基于STC89C55RD+單片機的LED點陣顯示系統(tǒng)的設計
1 引言
在車站、商場、學校等一些需要發(fā)布多變的實時信息或進行廣告宣傳的場所，黑板、紙張或是霓虹燈廣告牌這些傳統(tǒng)的媒介手段，不論是在顯示效果還是可修改性上都已無法滿足當前的需求。而 LED點陣顯示屏具有耗電省、成本低、壽命長、占用空間小以及能夠實時顯示等特點，而且顯示內(nèi)容的信息量大，用戶可隨時任意自行編輯修改顯示內(nèi)容，因此，近年來已得到了廣泛應用。
2 總體設計
系統(tǒng)采用了上位機——下位機的結構構建，上位機為 PC機，通過串行通信接口與下位機顯示系統(tǒng)進行通信[1]，以實現(xiàn)對顯示內(nèi)容的實時擦除、更新等操作；下位機系統(tǒng)主要包括單片機控制電路和顯示電路兩部分，漢字顯示采用 16x16點陣模式，通過單片機的控制，實現(xiàn)字符從右往左滾動的動態(tài)顯示效果?；究驁D如圖 1所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />
3 系統(tǒng)的硬件結構
3.1 MCU的選擇
MCU是整個下位機系統(tǒng)的核心部件，其性能和片內(nèi)資源很大程度上決定了該系統(tǒng)工作的靈活性、先進性和穩(wěn)定性?；诖?，本系統(tǒng)選用了 STC公司生產(chǎn)的 STC89C55RD+增強型 51單片機。
STC89C55RD+單片機的指令系統(tǒng)、硬件結構以及片內(nèi)資源與標準8052單片機完全兼容，采用DIP40封裝形式；支持的最高時鐘頻率為80M，能最大限度地提高MCU的運行速度；片內(nèi)包含大容量的20KBFlash程序存儲器和1KB的數(shù)據(jù)存儲器，其內(nèi)部可用Data Flash達58個扇區(qū)共29KB；具有在系統(tǒng)可編程（ISP）功能和在應用可編程（IAP）功能，可實現(xiàn)遠程軟件升級，無需編程器，從而大大縮短開發(fā)復雜度，同時可節(jié)省購買編程器的額外投入。
3.2 串行通信
系統(tǒng)上位機和下位機通過串行通信接口進行聯(lián)系。 STC89C55RD+單片機內(nèi)部含有一個可編程的全雙工串行通信接口，即 RXD（P3.0）和TXD（P3.1），具有 UART的全部功能，該接口電路能同時進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。一般情況下只要通過RXD、TXD和GND三根線就可以實現(xiàn)與上位機PC的串行通信，根據(jù)通信距離的遠近，可以選擇RS232或RS485通信方式，由于本系統(tǒng)中顯示屏控制電路與上位機PC的距離較近，故選用了RS-232標準總線接口。具體電路圖如圖2所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />
3.3 驅動及掃描電路 LED點陣選用8x8模塊，每 4塊排列成一個16x16的點陣，用于顯示一個漢字。點陣每一行的所有LED共陰極，每一列的所有LED共陽極。
因為單片機I/O口的驅動能力有限，所以每一行LED陰極通過一個三極管8550與電源相連，I/O口僅需要提供幾個毫安的灌入電流即可控制其通斷?？紤]到本系統(tǒng)可以同時顯示六個漢字，故每一列 LED的陽極都通過一個限流電阻和一個三極管8550與電源相連，當六個漢字的同一行漢字字模（即12個字節(jié)）通過鎖存器74HC377并行送出后，由移位寄存器 74HC595輸出行選通信號，來點亮該行的LED，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到16行全被掃描過一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來，然后按這種方式反復掃描，借助于程序的控制，即可實現(xiàn)信息從右至左的動態(tài)顯示了。具體電路圖如圖3所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />
該系統(tǒng)的軟件主要實現(xiàn)的功能包括：上位機信息（或命令）的發(fā)送和下位機點陣顯示內(nèi)容及方式的控制兩部分。
4.1上位機軟件
上位機信息（或命令）的發(fā)送使用普通的字模提取軟件和串口調(diào)試軟件即可，在與下位機進行通信時，須保證雙方具有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率，本設計采用 RS232通信，波特率為9600bit/s。同時，制定了上下位機之間的通信協(xié)議，信息包格式如圖4所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />
4.2下位機軟件
LED點陣的顯示內(nèi)容及方式主要由單片機的程序進行控制。程序采用模塊化結構，主要包括有主程序、串口中斷服務子程序以及掃描顯示子程序等。
(1)主程序為順序結構，主要完成系統(tǒng)對 I/O口和一些變量的初始化，定時器初始值、串行通信工作方式、以及波特率的設置[2]，然后循環(huán)調(diào)用掃描顯示子程序，顯示原來Data Flash區(qū)中已存在的漢字信息。
(2)串口中斷服務子程序采用接收中斷啟動[3]，主要負責接收來自上位機 PC發(fā)送的信息，包括欲顯示的內(nèi)容以及命令字節(jié)，并根據(jù)命令完成相應的信息寫入、擦除等操作，最后開中斷返回主程序。其流程圖入圖5所示。
其中信息的寫入、擦除等操作主要由單片機的IAP功能來完成。 IAP，即在應用可編程，是指在程序運行時程序存儲器可由程序自身進行擦寫。通過IAP功能的相關指令，既可以將 欲顯示的數(shù)據(jù)寫入到程序存儲器指定的扇區(qū)中，也可以根據(jù)需要擦除相應扇區(qū)中的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)就如同燒入的程序一樣，掉電不會丟失。當然寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域與程序存儲區(qū)是分開的，以使程序不會遭到破壞。
(3)掃描顯示子程序則負責從顯示緩沖區(qū)取出字模，輸出行選通信號和列掃描信號，進行動態(tài)掃描顯示。
500)this.style.width=500;" border="0" />
5 結束語
本點陣顯示系統(tǒng)無需外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，通過STC89C55RD+單片機的IAP功能實現(xiàn)信息的實時發(fā)布和更新。該系統(tǒng)外形美觀、工作穩(wěn)定、字符清晰且字體可自由設定，現(xiàn)已實際應用于我院作為信息發(fā)布的主要平臺。另外，可對系統(tǒng)稍加改進，便可實現(xiàn)通過一臺計算機來控制多塊顯示屏，以適應不同場所、不同時間顯示不同信息的需要。如果在該系統(tǒng)的基礎上添加無線通訊模塊[4]，就可以開發(fā)出基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LED顯示系統(tǒng)。
本文作者創(chuàng)新點：該系統(tǒng)電路結構簡單，沒有外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，充分發(fā)揮了STC89C55RD+單片機的IAP功能，利用軟件實現(xiàn)了信息的隨時發(fā)布和更新。
參考文獻：
[1]郭柯娓，李淑琴 .基于STC89C54RD+單片機的點陣顯示屏的設計[J].遼寧大學學報,2008,35(1):28-31
[2]侯麗玲.基于AT89S52單片機的LED點陣顯示屏控制系統(tǒng)的設計[J].漳州職業(yè)技術學院學報,2008,10(3):70-73
[3]張永峰，王宜懷 .基于Motorola新型單片機的漢字點陣顯示屏的設計與實現(xiàn) [J].微型電腦應用,2005,21(4):17-19
[4]張明波.基于單片機的點陣 LED顯示系統(tǒng)的設計[J].微計算機信息 ,2007,23(2-2):85-86
下載文檔
