基于单片机的点阵汉字显示屏的设计

基于单片机的点阵汉字显示屏的设计内容摘要：

化的设计方法。 硬件的设计采用模块化设计，既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。 如图 22 所示 ,根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及上位机四部分组成。 上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。 图 22 系统硬件组成框图 显示屏主控制器 控制部分是整个系统的核心部分，其功能为与上位机通信接收上位机发送的数据和控制指令处理过后控制显示部分显示内容。 其常用的电子设计方法有单片机、 DSP、及 EDA 技术。 几种设计方法比较各有其特点： 单片机 单片机是集成了 CPU， ROM， RAM 和 I/ O 口的微型计算机。 它有很强的接口性能，非常适合于工业控制 ,因此又叫微控制器 (MCU)。 单片机品种齐全 ,型号多样 CPU 从 8， 16，32 到 64 位，多采用 RISC 技术，片上 I/O 非常丰富，有的单片机集成有 A/ D，“ 看门狗”，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。 它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。 除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。 随着超大规模集成电路的发展， NMOS 工艺单片机被 CMOS 代替，并开始向 HMOS 过渡。 供电电压由 5V 降到 3V，2V 甚至到 1V，工作电流由 mA降至μ A ，这在便携式产品中大有用武之地。 EDA 电子设计自动化 EDA(即 Electronic Design Automation) 即电子设计自动化，它是以计算机为工具，在 EDA 软件平台上，对用硬件描述语言 HDL 完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。 设计者只需用 HDL 语言完成系统功能的描述，借助 EDA 工具就可得到设计结果 ,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实现。 MCU 和 DSP 都是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而 FPGA/CPLD 则可实 现硬件上的并行 上位机 通信部分 控制部分 显示部分 6 工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面， FPGA/CPLP 器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。 两种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。 现在市场上常用的单片机主要有MCS5 AVR、 ARM、 PIC 等。 其中应用最广泛的单片机首推 Intel 的 51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势常作为单片机学习的教材。 且 51 系列单片机的 I/O 脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O 口均置高电平）。 当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。 所以在控制部分方案的选择中选定 51 系列单片机作为控制部分的核心器件。 7 第三章 系统硬件的设计 电路原理图 图 31 4 个 16 16 点阵显示屏硬件原理图 图 31为 4个点阵显示屏硬件原理图，因为没有 16 16 的点阵显示屏 ,所以在现实中，硬件部分采用了 4块 8 8 的点阵显示屏来构成 1 块 16 16 LED 显示屏。 系统硬件概述 80C51 单片机 简介 整个电路所设计的电子屏可显示多个汉字，需要 4 个 16 16 LED 点阵模块，可组成16 64 的条形点阵。 8 80C51 是一种带 4KB 可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 80C51 是一种高效微控制器， 80C51 是它的一种精简版本。 80C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 80C51 引脚即外观如图 32 所示。 单片机引脚图及引脚功能介绍 ： 图 32 单片机引脚图 80C51 单片机的 40 个引脚大致可分为 4类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 电源 :⑴ VCC 芯片电源，接 +5V； ⑵ VSS 接地端； 时钟 :XTAL XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线 :控制线共有 4 根 ⑴ ALE/PROG: 地址锁存允许 /片内 EPROM 编程脉冲 ① ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 ② PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵ PSEN: 外 ROM 读选通信号。 ⑶ RST/VPD: 复位 /备用电源。 9 ① RST （ Reset）功能：复位信号输入端。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 ⑷ EA/Vpp: 内外 ROM选择 /片内 EPROM 编程电源。 ① EA 功能：内外 ROM 选择端。 ② Vpp 功能：片内有 EPROM 的 芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 I/O 线 :80C51 共有 4个 8位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32个引脚。 P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 译码器及点阵显示屏 1） 74LS138 译码器 74LS138 为 3 线－ 8 线译码器，当一个选通端（ E1）为高电平，另两个选通端 E2 和E3 为低电平时，可将地址端（ A、 B、 C）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。 比如： A2A1A0=110 时，则 Y6 输出端输出低电平信号。 利用 E E2 和 E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138 还可作数据分配器。 可 用在 8086 的译码电路中，扩展内存。 图 33 74LS138 引脚图 2） 16*64 点阵显示屏设计 首先，我们来分析一下 16*16 点阵行控线，列控线。 级联方法：如图四个点阵。 把 00，01 相同的行线相连接。 把 10， 11相同的行线相连接。 把 00， 10 相同的列线相连接。 把，11 相同的列线相连接。 最后， 00， 01 的列就作为 16x16 点阵的列控线。 00， 10 的行就作为 16x16 点阵的行控线。 同理： 16*64 的点阵也是一样的，将同一行的所有行连在一起，同一列的所有列连在一起。 （我们这次点阵用的是共阳型点阵，即行接阳极）。 10 图 34 LED 显示屏接线图 元件清单 在本次设计中，用到的元件清单如表。 表３ .1 元件清单 元件名称 数量（个） 单片机 80C51 1 4094 芯片 8 74LS138 译码器 2 8 8 LED 显示屏 16 11 显示原理及控制方式分析 LED 点阵模块结构 八十年代以来出现了组合型 LED 点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。 这种一体化封装的点阵 LED 模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。 LED 点阵规模常见的有 4 4 5 5 8 8 等等。 图 3－ 5 示出最常见的 8 8 单色 LED 点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图３－５ 8 8 单色。