代碼點亮第1列、緊接著再輸出16位代碼去點亮第2列直到點亮第16列然后再重新點亮第1列，如此循環，就完成了這個漢字的顯示。單片機輸出的速度足夠快時，由于視覺暫留現

15、象使得人眼在同一時刻感受到了這16列輸出的信息，也就是看到了這個漢字。由于AT89S52單片機是8位總線結構，一次不能輸出16位代碼以顯示完整的一列，這樣我們把一個字拆分為上下兩部分，一次送8位，一共送32次，這樣同樣完成了一個漢字的顯示。事實上這個漢字區域也可以是在256象素范圍內的任何圖形。再結合硬件電路來理解本文的LED屏：顯示代碼是通過驅動電路送至LED屏的，列的切換則是通過ULN2803依次輪流導通來實現的，也就是掃描。1.點陣原理 點陣內部結構及外形如下，8X8點陣共由64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應

16、的二極管就亮；如要將第一個點點亮，則9腳接高電平13腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第9腳要接高電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）這些引腳接低電平，那么第一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第13腳接低電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高電平，那么第一列就會點亮。 行（從上到下依為）行1行2行3行4行5行6行7行8引腳號9148121725列（從左到右依為）列1列2列3列4列5列6列7列8引腳號1334106111516表1 LG12088BH型點陣單元的引腳排列LG12088BH型點陣單元2移位鎖存器74HC595原理 74HC595 是8位

17、串行輸入,并行輸出(鎖存,3態) 移位寄存器74HC595外形及內部邏輯結構圖74HC595特點： · 驅動電流大· 速度快，最高頻率· 工作電壓范圍：2.06.0V· 低輸入電流：1.0A· 高抗噪聲度極限參數：電源電壓Vcc 最大值7.0V每個輸出端輸入電流 IIN = 35mA 每個輸出端輸出電流IOUT = 45mA 存儲溫度To -65150引腳功能：15，1，2，3，4，5，6，7. QAQH 三態鎖存輸出。8. GND地 。 9. SQH串行輸出。10. RESET 低電平有效，使移位寄存器輸出清零，對緩沖器無影響。11. SC

18、移位寄存器輸入時鐘，上升沿使串行輸入數據進入移位寄存器。12. LC 鎖存器輸入時鐘，上升沿鎖住移位寄存器的數據。13. OE 低電平有效，使鎖存器的數據輸出。高電平使輸出并行輸出端變為高阻態。14. IN 串行數據輸入端。16. Vcc 電源74HC595有3層結構： 第一層為移位D觸發器； 第二層為鎖存D觸發器； 第三層為輸出3態門； 當復位信號為0時，移位D觸發器清0； 當移位脈沖從L->H時，第一個移位D觸發器的Q=D； 其它的Qn=Qn-1； 當鎖存脈沖從0->1時，第二層為鎖存D觸發器的輸出=/輸入； 當OE=1時，595的輸出為高阻態； 當OE=0時，595的輸出為第

19、二層為鎖存D觸發器的輸出的反相； 3. 高電壓大電流八位達林頓管ULN2803 ULN2803是達林頓管輸出器件，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出作用 顯示屏電路框圖六程序設計程序中需要使用兩個計時器，一個用于掃描定時，定時時間到時輸出1幀顯示數據，另一個用于循環顯示7個漢字，定時時間到時調整字模數據起點，從而改變顯示字符。第二個計時器可以在第一個定時中斷中設置一個計數器，達到預定值后調整字模數據起點。（1） 定時中斷程序 任務：啟動下一幀數據的發送（發送本幀字模數據的第一個字節） 為每個字符顯示時間（ZFJS）計數，當達到預定值時將顯示字符編號（ZF）加1.NNYY定時中斷入口保護現場恢復

20、計數初值取字模數據發送字模數據調整字模的指針字符顯示計時時間到?字符號+1字符號*7字符號=0恢復現場返回CTC: PUSH ACC PUSH B MOV TH0, #CTH MOV TL0, #CTL CLR A MOVC A, A+DPTR INC DPTR MOV SBUF, A INC ZFJS MOV A, ZFJS CJNE A, #YS, CTCR MOV ZFJS, #0 INC AF MOV A, ZF CJNE A, #7, CTCR MOV ZF, #0CTCR:POP B POP ACC RETI圖4 定時計數器定時中斷程序框圖與程序(2)串行中斷程程序任務：發送的字節

