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摘 要
本文介绍了基于AT89C52单片机的硬件和软件的LED显示设计过程。我们使用一个简单的外部电路来控制显示屏，它的大小是32times;192。显示屏还可以采用动态扫描模式显示六个32times;32的汉字,该显示屏可以分为两个小的显示屏,可显示24个16times;16的汉字。我们可以修改代码来改变显示的内容，字幕可以实现滚动功能，滚动的速度可以根据要求进行调整，字幕也可以实现暂停功能。汉字代码存储在数据存储器中，存储器的容量可以根据需要显示的汉字内容扩展。该显示屏具有体积小、硬件简单、电路结构简单等优点。
关键词：LED，汉字显示，AT89C52。
关键字 ：LED，汉字，AT89C52
1.简介
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。在大型购物商场、火车站、码头、地铁站、各种管理窗口等都可以看到LED灯。LED业务已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景光明。LED灯可以显示文本、图片、动画和视频，并且可以改变内容。一些组件是模块化结构的显示设备，通常由显示模块、控制系统和电力系统组成。显示模块由LED组成的晶格结构组成，负责发光显示;屏幕可以显示文本、图片、视频等，还可以通过控制系统控制相应区域LED的亮暗;电力系统负责将输入电压和电流转换为屏幕需要的电压和电流。LED点阵显示通过PC提取显示字符字体，发送到微控制器，然后显示在点阵屏幕上，这种方式主要用于室内和室外的字符显示。LED点阵显示在内容上可分为图形显示，图像显示和视频显示。与图像显示相比，图形显示的特征无论是在单色显示还是彩色显示方面都没有差别。因此，图像显示不能反映颜色的丰富度，而视频显示不仅可以显示运动、清晰和全彩图像，还可以显示电视和计算机信号。虽然三者之间有一些区别，但最基本的原理是相似的。
单片机性价比高，体积小，高可靠性，便于控制，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。
本文描述了LED显示屏的设计。详细描述了相关原理，并对硬件和软件结构的设计进行了详细的描述，最后对总体设计进行了仿真，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(单片机)模型。从主体的实际情况来看，选择单片机模型主要从以下两个方面考虑:一是单片机具有很强的抗干扰能力;其次，单片机具有较高的成本效益。由于MCS-51在中国被广泛使用，拥有更多的信息，并且可以与更多的周边芯片兼容，特别是ATMEL公司，在2003年引入了新的一代微控制器，即89S系列，其具有高性能和低成本单片机的典型产品是AT89C52。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,芯片包括8 KB只读程序内存(PEROM)擦除可以重复,256字节的随机存取内存(RAM)的数据,生产设备采用高密度非易失存储器技术,兼容标准的MCS-51指令集和8052产品，芯片内置通用8位中央处理(CPU)、闪存单元，可应用于更复杂的控制应用。
系统是通过电路实现的，电路由AT89C52芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、行扫描驱动电路和六位32times;32 LED点阵组成。LED字符显示的总体结构如图1所示。一个显示单元由点矩阵和两个74HC154组成。行数据信号分为两个部分，分别由两个不同的8255A给出，但8255A数据来自于主控制器AT89C52的P0端口。每个字符的列扫描信号由两个74HC154给出, 74HC154 12个段被分成六个组。AT89C52的P1.0~P1.3给出了74HC154的输入信号。外部数据存储芯片6264与AT89C52的P0端口连接。
图1 LED汉字显示系统总结构
3.系统硬件电路设计
3.1 单片机控制系统的电路设计
中国汉字的大小是32times;32,但微控制器只有有32个I/O端口，不能满足设计要求，所以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，它提供6264的低8地址信号，但6264的高8位地址信号由P2.0~P2.4提供的，8255A的内部端口是A0和A1选择的。74hc139 是一个2 - 4译码器，它的输入信号由单片机的P2.6 、P2.7 提供，并为外部I / O端口设备提供频闪,因为系统有多个外部设备,确保他们可以不能被选通,所以,他们的地址是唯一的,不会重复。
AT89C52的时钟电路由18,19接入，由时钟端口(XTALI和XTAL2)，12MHz晶体X，电容C1、C2组成，并使用芯片振荡器模式。
复位电路采用简单的电源复位电路，主要由电阻R1、电容C3组成，连接AT89C52的复位输入引脚。
图2 单片机控制系统电路
3.2 电路设计的显示存储单元组成
汉字的大小是32times;32的设计,在设计中，每个字符由四个部分组成，分别为(a)、(b)、(c)和(d),和每个部分包含四个大小是8times;8矩阵的LED,显示部分电路分解图如图3所示。线路信号(a)和(b)由8255A提供, 1PA0 到1PA7, 1PB0 到1PB7为PA和PB的8255A-1端口, 2PA0到2PA7, 2PB0 到2PB7为PA, PB的8255A-2端口，右边的数字代表由74HC154给出的列扫描信号。由74HC154提供16列选通信号， (a) 到 (d)需要8个信号，因此分别以(a)和(b)共用一个74HC154， (c)和(d)共用一个74HC154。显示一个字符需要两个74HC154提供列扫描信号。电路工作时,(a)到(d)通过适当的顺序扫描信号选通,一次只有一个被选通并且其它列熄灭,显示的数据是由两块8255同时提供,,由于人眼的视觉暂留，人类的眼睛会看到一个稳定的角色。此外,由于每个显示的汉字需要128字节的存储空间,但是AT89C52单片机芯片只有256字节数据存储器,它远低于设计要求,所以我们的扩展存储空间为8 ktimes;8 的6264年外部数据存储器。
（a） (b)
(c) (d)
图表3 显示单元的电路分解图
3.3 数据单元的设计电路
