毕业设计论文_点阵实现(编辑修改稿)

毕业设计论文_点阵实现(编辑修改稿)内容摘要：

速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植 [7]。 C 语言是一种源于编写 UNIX 操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。 C 语言结构是以括号 { }而不是子和特殊符号的语言。 C 可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。 与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对 51 的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器点阵屏控制器的设计与实现 6 的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数。 这种方式可使程序结构化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。 C 语言作为一种 非常方便的语言而得到广泛的支持， C 语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。 基于以上理由决定采用 C 语言为该显示系统的编程语言。 系统软件编译器介绍 C 语言编写的程序并不能被单片机直接执行还需要编译为单片机可执行的机器语言。 因此在系统软件设计中，编译器必不可少。 支持 MCS－ 51 用 C 语言编程的编译器主要有两种： Franklin C51 编译器和 KEILC51 编译器。 目前在单片机开发中普遍都是使用 KEIL C51 来进行编译。 因此软件设计最终方案为采用 C 语 言为程序语言， KELC 为编译工具按照控制、显示等几个功能模块来编写程序。 上位机控制传输软件 其中系统采用现在已经非常普遍的 PC 机作为上位机，这样对该显示系统的硬件要求便降低了，增加了系统的通用性。 上位机的作用是存储并处理显示内容，然后通过通信系统传送到控制系统驱动显示。 LED 显示上位机的内容一般有实时显示和存储显示两种方法。 实时显示及上位机屏幕上的内容同时显示在 LED 显示屏上，上位机上内容变化 LED 显示屏也跟着变化。 存储显示是将显示内容处理过后存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏显示 [8]。 两种显示方法相比较：实时显示屏幕能及时反应上位机内容的变化，显示的效果和内容的实时性好多用于新闻播报、实况转播用，但实时显示硬件开销大，对通信系统要求高，工艺复杂，成本高；存储显示虽实时性不高但硬件开销小，成本低廉。 课题设计题目对显示的实时性要求较低且所设计的显示屏尺寸不大同时显示的内容不多，所以实时显示就没有必要。 所以上位机选择存储显示的方法，控制 LED 显示屏的显示内容 [9]。 第三章 点阵屏 7 第三章 点阵屏 点阵屏原理 点阵的显示原理 LED 点阵屏有单色和双色、全彩三类，可显示红，黄， 绿，橙等。 如图 示， LED 点阵有 4* 4* 5* 5* 8* 16*1 24*2 40*40等多种；根据图素的数目分为等，双原色、三原色等，根据图素颜色的不同所显示的文字、图像等内容的颜色也不同，单原色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双原色和三原色点阵显示内容的颜色由图素内不同颜色发光二极体点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，假如按照脉冲方式控制二极体的点亮时间，则可实现 256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。 如图 ，LED 点阵根据每列 LED 的 阳极（即列引脚）是否连接在一起，分为 “共阳型 ”和 “共阴型 ”两种，其中 “共阳型 ”的阳极连接在一起，每行 LED 的阴极（即行引脚）连接在一起， “共阴型 ”正好相反。 以简单的 8X8点阵为例，它共由 64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置 1电平，某一列置 0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则 9脚接高电平 13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第 9脚要接高电平，而（ 1 1 1 16）引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一 列点亮，则第 13脚接低电平，而（ 1 1 5）引脚接高电平，那么第一列就会点亮。 图 8*8LED 点阵 图 点阵内部连接图 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种点阵屏控制器的设计与实现 8 同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。 另一种显示方法为动态扫描，简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如说16行）的同名列共用一套驱动器。 具体就是 16*16的点阵来说 ，把所有同一行的发光管的阳极还在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行的使其点亮相同时间，然后熄灭；以此类推，第十六行之后，又重新点亮第一行，反复循环。 当这样的循环的速度足够快（每秒 24次以上），由于人眼的视觉停留，就能够看到显示屏上稳定的图形了。 点阵屏的组合 本方案中使用的点阵型号为 ARK SZ411288K 1212，为共 阳型，单色高丽红 8*8点阵管， 一 般我们使用点阵显示汉字是用的 16*16的点阵宋体字库，所谓 16*16，是每一个汉字在纵、横各 16点的区域内显示的。 也就是说用四个 8*8点阵组合成一个16*16的点阵。 首先得明确单个 8*8点阵的引脚所对应的行列，然后再进行 2个 8*8横向级联，把 8条行线一一对应连接，连接后，这个 8*16的点阵就有 8条行线， 16条列线；暂且把这个 8*16的点阵叫做 “上 8行 ”，之后重复以上，做成另一个 8*16，叫做 “下 8行 ”，把下 8行放在上 8行的下面， 16条行线一一对应，就完成了。 再以同样的方式 对应连接完成 16条列线，完成之后的 16*16点阵有 16条行线， 16条列线。 