基于单片机89C51和89C2051点阵LED图文显示
基于单片机89c51和89c2051点阵led图文显示
1 led点阵显示系统简介
随着图形点阵led显示模块在各行各业的逐步使用，使得人机界面变得越来越直观形象，尤其对于国内大多数需要有汉字和图形显示的用户来说，显示界面的友好与否，将直接影响到其产品的形象和市场竞争力。
本文所介绍的点阵led显示屏，显示汉字和各种常见字符等信息，可广泛应用于各种场所。具有结构简单、安装方便、字型美观、图案清析。采用高性能单片机控 制，性能稳定，可靠性高，具有掉电保护功能，可完全脱机运行，可以显示约2000个文字。经过一条rs-232串口线与电脑连接更换信息，操作简单，使用 方便。
2 led点阵显示系统的硬件设计
led点阵显示系统由计算机、rs-232通讯电路、控制电路和led点阵显示电路构成，结构框图如图1所示。
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图1 led点阵显示电路构成结构框图
上位计算机可选择工业控制计算机或者普通个人计算机。单块条屏由控制电路和驱动显示电路组成。控制电路负责与上位机通信，可根据通信距离的远近选用rs- 232或rs-485标准总线接口。本电路采用rs-232接口的3脚（txd）和5脚（gnd），计算机向控制电路发送汉字或字符内码；控制电路存储该 内码并在字库中对应汉字或字符点阵，向驱动电路发送行列选通信号；显示驱动电路负责根据行列选通信号，向指定led发光器件提供驱动电流。
2.1 显示控制电路
控制部分以单片机89c51为核心，辅以外围电路，完成串行通信、外部存储器读取、行列选通信号输出等任务。
为使计算机与控制电路能够随时通信，需要单片机89c51与89c2051与其它器件之间可以通信。当89c2051接收到计算机发送的数据信号时，通过 p3.2脚向89c51发送中断信号，此时该脚作为i/o口。而后89c51响应该中断，并通过p1口接收来自89c2051p1口的数据。
在pc 机内部，汉字是以机内码的形式存储的，每个汉字占两个字节。单片机89c51将采集来的数据放到串行e2prom（24ls32）中，p3.3接sda和 p3.4接scl。所以在没有与计算机通信的时候也可以读取串行e2prom（24ls32）中存储的汉字或字符内码并最终显示。89c51的串口接收由 e2prom（24ls32）存储的汉字内码，并将其换算成汉字首地址，从4mbit的eprom(m27c4001、并行口)的字库中提取相应的汉字 (一组32字节的数据)，对应于显示屏排列好存贮到片外ram（cy6264，64kbit）中，重复上述过程将所有的汉字都提取出并排列存储好，最后由 89c51将ram中的数据经p1口和p3口输出给显示驱动电路。
汉字库的制备与普通程序存储器的烧录并无区别。将汉字库文件以二进制形式打开，通过编程器烧录到m27c4001中即可[1]。m27c4001的19位地 址和cy6264的13位地址信号分别由p0口（经d锁存器74hc573输出作为地址线）、p2口、p1口(p1.5～p1.7复用)产生 。串行e2prom（24ls32）、eprom(m27c4001)、ram（cy6264）与单片机的接口如图2[2]所示。
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图2 单片机控制电路原理框图
在显示功能中，有一种是显示年月日的。如果不与计算机时间同步，则显示实时时钟芯片ds12887的时间。我们还可以通过与计算机通信来获得计算机当前时间。当读取或写入时钟芯片时间数据时，单片机89c51通过ad0～ad7地址数据复用引脚来选通地址并读写数据。
2.2 显示驱动部分[3]
led点阵选用2×4模块，每4块排列成一个16×16的点阵，用于显示一个汉字。点阵每一行的所有led共阳极，每一列的所有led共阴极。系统由单片机控制。
单片机89c51的p0.0～p0.3口（d0～d3）通过一个通用逻辑阵列gal16v8d和三态收发器74hc245输出用于行选通信号(oia～oid)，p3.0和p3.1经74hc245输出用于列选通信号，如图3所示。
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图3 行选通信号产生原理图
行驱动部分用两个74hc138译码，将行选通信号作为两个译码器地址输入，可以得到16行的行值信号。考虑到74hc138的驱动能力有限，故led阳极 通过三极管tip127与电源相连，可提供2a左右的电流，74hc138输出引脚仅需要提供几个毫安的灌入电流即可控制其通断。
列输入驱动由八个8位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器74hc595实现。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入数据在串行移位时 钟srclk上升沿由串行输入端ser 输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时, sqh端串行输出；在锁存时钟信号rclk上升沿到来时，芯片将内部串行移位寄存器8位数据并行输出。正常工作时，应将复位端srclr与使能端rclk 分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出移位寄存器74hc595的锁存器输出端连接。列驱动电路原理图如图4所示。