Inte1 8255A是一种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来设置，并且具有很强的通用性。它可以直接通过CPU数据总线连接到外部设备，易于使用，灵活直接。Inte18255A接口芯片有三个8位并行输入和输出端口，编程方法可用于将三个端口设置为输入端口或输出端口。芯片工作有基本的输入和输出，选通输入/输出和双向输入输出。当数据由CPU数据总线传输时，其可以选择无条件传输、查询传输或中断传输。在inte18255a芯片三端口的过程中，端口C不仅可以用作数据端口，还可以用于控制端口。当端口C用作数据端口,它不仅可以用作8位数据端口,也分别作为两个4比特数据端口,端口C的每个位可以操作,可以设置一个特定的输入或输出,所以控制提供便利的条件。
图4 串行数据电路
在显示单元电路的设计,这些线条数据给出了两个8255,如图所示图4。这个设计使用动态显示方式显示中文，可以通过行或列扫描,系统采用的方法为列扫描控制屏幕,特定的列扫描电路如显图5所示。列扫描电路由12片74 HC154构成。 两块提供74 HC154 提供32个通道来显示一个字符.这74 HC154输入信号由P1.0 ~P1.3提供，通过AT89C52来控制屏幕,但在设计中用12片74 HC154，按照顺序进行工作，另一片74 HC154 通过AT89C52的P1.4 ~P1.7来控制屏幕。
图5 电压扫描电路
3.4 串行通信接口电路
PC和SCM通过串行通信接口连接。为了实现单片机与PC机之间的串行通信功能，将单片机的串行接口电平转换为标准的RS-232C水平。PC机的rs - 232 c端口输出电压为plusmn;12 v。对于单片机和PC机，考虑到短距离通信并且微控制器主要是负责接收命令和数据，因此PC机直接与单片机连接，这是最简单的连接方式。在通信电路中，PC的TXD端口输出的信号变成了电流信号,当电信号产生时，红外发光二极管通过了电流,发出的光信号二极管投射到光电晶体管,并转换为电信号,然后输入到单片机RXD一边,所以实现光电转换,电气是完全隔离的，以避免输出端产生的反馈和干扰。
图6 串行通信接口电路
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，实现了在屏幕上显示汉字，以及传输控制和显示其他数据功能的。与PC机通信的实时通信部分通过单片机串行中断来接收数据信息，实现了PC机的实时数据信息传输。
主机计算机软件为Visual Basic。在标准串行通信中，主要由VB提供的电力通信控制MSCOMM，它可以设置发送和接收数据的串行通信，并设置串行通信端口状态、消息格式和协议，直接通过PC的RS -232/RS-485串行端口发送数据。为了实现PC机与单片机的可靠通信，确保双方具有相同的数据格式和波特率，本设计采用RS-232通信，10位数据格式，9600bit / s波特率。
4.1 汉字点阵显示原理与子程序
用新罗马字体UCDOS作为一个例子,每个词由16times;16点矩阵组成。那是由于国家标准要求规定每一个汉字要用256格表达。我们可以理解每一个点作为一个图像。事实上,这个字符显示不仅能显示汉字,但也可以显示256格范围内的任何图形。由于单片机是8位单片机,一个词需要分成两部分,如图7所示。
图7 汉字点阵显示
为了理解汉字点阵的构成规律，首先用列扫描法获得字符编码。汉字分为上部和下部。上部8times;16点阵组成,下部也由8times;16点阵。左上角的第一列是上部，按照第一列所示扫描方法,即P00 ~ P07端口0的列,方向是P00 ~ P07,汉字“大”显示,P05端显示,其他不显示。也就是说,二元是00000100,转换为十六进制04 h。在上半部分的第一列结束后，继续扫描第一列的下半部分，可以从图7中看到，这一列不是所有的，也就是说，二进制是00000000，十六进制是00h。根据这个方法，第二列，第三列，直到16号被依次扫描。字符“大”扫描代码可以绘制。
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
它可以从这一原则,不管遇到什么样的字体或图像显示,我们就可以用这些方法来分析扫描代码和出现在屏幕上。
虽然上述方法让我们排除了字符点阵代码过程,而是依靠手输入字符代码的方法，这是一个非常复杂的问题。为此，使用字体软件查找字符代码，在软件打开后输入显示的内容，根据需求选择字体和大小，可以按行或列选择模。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 8255和6264地址分配表。
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外围设备 |
A15-A0 |
芯片地址的位数 |
地址 |
|
8255 a - 1 |
0011 1111 1111 11 xx |
4 |
3 ffch ~ 3 fffh |
|
8255A-2 |
0111 1111 11xx。 |
4 |
7 ffch ~ 7 fffh |
|
6264 |
101000000000000~ 101111111111111 |
8 |
0 a000h ~ 0 bfff H |
4.2 地址分配及数据存储器
在这个设计中,我们使用8255 A,6264等外部设备,他们的管脚是不一样的,通过闸门控制,包括地址分配问题。在系统中，8255A的地址码是3FFCH ~ 3FFFH和7FFCH ~ 7FFFH，地址码是6264是0A000H ~ 0BFFFH。此外，内存6264被划分为四个区域，每个空间大小为2K。对应的地址代码是0A000H ~ 0A7FFH, 0A800H ~ 0AFFFH, 0B000H ~ 0B7FFH, 0B800H ~ 0BFFFH。表1和表2分别显示了8255A和6264的地址分配。
表二 6264年内部分区表
lt;
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分区 |
A15 ~ A0 |
分区 |
地址 |
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类别 |
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