点阵LED显示屏控制系统.pdf

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1、点阵 LED 显示屏控制系统 点阵 LED 显示屏控制系统 韩润萍 陈小萍 韩润萍 陈小萍 中图分类号：TN873.95 文献标识码:A 简介：陈小萍 女 2002 毕业于北京服装学院自动化专业,现就职于北京海潮电子技术有限责任公司,从事 LED 显示屏研发工作。韩润萍 女 副教授 现就职于北京服装学院，从事自动化专业的教学和科研工作。摘要：摘要：介绍了一个以单片机 DS80C320 为控制器的点阵 LED 显示屏控制系统。该系统采用 RS-232/RS-485 通信标准，通过 DS80C320 的串行接口接收 PC 机的控制命令及显示数据，经处理后控制 LED 显示屏的扫描显示。该系统采用了

2、一种新型的大容量闪速存储器 29F040 作为数据存储器。本文中给出了该控制系统的软硬件设计要点。关键词：关键词：单片机 LED 显示屏 DS80C320 FLASH 存储器 The Display Control System For A Lattice LEDs Panel Abstract:A lattice LEDs panel display system controlled by a microcomputer DS80C320 was given.The system received the control command and display data from PC b

3、y way of one serial interface of DS80C320 using RS-232/RS-485 communication protocol.The microcomputer controls the scanning of data display by way of another serial interface of DS80C320.It used a new kind of high-capacity FLASH storage 29F040 as its data storage ware.The main points of system desi

4、gn were also presented.Key words ：Microcomputer,LEDs panel,DS80C320,FLASH storage 0 引言 0 引言 LED 电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。本文所设计的是一个同等灰度的单色条形显示屏控制系统，该控制系统以 DS80C320 为控制器，采用 RS-

5、232/RS-485 通信标准，可同时显示 4 个 1616 点阵汉字或 8 个 168 点阵的汉字字符或数字。显示方式有左移右移上移下移替换；显示状态包括移动速度停留时间等。DS80C320 是美国 DALLAS 公司生产的与 MCS-51 系列完全兼容的单片微处理器产品。它与80C32 具有完全相同的封装，提供 80C32 具有的所有的功能，如 I/O 口，定时器/计数器，串行口等。此外它还提供了另一个全双工串行接口，7 个新的中断，可编程看门狗定时器，掉电中断和复位等。在此基础上，DS80C320 还增加了 2 个用于改善外部 RAM 数据存储器存取数据的功能，即双数据指针和可编程片外

6、RAM 存取周期扩展功能。DS80C320 可以工作在 1MHZ33MHZ 的频率范围内。普通 8051 的 CPU 的每个机器周期需要 12 个时钟，而 DS80C320 的每个机器周期只需要 4 个时钟。而且 DS80C320 采用了重新设计的微处理器内核，去除了多余的时钟和存储周期，因此每一条指令的执行时间都比原 8051CPU 快 1.5 至 3 倍，在相同的晶振频率和代码条件下，其运行速度平均提高 2.5 倍。此外 DS80C320 的双数据指针结构也将提高数据传送的效率。在显示系统中，由于扫描显示与状态控制、移动控制分时复用 CPU，扫描显示频率不能低于 60 HZ，这就需要加快

7、CPU 执行指令的速度。DS80C320 具有高的工作频率，高效的 CPU 内核以及很短的机器周期，应用于显示控制系统中可以大大提高显示效果，增强系统的稳定性和可靠性。11 系统设计1 系统设计 显示屏控制系统由显示控制器和 LED 点阵显示屏组成。控制系统的逻辑结构框图见图 1。显示屏控制器驱动器74HC245译码器74HC138行驱动器8x8LED1,28x8LED3,48x8LED15,16移位寄存器74HC595移位寄存器74HC595移位寄存器74HC595 图 1：显示系统逻辑结构图 1）点阵显示屏 点阵显示屏每个单元由 16 个 88 点阵 LED 显示模块、行信号选择译码器 7

