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毕业论文（设计）
基于AT89C52单片机的LED显示屏控制系统设计
宋永县
淮海工学院电子工程学院，中国 连云港soyox@126.com
冯媛 马娟丽和张先进
淮海工学院电子工程学院，中国 连云港soyox@163.com
摘要：介绍了基于AT89C52单片机的硬件和软件显示设计过程。我们使用简单的外部电路来控制显示屏，尺寸为32times;192。显示屏还可以通过动态扫描模式显示六个32times;32点阵汉字的大小， 可分为两个小显示屏，可显示24个大小为16times;16的汉字。我们可以修改代码来改变显示内容，字幕可以实现滚动功能，滚动速度可以根据需要调整，字幕也可以实现暂停功能。中文字符代码存储在外部数据存储器中，数据存储器的容量根据我们要显示的汉字的要求进行扩展。该显示屏体积小，硬件少，电路结构简单。
关键词：LED，汉字显示，AT89C52
1.介绍
LED显示屏已成为城市照明，现代化和信息社会的重要标志，不断改善和美化人们的生活环境[6]。LED灯可以在大型商场，火车站，码头，地铁站，各种管理窗口等中看到。LED业务已成为一个快速发展的新兴产业，巨大的市场空间和光明前景[9]。文本，图片，动画和视频由LED灯显示，内容可以更改。一些组件是模块化结构的显示设备，并且通常由显示模块，控制系统和电源系统组成。显示模块由LED构成的各子结构构成，负责发光显示;屏幕可以通过控制系统显示文本，图片，视频等，控制系统可以控制相应区域LED的亮或暗;电源系统负责将输入电压和电流转换为屏幕所需的电压和电流。LED点阵显示器通过PC提取显示字符字体，并发送到微控制器，然后显示在点阵屏幕上，主要用于显示室内和室外字符。LED点阵显示器可分为图形显示，显示内容的图像显示和视频显示。与图像显示相比，无论是单色还是彩色显示，图形显示的特征在灰色方面都没有区别。因此，图形显示也无法体现色彩的丰富性，而视频显示不仅可以显示运动，清晰和全彩的图像，还可以显示电视和电脑信号。虽然三者之间存在一些差异，但最基本的原则是相似的[6]。
单片机具有优异的性价比，体积小，可靠性高，控制能力强，广泛应用于智能仪表，机电一体化，实时过程控制，机器人，家用电器，模糊控制，通信系统等领域。
本文通过LED显示屏的相关原理描述了设计，并详细介绍了硬件和软件结构的设计，最后对整体设计进行了仿真，并对结果进行了分析。
2.系统总体结构设计
根据控制系统的目标，功能，可靠性，成本，精度和速度选择单片机（SCM）模型。根据本课题的实际情况，SCM模型的选择主要从以下两个方面考虑：一是SCM具有很强的抗干扰能力;其次，SCM具有更高的成本效益。由于MCS-51在中国被广泛使用，有更多的信息，并且可以兼容更多的外围芯片， 特别是ATMEL公司于2003年推出了新一代微控制器，即89S系列，其典型产品具有高性能和低成本的微控制器AT89C52。AT89C52是一款低电压，高性能CMOS 8位微控制器，该芯片包含8 KB只读程序存储器（PEROM），可擦除可重复，256字节随机存取数据存储器（RAM），器件采用高密度非易失性存储器技术生产，兼容采用标准的MCS-51指令集和8052产品，而芯片内置通用的8位中央处理（CPU），闪存单元，可应用于更复杂的控制应用[10]。
系统由AT89C52芯片，时钟电路，复位电路，列扫描驱动电路，线驱动电路和六个32times;32 LED点阵组成的电路实现，LED字符显示的整体结构如图1。显示单元由点阵和两个74HC154组成。线路数据信号分为两部分，分别由两个8255A给出，但8255A数据来自P0端口的主控制器AT89C52。每个字符的列扫描信号由两个74HC154，74HC154 12个片段给出，并分成六组。74HC154的输入信号由AT89C52的P1.0~P1.3给出。外部数据存储器6264与AT89C52的P0端口相连。
图1 LED字符显示的整体结构
3.系统硬件电路设计
3.1单片机控制系统的电路设计
汉字大小为32times;32，但微控制器有32个I / O端口，不能满足设计要求，因此I / O端口必须扩展，数据端口扩展由两个8255A实现。数据端口扩展如图2所示，74HC373是地址锁存器，锁存低8位地址，由它提供的低位8位地址信号6264，但由P2.0~P2提供的高位8位地址信号为6264。 4，A0和A1选择8255A的内部端口。74HC139是2-4解码器，其输入信号由SCM的P2.6和P2.7提供，并为外部I / O设备提供选通，因为系统有多个外部设备，请确保它们不能被门控，以便他们的地址是唯一的，不要重复。
AT89C52的时钟电路由18,19英尺的时钟侧（XTALI和XTAL2），12MHz晶体X，电容C1和C2组成，并采用片上振荡器模式。
复位电路采用简单的上电复位电路，主要由电阻器R1，电容器C3构成，连接到AT89C52的复位输入引脚。
图2 单片机控制系统电路
3.2显示存储单元的电路设计
汉字的大小在设计中为32times;32，每个字符由（a），（b），（c）和（d）四个部分组成，每个部分由四个LED矩阵组成，其大小为8times;8，显示单元的电路分解图如图3所示。（a）～（b）的线路信号由两条8255A线给出，1PA0~1PA7、1PB0~1PB7分别为8255A-1的PA和PB端口，2PA0~2PA7和2PB0~2PB7为8255A-2的PA和PB端口。右图表示列扫描信号，由74HC154给出。 74HC154提供16列选通脉冲，（a）〜（d）分别需要8个信号，所以（a）和（b）共享74HC154，（c）和（d）共享74HC154。显示字符需要两个74HC154，它们提供列扫描信号。当电路工作时，（a）〜（d）按照正确的顺序扫描信号门控，一次只有一个门控，其他列熄灭，显示的数据由两个8255A同时给出，因为人眼视觉的持久性,人眼将看到一个稳定的字符。另外，由于每个显示器的汉字需要128字节的存储空间，但AT89C52单片机芯片只有256字节的数据存储器，它远远低于设计要求，因此我们扩展存储空间由8Ktimes;8外部数据存储器6264 。