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图4 列驱动电路原理图
3 软件系统
程序可以实现与计算机的通信，可非常方便地任意修改所要显示的汉字；并使显示屏可固定、平移地显示汉字。程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区，数据存 储区和接收缓冲区[4]。单片机通过串口接收pc机传来的数据（包括显示内容，显示方式和显示状态）暂时放在接收缓冲区，处理后放入数据存储区保存，然后 再根据显示方式从数据存储区中读出数据放入显示缓冲区用于显示。显示方式的实现取决于数据放入显示缓冲区的顺序，左移是从数据存储区取出一位数放入显示缓 冲区，上移是每次取出一行数据放到缓冲区，时间显示是先把实时时钟的数据放到显示缓冲区。显示时并不识别显示缓冲区的数据，只是依次从显示缓冲区提取数据 向显示屏发送并送入相应的锁存消隐和行值信号，完成扫描。程序功能框图如图5所示。
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图5 程序功能框图
软件系统采用模块化结构，包括主程序、显示子程序和串口中断服务程序。主程序为顺序结构，完成堆栈、中断、串口的初始化设置后，循环调用显示子程序，以及响 应串行接收或发送中断；显示子程序从显示缓冲区取出字模，输出行选通信号至p0口并通过一个通用逻辑阵列gal16v8d输出，配合列扫描信号，进行动态 扫描显示；中断服务程序串口接收pc机发送的汉字机内码数据，实现与计算机实时通信。程序各部分的功能，由各个模块分别实现。程序模块有: 串口初始化模块、数据输入模块、汉字首地址计算模块、取字模块、显示模块和移动模块。
4 结束语
本文的点阵led显示系统以单片机89c51为基础，加以外围电路，利用rs-232接口实现与计算机实时通信，可实现汉字、数字及各种字符的多种方式和速 度的显示。经实际应用验证，本条屏作为信息显示屏，工作稳定，字符清晰，字体美观，亮度适中，根据需要可选择多种显示字幕效果，并具有分布灵活、扩展方便 等优点。
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2 led点阵显示系统的硬件设计
led点阵显示系统由计算机、rs-232通讯电路、控制电路和led点阵显示电路构成，结构框图如图1所示。
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图1 led点阵显示电路构成结构框图
上位计算机可选择工业控制计算机或者普通个人计算机。单块条屏由控制电路和驱动显示电路组成。控制电路负责与上位机通信，可根据通信距离的远近选用rs- 232或rs-485标准总线接口。本电路采用rs-232接口的3脚（txd）和5脚（gnd），计算机向控制电路发送汉字或字符内码；控制电路存储该 内码并在字库中对应汉字或字符点阵，向驱动电路发送行列选通信号；显示驱动电路负责根据行列选通信号，向指定led发光器件提供驱动电流。
2.1 显示控制电路
控制部分以单片机89c51为核心，辅以外围电路，完成串行通信、外部存储器读取、行列选通信号输出等任务。
为使计算机与控制电路能够随时通信，需要单片机89c51与89c2051与其它器件之间可以通信。当89c2051接收到计算机发送的数据信号时，通过 p3.2脚向89c51发送中断信号，此时该脚作为i/o口。而后89c51响应该中断，并通过p1口接收来自89c2051p1口的数据。
在pc 机内部，汉字是以机内码的形式存储的，每个汉字占两个字节。单片机89c51将采集来的数据放到串行e2prom（24ls32）中，p3.3接sda和 p3.4接scl。所以在没有与计算机通信的时候也可以读取串行e2prom（24ls32）中存储的汉字或字符内码并最终显示。89c51的串口接收由 e2prom（24ls32）存储的汉字内码，并将其换算成汉字首地址，从4mbit的eprom(m27c4001、并行口)的字库中提取相应的汉字 (一组32字节的数据)，对应于显示屏排列好存贮到片外ram（cy6264，64kbit）中，重复上述过程将所有的汉字都提取出并排列存储好，最后由 89c51将ram中的数据经p1口和p3口输出给显示驱动电路。
汉字库的制备与普通程序存储器的烧录并无区别。将汉字库文件以二进制形式打开，通过编程器烧录到m27c4001中即可[1]。m27c4001的19位地 址和cy6264的13位地址信号分别由p0口（经d锁存器74hc573输出作为地址线）、p2口、p1口(p1.5～p1.7复用)产生 。串行e2prom（24ls32）、eprom(m27c4001)、ram（cy6264）与单片机的接口如图2[2]所示。
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2.2 显示驱动部分[3]
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图3 行选通信号产生原理图
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图4 列驱动电路原理图
3 软件系统
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图5 程序功能框图
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