21、數（JXJS）為02時，繼續發送字模數據，每次發送后發送字節數（JZJS）加1。 發送的字節數（JZJS）為3時，4字節的字模數據已發送完，發送掃描碼（SMM），發送字節數再加1。 發送的字節數（JZJS）為4時，本幀數據全部發送完成，由P3.2產生一個RCLK脈沖，使移位寄存器鎖存數據，同時檢查一個字符的全部8行數據是否都發送完成，若是則調整字模數據指針（DPTR）指向本字符字模數據的起點。NY串行中斷入口保護現場取發送字節數字節數4？字符號8？掃描行0調整字模指針返回SHUCHU: PUSH ACCCLR TIMOV A,JZJSCJNE A,#4,SHUCHU1CLR RCLKMOV J

22、ZJS,#0INC SMJSMOV A,SMJSSETB RCLKCJNE A,#8,SCRMOV SMJS,#0MOV A,ZFMOV B,#32MUL ABMOV DPTR,#XUADD A,DPLMOV DPL,AMOV A,BADDC A,DPHMOV DPH,ASJMP SCRSHUCHU1:CJNE A,#3,SHUCHU2MOV A,SMMMOV SBUF,ARL AMOV SMM,ASJMP SHUCHU3SHUCHU2: CLR AMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AINC DPTRSHUCHU3: INC JZJSSCR: POP ACCRETI 取掃描行數字節計

23、數器0發送一個鎖存脈沖字符號=0恢復現場字節數3？取掃描碼輸出掃描碼掃描移位取字模數據發送字模數據字模指針+1YNYYN圖5 串行中斷程序框圖與程序注意：串行中斷首先是在定時中斷中向串行口發送了第一字節，串行口發送完成后產生的。串行中斷程序繼續向串行口發送數據，每當串行口發送完成后繼續產生中斷。當字節計數器達到4后，本幀數據發送完畢，不再向串行口發送數據，因此也就不會再有串行中斷產生，直到定時計數器中斷發起下一幀數據的傳送。定時中斷發送一字節字模數據串行中斷發送第二字節字模數據串行中斷發送第三字節字模數據串行中斷發送第四字節字模數據中行中斷發送掃描碼串行中斷不再發送串行數據串行口發送1字節串行

24、口發送1字節串行口發送1字節串行口發送1字節串行口發送1字節串行口發送1字節 圖6 一幀數據的發送過程示意圖七程序清單由于顯示工作都安排在中斷中完成，主程序的工作只是對定時計數器控制寄存器，串行口控制寄存器進行設置，同時開放定時計數器0和串行中斷，啟動定時計數器0漢字顯示ORG 0000HLJMP MAINORG 000BH ; 定時計數器0中斷程序矢量地址SJMP CTC ORG 0023H ；串行中斷程序矢量地址SJMP SHUCHU主程序MAIN: MOV TMOD,#01H ；設置定時計數器0為工作模式1MOV TH0,#CTH ；設置計數器初值MOV TL0,#CTLMOV SCON

25、,#00H ；設置串行口工作模式MOV SMM,#01 ；掃描碼初值MOV SMJS,#0 ；掃描行計數初值MOV JZJS,#0 ；發送字節計數初值MOV DPTR,#XU ；字模表起點MOV ZF,#0 ；先顯示第0個字符SETB TR0 ；啟動定時計數器0SETB ET0 ；開定時計數器0中斷SETB ES ；開串行口中斷SETB EA ；開總中斷定時計數器0中斷程序入口CTC: PUSH ACC ；保護現場PUSH BMOV TH0,#CTH ；重置計數器初值MOV TL0,#CTLCLR A ；取字模數據MOVC A,A+DPTRINC DPTR ；字模指針加1MOV SBUF,A

26、；發送字模數據INC ZFJS ；字符顯示時間計數器加1 MOV A,ZFJS ；判斷字符顯示時間是否達到預定值（YS）CJNE A,#YS,CTCR MOV ZFJS,#0 ；達到字符顯示時間，字符顯示時間計數器=0INC ZF ；字符編號加1MOV A,ZF ；字符編號=7，說明7個字符已顯示完CJNE A,#12,CTCRMOV ZF,#0 ；從頭開始顯示CTCR: POP B ；恢復現場POP ACCRETI ；中斷返回串行口中斷服務程序SHUCHU: PUSH ACC ；保護現場CLR TI ；清TI標志MOV A,JZJS ；取發送字節計數CJNE A,#4,SHUCHU1 ；本幀