8、4HC138、驱动器74HC245、数据移位寄存器 74HC595、行驱动器组成。16 片 88 点阵 LED 显示模块组成一个 6416 的 LED 点阵，用于同时显示 4 个 1616 点阵汉字或 8 个 168 点阵的汉字字符或数字。单元显示屏可以接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容。以下给出了一个显示单元（6416 点阵）的显示程序，当级联多个显示单元时只需相应地改变每行字节数即可。DISP:MOV R0,#8 ；每

9、行 8 字节 MOV DPL,R6 ；取显示缓冲区首地址 MOV DPH,R7 ；DIS:MOVX A,DPTR；取出显示数据 CPL A ；数据取反 MOV SBUF1,A ；送出显示数据 JNB TI1,$；CLR TI1 ；INC DPTR ；取下一个数据 DJNZ R0,DIS ；SETB CLEAR ；74 HC595 的消隐线 SETB STB ；74 HC595 的锁存线 ANL P1,#0FH ；MOV A,LINE ；取行值 DIN:SWAP A ；ORL P1,A ；送出行驱动信号 DISE:CLR STB ；CLR CLEAR ；2）显示屏控制器 2除单片机 DS80C3

10、20 外，显示屏控制器的硬件电路部分由三个部分组成：外部存储器的扩展、串行通信接口和 LED 显示驱动及接口。控制器的组成框图如图 2 所示，采用 DS80C320 作为中央控制器，完成与 PC 机的通信，实现对显示屏显示数据和显示状态的控制。数据存储器使用一片静态RAM62256 和一片 FLASH 存储器 29F040。29F040 容量很大，可以用于存储显示的内容，也可根据需要存储汉字的点阵库。控制器与计算机的连接根据通信距离的远近选用 RS-232 或 RS-485 标准总线接口。接显示屏 DS80C320 MCU驱动器74HC245RS-232/485 接口 数据存储器模 块（622

11、56）程序存储器模 块（27C256）图 2 控制器原理框图 晶振电路FLASH 存储器 模块 29F040 PC 机 静态数据存储器成本低功耗小，读写速度快，但是掉电后片内信息随即丢失，在显示控制系统中需要保存由 PC 机传送过来的显示数据信息，所以在系统中还扩展了一块 FLASH 存储器。闪速存储器（Flash Memory）是一种非易失性存储器，即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息。闪速存储器集其它非易失性存储器的特点于一身：与 EPROM 相比较，闪速存储器具有明显的优势电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压；与 EEPROM 相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点，其独特的性

12、能使其广泛地运用于各个领域。在系统设计中，选用容量为 4Mbit 的 29F040。该芯片内部由 8 个 64Kbyte 的读写块组成，可分块进行读、写和擦除的操作。采用单电源+5V 供电。29F040 与单片机的接口电路如图 3 所示。29F040 有 19 条地址线（A0A18），最高三位（A16A18）由 P2 口作为地址送出，通过 74HC377 八个 D 型锁存器进行锁存。由于 62256 与 29F040 的低位地址重叠，所以需要片选控制。片选信号和最高三位地址一样，也由 P2 口送出，74HC377 锁存输出。寻址时采用两次寻址方法，先将地址的最高三位地址线 A16A18 和片选

13、信号送出，锁存，然后再寻址低 16 位地址。需要特别提出的是，系统中接有外部程序存储器，对外部程序存储器的操作连续不断，P2 口需要不断地送出高八位地址，这时 P2 口不可能再作通用 I/O 口使用，所以片选信号和最高三位地址线只能一并作为地址线锁存起来。用 P3.4 控制 74HC377 的片选，用单片机的读信号作为 74HC377 的锁存信号。这样在一次读操作后即可将放入高位地址的数据锁存在 74HC377 的输出端。3 图 3 DS80C320 与数据存储器的扩展电路 关于程序存储器和静态数据存储器的扩展电路、串行通信接口和 LED 显示驱动及接口电路设计比较常规，在此不加以介绍了。2

