摘要：以单片机系统组成的点阵LED显示屏开发过程．系统采用上一下位机的结构构建，上位机PC可 通过串行通信接口实现对下位机LED显示系统显示参数的设定．下位机以LED屏的显示电路和单片机控 制电路为核心，实现点阵LED屏以多样化的方式显示各种信息的功能，同时可实现本地温度采集、显示和 本地时间实时显示的功能．

关键词：点阵LED；串行移位；12C；单片机；上位机．

LED电子显示屏是近年来得到广泛应用的 重要信息设备．这种显示屏具有耗电省、成本低、 清晰度高、寿命长、显示内容的信息量大，外形美 观大方，操作使用方便灵活，用户可随时任意自行 编辑修改显示内容，显示方式图文并茂等优点，因 此被广泛应用于商场、学校、银行、邮局…．

1系统的总体结构

系统采用上位机——下位机的结构搭建，上 位机为PC机，通过串行通信接口与下位机显示 系统实现交互，能够实现字符串的修改、显示方式 的设定、时间的设置等功能；下位机系统由核心 板、显示板两个模块组成．下位机系统由单片机控 制LED点阵显示屏的显示，汉字显示采用16×16 点阵模式，并能够实现屏幕显示内容的实时更改； 采用动态显示，实现字符从下往上、从右往左滚动 等动态显示效果；实时采集并显示周围环境的温 度；显示当前的时间与13期．

2点阵LED显示屏系统的硬件结构

2．1微控制器选型

MCU是整个显示系统的核心部件，系统的整体性能很大程度上取决于MCU的先进性和灵活 性．本系统选用STC公司的s1℃89C54RD+增强 型51单片机．

STC89C54RD+单片机具有提高MCU的运 行速度，运行稳定，价格便宜，良好的性价比等特 点．其支持的最高时钟为80M，这样能最大限度地 提高MCU的运行速度；具有双倍速的功能，支持 6时钟周期模式运行；具有ISP在线系统编程功 能，大大缩短开发复杂度，同时可节省购买编程器 的额外投人；STC89C54RD+单片机内部包括 16KB的Flash程序存储器ROM、lKB的数据存储 器RAM，与普通的8051单片机完全兼容，而51 单片机的开发环境也很成熟：如Keil C语言被广 ．泛地应用于新产品的开发，这对于缩短系统开发 周期有着很重要的意义．

2．2外扩数据存储器

在系统中需要板载汉字字库．STC89C54RD +单片机内部只有lKB的RAM，最多只能暂存 32个汉字的点阵数据，一定程度上限制了程序对 硬件资源的利用，所以必须外扩RAM，扩展系统 的可应用性．

单片机与外扩存储器连接的电路如图I所示．系统巾选用256KB的Flash ROM—— W29C020来存储一个标准的16×16点阵汉字 霹．弱时选弱32KB的HN62256来扩爱努部数据 存储器，用于存储显示缓冲区的数据和程序运行 对存储资源的开销．用一个74LS373作为地址锁 森器锬存地址，霹以实溪单片枫约数据缝址总线 的分离．HM62256的片选信号由单片机I／O管脚 P3．4控制，当HM62256不被系统访问时，要求程 穿控制HM62256豹片选无效，以减少功耗． W29C020有18根地址线，而MCU的地址总线只 有16根，因此必须用两个单片机的I／O口(P1． 6、P1．7)侔为高两位地址线。

2．3串行通信

系统上位机——下位机是通过串行通信接口 联系。STC89C54RD÷单片撬内部含有一个霹编程 全双工串行通信接口(RXD、TXD)，具有UART的 全部功能，该接口电路能同时进行数据发送和接 救．一般情魏下只要通过TXD、RXD和GND三条 线连接就可以实现与PC上位机的串行通信．但本 系统为了实现单片机与PC机的串行通信功能，还 嚣要将单片槐戆事行接蠢酶毫平转换成RS一232 电平标准．电平转换选用单片机应用系统中最常 用的RS一232电平转换芯片，此芯片具有集成度 离，内置了电压倍增电路及负电源电路，单+5 V 电源工作，只需外接5个容量为O．1一l心的小 电容即可完成两路RS一232与朋：L电平之间转 换，连接图如图2所示．

2．4驱动电路的设计

系统所选用的点阵强D是佳光电子生产的8 ×8点阵LED一一KWM一30881．系统中所显示的 汉字点阵为16×16点阵，显示一个汉字要用4个 8×8的点阵LED．8×8的点箨LED有8条行线、8 条列线，共16个管脚．则每个16×16显示屏共需 用16条行线、16条列线．

2．4。1行驱番电路

采用16 x 16点阵显示需要16个行驱动信 号．单片机的I／O有限，所以系统采用74HCl38译 码器来扩震I／O瑟，将两片。138译码器连接在一 起形成一个4一16线译码器，通过改变译码器4 个输入信号，来轮流驱动16行，由于单片机的 m输浅瑟的驱动髓力菲常有限，所以在每个输 出口都加一个三极管，增加I／0口的驱动电流，用 来驱动LED显示屏的行信号。