27、未發送完，轉SHUCHU1CLR RCLK ；本幀發送完，輸出一個鎖存脈沖下降沿MOV JZJS,#0 ；字節計數器清零INC SMJS ；掃描行加1MOV A,SMJS ；檢查8行是否掃描完SETB RCLK ；輸出一個鎖存脈沖上升沿CJNE A,#8,SCR ；未掃描完返回MOV SMJS,#0 ；已掃描完，恢復掃描計數MOV A,ZF ；根據字符計數器調整數據指針ZFMOV B,#32 ；每個漢字字模為32字節MUL ABMOV DPTR,#XUADD A,DPL ；調整指針MOV DPL,AMOV A,BADDC A,DPHMOV DPH,ASJMP SCRSHUCHU1: CJNE

28、A,#3,SHUCHU2 ；本幀字模未發送完，輸出掃描碼MOV A,SMM ；本幀字模已發送完，取出掃描碼MOV SBUF,A ；發送掃描碼RL A ；掃描碼移位MOV SMM,ASJMP SHUCHU3SHUCHU2: CLR A ；取字模數據MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,A ；發送INC DPTR ；指針指向下一位數據SHUCHU3: INC JZJS ；字節計數器加1SCR: POP ACC ；恢復現場RETI ；中斷返回變量，常量，字模數據設置SMJS DATA 22H ；掃描計數器JZJS DATA 23H ；輸出字節計數器SMM DATA 24H ；掃描碼ZFJS D

29、ATA 25H ；每個字符顯示時間計數器ZF DATA 26H ；當前輸出字符編號RCLK BIT P3.2 ；移位寄存器鎖存端連接在P3.2YS EQU 200 ；字符顯示時間計數CT EQU 65535-1000*3;12MHz ； 主頻時定時器初值計算公式化簡CTH EQU CT/256 ；定時計數器0初值高位CTL EQU CT MOD 256 ；定時計數器0初值低位XU: DB 40H, 10H,00H, 02H,40H, 10H, 08H, 42H； 許DB 40H, 10H, 0FCH, 33H, 40H, 12H, 40H, 12HDB 40H, 14H, 40H, 04H,4

30、0H, 18H ,40H, 00HDB 40H, 10H, 44H, 0F0H, 40H,00H, 0FEH, 1FHYU: DB 40H, 10H, 04H, 10H, 20H, 10H, 0FEH, 13H；煜DB 0FCH, 13H, 04H, 12H, 08H, 29H, 04H, 12HDB 88H, 24H, 0FCH, 57H, 90H, 40H, 04H, 5AHDB 0FEH, 47H,04H, 52H,00H80H,0FCH, 93HEND顯示漢字舉例：2字節字模數據 | | 掃描碼（每次掃描一行） | | | | | | | | | ：亮 | ：滅 | | | 圖7：漢字

31、字模的產生圖7中16*16點陣可以分為4個8*8點陣，可以用二進制數表示LED的亮與滅，每行16只LED共需16位二進制數，分為兩個字節 0100000000010000 40H|10H0000000000000010 00H|02H0100000000010000 40H|10H0000100001000010 08H|42H : : : : : : : : :0100000000000000 40H|00H11111111000011111 0FEH|1FH字模的產生字模數據讀取順序：16列 每列2字節第1字節 3 2 第2字節第3字節 76 第4字節第5字節 1110 第6字節第7字節

32、1514 第8字節第9字節 1918 第10字節第11字節 2322 第12字節第13字節 2726 第14字節第15字節 3130 第16字節第17字節 10 第18字節 第19字節 54 第20字節第21字節 98 第22字節第23字節 1312 第24字節第25字節 1716 第26字節第27字節 2120 第28字節第29字節 2524 第30字節第31字節 2928 第32字節 數據輸出順序顯示效果圖：八總結，感悟一個星期的課程設計就結束了，我從中學到了很多東西且感悟良多，體會到了課本聯系實際，學以至用的設計思想。作為一名應用電子專業的大二學生，我覺得做單片機課程設計是十分有意義的，

33、而且是十分必要的。在已經度過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。通過本次實習，讓我初步了解LED點陣顯示的基本原理和實現方法，也讓我初步掌握點陣漢字庫的編碼和從標準字庫中提取漢字編碼的方法，同時讓我又復習如何用Protel 99se軟件畫電路圖。通過本次實習，也使我進一步弄懂所學到的課本知識，提高單片機應用于技術的實踐操作技能，掌握單片機應用系統設計、研制的方法，培養利用單片機進行科技革新、開發和創新的基本能力。 以下是我總結了在編寫程序時需要注意的一些事項：1在設計程序之前，務必要對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片機片內有哪些資源，同時要認真查閱芯片功能，掌握好硬件識。2在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，“反復修改，不