C8051F340控制的LED點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
    隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子、光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展。LED顯示屏以其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性價(jià)比高的特點(diǎn)，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，LED電子顯示屏雖不如LCD顯示屏的界面友好直觀，但由于其具有顯示信息量大、操作方便靈活、用戶可隨時(shí)自行修改顯示內(nèi)容和顯示屏幕的大小、顯示方式圖文并茂等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公共場(chǎng)所。
    這里介紹一種24×40的顯示屏控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)顯示4個(gè)14×10的漢字和8個(gè)7×5的字符或數(shù)字，以C8051F340單片機(jī)為控制器，以74HC595作為行列驅(qū)動(dòng)器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 總體設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)由顯示屏控制器、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、LED點(diǎn)陣顯示屏、與PC機(jī)的串口通信，品振電路和存儲(chǔ)器模塊等構(gòu)成?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2．2 顯示屏控制器
    顯示屏控制器選用C8051F340單片機(jī)，它是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，片內(nèi)集成數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件：內(nèi)置Flash程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部RAM，大部分器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM，即XRAM。
2．3 行驅(qū)動(dòng)器
    設(shè)計(jì)中使用3塊74HE595和3個(gè)相對(duì)應(yīng)的三態(tài)門(mén)2803作為行驅(qū)動(dòng)器。2803是常用的達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器。達(dá)林頓管又稱復(fù)合管，將兩只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，組成一只等效的三極管。新的三極管的放大倍數(shù)是二者之積。在電子電路設(shè)計(jì)中，達(dá)林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。
    這類器件的COM端(的引腳IO)主要有兩種作用：
    (1)試驗(yàn)用時(shí)接地輸出端都接發(fā)光二極管，只要將COM端接地，則所有發(fā)光二極管都點(diǎn)亮，否則，可能是二極管毀壞或其他毀壞。
    (2)保護(hù)用時(shí)接電源正極該器件是接繼電器或針式打印頭，因?yàn)殡姼凶饔?，?huì)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生低于地電位和高于電源電位的反電動(dòng)勢(shì)，這樣，很容易擊穿器件。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，可將COM端接到電源正極．來(lái)削弱沖擊電壓低到二極管壓降和電源電壓的幅度，這樣可使內(nèi)部的三極管受到最小的正電壓沖擊。
2．4 列驅(qū)動(dòng)器
    設(shè)計(jì)中使用5塊74HC595作為列驅(qū)動(dòng)。74HC595是內(nèi)含8位串入、8位串入并出的移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，且移位寄存器和輸出鎖存器分別有各自的時(shí)鐘輸入，控制各自獨(dú)立，這使列數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)的顯示可同時(shí)進(jìn)行。74HC595通過(guò)串行級(jí)聯(lián)方式傳輸。系統(tǒng)擴(kuò)展容易。圖2為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

[!--empirenews.page--]2．5 LED點(diǎn)陣顯示屏
    圖3為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣顯示屏電路圖。點(diǎn)陣顯示屏由15個(gè)8×8的點(diǎn)陣LED顯示模塊構(gòu)成，圖3a為顯示模塊，圖3b為行驅(qū)動(dòng)模塊中的一個(gè)行驅(qū)動(dòng)單元，圖3c為C8051F340的引腳配置圖，圖3d為列驅(qū)動(dòng)模塊中的一個(gè)列驅(qū)動(dòng)單元。

2．6 串口通信接口
    MAX232實(shí)現(xiàn)RS232與TTL電平的轉(zhuǎn)換，使PC機(jī)與單片機(jī)傳輸信息。如果傳輸距離超過(guò)RS232要求的距離，可在兩者之間增加RS232／RS485轉(zhuǎn)換模塊，則達(dá)到RS485的傳輸要求。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    整個(gè)軟件設(shè)計(jì)分為顯示和通信兩部分。軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用匯編語(yǔ)言和Keil C51語(yǔ)言。在C8051F系列自帶的IDE編程環(huán)境結(jié)合Keil環(huán)境實(shí)現(xiàn)顯示功能。通信部分上位機(jī)部分則直接在PC機(jī)VC++環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。
3．1 顯示部分
    顯示部分采用動(dòng)態(tài)掃描方式，實(shí)現(xiàn)漢字、圖像、數(shù)字字符等數(shù)據(jù)信息的控制以及顯示等功能。采用行掃描方式，當(dāng)選通第1行LED點(diǎn)陣時(shí)，對(duì)應(yīng)列數(shù)據(jù)，由于74HC595器件的特殊性，通過(guò)將每個(gè)器件的串行數(shù)據(jù)輸入引腳14(SER)與下一個(gè)器件的串行數(shù)據(jù)輸出引腳9(Q'H)級(jí)聯(lián)，可以把需要顯示的數(shù)據(jù)信息依次存入74HC595器件內(nèi)，通過(guò)其鎖存器功能將數(shù)據(jù)鎖存，待40列數(shù)據(jù)都存入74HC595器件內(nèi)時(shí)，把輸出有效引腳13(OE)置為低電平，則40列數(shù)據(jù)一起輸出，達(dá)到一行顯示的效果。依次類推，實(shí)現(xiàn)整個(gè)顯示屏的顯示功能。
    顯示部分的設(shè)計(jì)還要考慮最示方式和顯示狀態(tài)等。顯示方式有上移、下移、左移、右移等，其實(shí)現(xiàn)取決于從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)時(shí)取數(shù)的順序，左右移每次取出中位數(shù)據(jù)，上下移則每次取出1行數(shù)據(jù)。顯示狀態(tài)則要考慮到顯示數(shù)字的移動(dòng)速度和停留時(shí)間等。
    一般程序中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為顯示緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和接收緩沖區(qū)3部分。接收緩沖區(qū)存放PC機(jī)傳給單片機(jī)要顯示的數(shù)據(jù)；經(jīng)處理后按一定規(guī)律存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；再根據(jù)顯示方式依次從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)中顯示。圖為4為顯示部分程序流程。

[!--empirenews.page--]3．2 通信部分
    C8051F340有2個(gè)UART，將一個(gè)UART的TXD和RXD分別與MAX232的T1IN和R1OUT相連，MAX232的T1OUT和R1IN分別與PC機(jī)的串行接口COM1或COM2相連。注意通信協(xié)議和波特率要相一致。
    通信部分上位機(jī)軟件采用Visual C++編程。應(yīng)用其開(kāi)發(fā)串行通信方法有：(1)利用Windows API通信函數(shù)；(2)利用其標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)inp、inpw、inpd、outp、outpw、outp等直接對(duì)串口操作；(3)使用Visual C++的通用控件(MSComm)；(4)利用第三方編寫(xiě)的通信類程序。綜合考慮，上述各種方法的性能，這里采用第3種方法，即采用MSComm控件。
    MSComm控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，程序員不必了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語(yǔ)言中均可使用。表1為MSComm控件較為重要和常用屬性。

4 結(jié)束語(yǔ)
    LED點(diǎn)陣顯示屏控制系統(tǒng)以C8051F340單片機(jī)為基礎(chǔ)，采用其自身的RAM和Flash存儲(chǔ)器作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，利用MAX232作為RS232和單片機(jī)的接口轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，也可以隨時(shí)更新顯示內(nèi)容。采用C和匯編語(yǔ)言混合編程，其中顯示模塊的關(guān)鍵部分代碼采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，因該系統(tǒng)采用基于Keil C51的編程，故具有較好移植性。