14、软件程序 2 软件程序 软件程序是整个控制系统的核心部分，是用汇编语言编写的。整个软件设计分为两大功能块：显示部分和通信部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图象、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。与 PC 机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收和发送数据信息，实现与计算机的实时数据信息传输。其程序功能框图如图 4 所示。显示控制程序显示部分显示方式左移部分显示状态右移部分上移部分停留时间接收部分发送部分通信部分下移部分替换部分移动速度 图 4 程序功能框图 程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区、数据存储区和接收缓冲区。单片机通过串口中断接收 PC 机传

15、来的数据（包括显示内容、显示方式和显示状态），暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律放入数据存储区保存起来，然后再根据显示方式依次从数据存储器中取出数据放入显示缓冲区中用于显示。显示采用逐行扫描的方式，因此扫描频率需达到 60HZ 以上。多种显示方式（左 4移右移上移下移和替换等）的实现取决于从数据存储区取出数据放入显示缓冲区时取数的顺序，左右移时每次从数据存储区取出一位数移入显示缓冲区，上下移动时则每次取出一行数据移入，替换时每次取出整屏数据放入显示缓冲区。扫描显示时并不识别显示缓冲区中的数据，只是依次从显示缓冲区中取出数据由串行口向显示屏发送，并送出相应的锁存消隐和行值信号，完成一

16、次扫描。通信部分的上位机软件采用 Visual Basic(简称 VB)编程，使用 VB 在标准串口通信方面提供的具有强大功能的通信控件 MSCOMM，该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置，直接利用 PC 机的 RS-232/RS-485 串口发送数据。为实现单片机与 PC机的可靠通信，须保证双方具有相同的数据格式和波特率。值得注意的是，DS80C320 内部自带看门狗定时器电路，软件必须在所设置的时间间隔内重新启动该定时器，否则它将使 CPU 复位。3 结束语结束语 本文设计的点阵 LED 显示屏控制系统以单片机为基础，采用性能优越的 FLASH

17、 存储器作为数据存储器，利用 RS-232/RS-485 接口实现与 PC 机的实时数据传输。可实现汉字、字符及数字的五种显示方式，三种移动速度的控制。在系统设计中还兼顾了单片机的抗干扰能力，有效地提高了系统运行的可靠性。该系统已运用于实际场合。参考文献参考文献(1)何立民.MCS-51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术，北京航空航天大学出版社，1990(2)任涛等.闪速存储器数据及应用简明速查手册，电子工业出版社，1997(3)何立民.单片机应用技术选编（8），北京航空航天大学出版社，2000(4)张毅刚等.MCS-51 单片机应用设计，哈尔滨工业电子出版社，1996(5)邬宽明.单

18、片机外围器件实用手册，北京航空航天大学出版社，1998(6)王幸之等.单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，2000(7)张凯等.MCS-51 单片机综合系统及其设计开发，科学出版社，1996(8)张友德等.单片微型机原理应用与实验，复旦大学出版社，1996 作者简介：作者简介：韩润萍（1963.9），女，汉族，1988 年毕业于北京科技大学自动化系工业自动化专业并获硕士学位，现为北京服装学院工业设计与信息工程系副教授，从事自动化专业的教学和科研工作。陈小萍（1980.9），女，汉族，2002 年毕业于北京服装学院工业设计与信息工程系自动化专业并获学士学位，现就职于北京海潮电子技术

19、有限责任公司，从事LED显示屏研发工作。Tel：010-64288127，010-82883833，Email： 5作者英文姓名和单位：作者英文姓名和单位：韩润萍Han Runping 北京服装学院Beijing Institute of Clothing Technology 陈小萍Chen Xiaoping 北京海潮电子技术有限责任公司Beijing Tide Leader Electrical Technology Co.Ltd.Han Runping,female,Han,graduated from Automation Department of Beijing Universit

20、y of Science and Technology in 1988,is working for Industrial Design and Information Engineering Department of Beijing Institute of Clothing Technology as an associate professor.Chen Xiaoping,female,Han,graduated from Industrial Design and Information Engineering Department of Beijing Institute of Clothing Technology in 2002,is working for Beijing Tide Leader Electrical Technology Co.Ltd.and engaging in the development of LED display panel.6