- （b）
（c） （d）
图3 显示单元的电路分解图
3.3秩数据单元电路的设计
Inte1 8255A是一款通用可编程并行输入/输出接口芯片。它的功能可以通过软件程序设置，并具有很强的通用性。它可以直接通过CPU数据总线连接到外部设备，使用方便灵活。Inte18255A接口芯片有三个8位并行输入和输出端口，编程方法可用于设置三个端口作为输入端口或输出端口。芯片工作具有基本输入和输出，选通输入/输出和双向输入/输出。当数据通过CPU的数据总线传输时，它可以选择无条件传输，查询传输或中断传输。在Inte1 8255A芯片三端口期间，端口C不仅可以用作数据端口，还可以用作控制端口。当端口C作为数据端口时，它不仅可以用作8位数据端口，还可以单独用作两个4位数据端口，并且端口C的每个位都可以操作，可以设置一个特定的端口位输入或输出，为位控制提供方便的条件。
图4 秩数据单元电路
在显示单元电路的设计中，线数据由两个8255A给出，如图4所示。该设计采用动态显示方式显示中文字符，可以通过行或列扫描的方式控制，系统采用列扫描的方法来控制屏幕，具体的列扫描电路如图5所示。列扫描电路由12片74HC154组成。两片74HC154提供32个闪光灯来显示一个字符。74HC154的输入信号为P1.0~P1.3，由AT89C52提供给控制屏，但设计中使用了12个74HC154，它们按顺序工作，另一片74HC154的输入为P1。由AT89C52提供的P1.4~P1.7控制屏幕。
图5 列扫描单元电路
图6 串行通信接口电路
3.4串行通信接口电路
PC和SCM通过串行通信接口链接。为了实现MCU与PC之间的串行通信功能，SCM的串行接口电平将变为标准的RS-232C电平[11]。PC的RS-232C端口输出电压为plusmn;12V。考虑到短距离通信，MCU和PC以及微控制器主要是负责接收命令和数据，因此PC直接与微控制器连接，这是最简单的连接方法。来自PC的TXD侧的信号通过通信电路变为电流信号，光信号的红外发光二极管在发生信号时有电流，二极管发出的光信号投射到光电晶体管上，并进行转换电信号输入到微控制器RXD侧，实现光电转换，电气完全隔离，避免输出侧产生的反馈和干扰。如图6所示。
4软件设计
整个软件设计主要由显示程序和通信程序组成。通过动态扫描实现在屏幕上显示的汉字，用于传输控制和显示功能的字符和其他数据。与PC通信的实时通信部件通过SCM串行中断接收数据信息，因此实现了与PC的实时数据信息传输。
主机软件由Visual Basic实现。在标准串行通信中，VB提供电力通信控制MSCOMM，可以设置发送和接收数据的串行通信，设置串口通信端口状态，消息格式和协议，通过PC的RS直接发送数据。 -232 / RS-485串口。为了实现PC与SCM的可靠通信，并确保双方具有相同的数据格式和波特率[11]，本设计采用RS-232通信，10位数据格式，9600bit / s波特率。
4.1汉字点阵显示原理及子码
以UCDOS的中文Times New Roman字体为例，每个字由16times;16点阵组成。也就是说，国家标准汉字库的每个字都用256格表示。我们可以将每个点理解为像素，并将每个单词的形状理解为图像。实际上，这个字符显示屏不仅可以显示汉字，还可以显示256像素范围内的任何图形。由于微控制器的总线是8位，一个字需要分成两部分，如图7所示。
图7 汉字显示原理
为了理解汉字点阵构成规律，首先通过列扫描方法得到字符码。汉字分为上部和下部，上部由8times;16格组成，下部也由8times;16格组成。首先用列扫描方法显示左上角的第一列，即0列的P00~P07端口，方向为P00~P07，显示“大”的汉字，P05打开，另一个是关闭的。也就是说，二进制是00000100，并转换为十六进制为04h。在上部的第一列结束后，继续扫描第一列的下半部分，从图7中可以看出，该列并非全部，即二进制为00000000，十六进制为00h。根据该方法，依次扫描第二列，第三列，直到第十六列。可以绘制字符“大”扫描码。
04H，00H，04H，02H，04H，02H，04H，04H
04H，08H，04H，30H，05H，0C0H，0FEH 00H
05H，80H，04H，60H，04H，10H，04H，08H
04H，04H，0CH，06H，04H，04H，00H，00H
从这个原理可以看出，无论使用什么字体或图像显示，我们都可以使用这种方法来分析扫描码并显示在屏幕上。
虽然上面的方法允许我们弄清楚字符点阵处理的代码，但依靠手动方法处理字符代码是一件非常复杂的事情。为此，Font软件用于查找汉字代码，在软件打开之后输入要显示的内容，可根据要求选择字体和大小，您可以按行或按列选择模数。按模数按钮，可以自动生成十六进制数据字符代码，我们需要将数据复制到程序中。
表1 18255和6264地址分配表
|
外围设备 |
A15-A0 |
芯片数量地点 |
地址编码 |
|
8255A-1 |
0011 1111 1111 11xx |
4 |
3FFCH〜3FFFH |
|
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