2．4．2列驱动电路

由于本系统中的LED显示屏是可以拼接的， 所以乖J髑串行转并行技术，只要一个单片机的I／0 口，通过串行转并行，就能得刭所需数爨的输击蕊 线来驱动列信号，很好地解决单片机I／0口资源 有限豹阕题．系统巾一个LED屏(显示4个16×16的汉字)由八片的74HC595芯片级联组成串行 转并行输出来驱动列信号．

3点阵LED显示屏系统的软件组成

本系统采用模仿多任务的操作系统运行方式 与体系结构来编程的．

下位机软件设计分为五个模块：(1)、系统初 始佬设置模块；(2)、串墨通信模块；

把每个程序模块都写成一个独立的任务模 块，任务冀任务之闽的资源通过缓冲区来传递，并 且通过信号投放机从信号缓冲区中取信号来实现 任务的谖度。

3．1汉字的显示

汉字一般是以点阵式存储的，对于16点阵字 模，就是把汉字写在一个16×16的网格内，汉字 的笔画通过某网格时该网格就对应l，否则该网格 对应0，这样每一网格均对应1或0，把对应1的网 格连起来餐，就是邀拿汉字。实瑷点阵技术在LCD 屏幕显示的关键是，如何通过汉字的机内码检索 到该点阵位置．ASCII字符表从第161个歪255个 字符(即舛个字符)之阕为非常蔫字符，将其作力 汉字标识符．并规定每两个字节组成一个汉字，即 可组成94×94=8 836个汉字．161至255的字符 被分成94个区，每个区懿数篇就是区褥，每个区 又分成94位，每个位的数值就是位码．同时，我们 将组成字符的两个字节的数值称为汉字的机内 码，分舅l称为高字节内码和低字节内码。槐内码与 区位码之间的联系在于：区码=高字节内码一 160，位码=低字节内码一160．因为汉字是按94 个嚣、位越分的，新以记录号(汉字在字库中的位 置)=(区码一1)×94+(位码一1)．在16点阵字 中，汉字的实际位置为记录号×32L．因此可以得 酲汉字撬内码与W29C020孛16点阵汉字的地址 空间之间的数学关系如下：汉字点阵起始位置= [(高字节内码一0xal)×94+(低字节内码一 Oxal)】×32L．从该起始位置的连续32字节单元 即为该汉字机内码对应的汉字点阵库．

当系统启动之后，配合P1．6、P1。7的工作时 序完成对就9馓O嵩位地址的锁存，并采用外部RAM寻址方式，根据需要读取汉字机内码，按照 上述的逻辑关系，从W29∞20中读取汉字点阵， 送至溅D点阵屏幕上显示．总共可实现16点阵的 汉字显示．

3．2对闻、温度采集处理模块

时闻与温度的采集都是通过12C总线来实现 的，所以此模块主要是通过12C总线来实现时间 的读取，以及时阉的读写操偿．并把读趣来的数据 存放于数据缓冲区中，以便显示时阐或温度时显 示状态机调用．

3．3按键处理模块

本系统采取中断来响应按键．所以在外中断0 的中断服务子程序中要完成两个事情：(1)、读取 键值；(2)、往信号缓冲区发送信号(惫括信号鲍类 型—按键信号、信号的数据一按键值)．然后再通 过信号投放机，根据不同的键值执行相应的操作． 假如按下按键s2，疆D屏劂显示酵阏；按下按键 S3，LED屏则显示实时周围环境的温度；按下按 键S4，LED屏则晟示英文；按下按键S1，LED屏 掰显示汉字．

3．4 LED驱动嚣示模块

此模块是整个系统的程序中最为关键的模 块。在它只有一个子翟穿一显示程穿，在程序审 定义一个全局变量一结构体，这个结构体用来表 示字符滚动显示的六个参数，而这个结构体也只 有在囊示状态机巾改变，从褥实褒字符在强D燕 示屏上滚动显示的效果．而各个状态中的任务以 及各个状态间的转换过程如图3所示．

状态说臻：

0：lDLE空闲；I：TEMP—MODE读取温度并进 行处理；

2：骶ME—MODE状态读取日期醛间并进行处理；

3：SWITCH—STRING—INIT初次切屏；

4：SHOW—STRING字符串显示等待；

5：SWITCH—STRING字符串切换；

6：READ—STRING读下一字符串并存字模到 缓冲区．

4结论

设计的点阵LED显示屏系统采用上位 机——下位机的结构搭建，上位机为PC机，通过 串行通信接口与下位机显示系统进行通信，能够 实现所要显示的字符串的修改、显示方式的设定、 时间的设置等功能；下位机系统由单片机控制 LED点阵显示屏的显示．汉字显示采用16×16点 阵模式，并能够实现屏幕显示内容的实时更改；显 示方式采用动态显示，实现字符从下往上、从右往 左滚动等动态显示效果；系统同时实时采集并显 示周围环境的温度；并具有显示当前的时间与日 期的功能．所设计的系统具备显示稳定、功耗低、 寿命长、显示内容易改、显示方式丰富等优点．