通过 Proteus 仿真组合的图。 图 仿真组合连接图 点阵的驱动原理 若要正向点亮一个 LED，至少也得 1020mA；如果电流不够大，则 LED 不够第三章 点阵屏 9 亮。 而不管是 8051的输入 /输出口，亦或是 TTL、 CMOS 的输出端，其高电平输出电流都是不很高，大不了 12mA 而已。 因此，也很难直接用高电平驱动 LED。 这时候就需要额外的驱动电路，对于 共阳型和共阴型的 LED 点阵分别各自对应两种驱动电路。 共阴型的两种驱动电路。 、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个高电平信号，其他则为低电平。 一 列 扫描完成后，再把高电平信号转到临近的其他列，扫描信号输出为低电平，外接一个反相驱动器，连接于 LED 点阵的列引脚； 、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个低电平信号，其他则为高电平。 一列扫描完成后，再把低电平信号转到邻近的其他列，扫描信号经限流电阻连接于 PNP 晶体管的基极。 晶体管的集极接地，射极则连至 LED 点阵的列引脚 ，实现 低 电平扫描，高电平显示。 共阳型的两种驱动电路。 、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个高电平信号，其他则为低电平。 一列扫描完成之后，再把高电平信号转到邻近的其他列。 扫描信号连接到一个 NPN 晶体管的基极，这个晶体管必须提供 7个 LED 同时亮所需要的电流，大约 210mA； 、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个低电平信号，其他则为高电平。 一列扫 描 完成后，再把低电平信号转到邻近的其他列。 同样也需要扫描信号端能够提供 7个 LED 同时点亮的所需的电流，大约 210mA,可以通过接晶体管，也可以通过一些芯片驱动。 在本课题中，所选用的点阵为共阳型的，所以采用了第四种低电平扫描、高电平显示的驱动方式。 字模的提取 在计算机中，一个字汉字常由 16行 16列的像素点表示。 即每一个汉字由 256个像素点构成，若 1bit 对应一个像素点，那么表示一个 16*16点阵的汉字需要 32Byte的存储空间。 一个 16*16LED 点阵在单片机的控制下，当像素点为 1时，相应的 LED 灯亮，当像素点为 0时，相应的 LED 灭，那么，点亮的 LED 灯在点阵上就可以显示出一点阵屏控制器的设计与实现 10 个字出来。 实际上，这就是 LED 或 LCD 点阵显示汉字或图形的基本原理。 本课题在取模过程中使用了 PCtolLCD 取模软件，该软件的界面简单，操作简便，对单字符进行取模时，通常会有两种方式，第一种是在图形模式下进行手动的绘制字符的形状然后取模。 第二种方式是将字符以输入法的方式输入到软件的文本编辑区然后取模。 同时该软件可以生成自己想要的字库，丰富了点阵的显示内容，以及简化了设计过程。 该软件的操作界面简单如图。 图 PCtolLCD 取模软件 在该软件里可以自主选择取模方式包括逐行式，逐列式，行列式，列行式，在本课题中，采用了逐列式取模方式，取模顺序为顺向（高位在前）。 如图所示， “电 ”的字模生成为： Tab[]={ 0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0xF8,0x11,0x10, 0x11,0x10,0x11,0x10,0x11,0x10,0xFF,0xFE, 0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11, 0x1F,0xF9,0x00,0x01,0x00,0x0F,0x00,0x00/*电 */} 第四章 系统硬件设计 11 第四章 系统硬件设计 系统硬件整体设计概述和功能分析 显示系统具体设计主要由上位机，通信系统，单片机系统，译码电路，显示驱动电路和 1616 的点阵屏六部分组成。 具体工作流程为：上位 PC 机通过通信系统向单片机发送控制指令和显示代码内容，单片机接收后执行控制指令处理显示代码将显示内容通过 I/O 口串行输出并且控制译码电路完成串并转换并行输出，最后由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到 LED 显示屏的显示电流，电压要求进而使显示屏显示内容 [10]。 根据硬件的功能结构图选取合适器件，器件不但要求能实现所要求的功能还要能兼容至整个系统 之中。 通过查阅资料和对比最终的硬件原理图如图 所示。 图 硬件原理图 该系统所要实现的功能和要求有以下几点。 1. LED 显示屏的面积必须满足至少显示一个汉字的标准。 并且显示要清晰； 2. 驱动电路要能提供 LED 显示所需范围内的电压和电流要求； 3. 译码电路的高低电平的区分能力以及译码的输入输出频率必须满足单片机以及驱动电路的要求； 4. 单片机要能接收上位机的指令和显示内容且 能够处理后控制 LED 显示屏的显示，并且端口驱动能力要足以驱动译码电路。 执行频率要能达到扫描显示的最低要求； 单 片 机 列驱动器 行 驱 动 器 电源 LED 显示点阵 点阵屏控制器的设计与实现 12 5. 单片机由 ISP 下载线下载程序； 6. 由串口完成单片机与上位机的通信，通信速度和数据传输的可靠性要达到显示要求。 控制单元设计 控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用 51 系列单片机为核心器件，用来和上位机通信处理上位机发送的控制指令和显示内容。 并且直接输出数据通过译码电路控制 LED 显示屏的显示内容和显示状态。 在 51 系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯 片。 根据题目的要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力，因为在软件设计时方便的程序下载对程序的验证和编写非常有用。 还有就是为了提高 LED 显示屏的扫描速度，单片机的执行速度要尽可能的快。 根据这两点要求，选择 STC89C52 为控制单元的主控芯片。 STC89C52 简介 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52 使用经典的 MCS51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量2 级中断结构），全双工 串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种 软件 可选择节电模式。 空闲模式下， CPU。