基于单片机的点阵LED显示系统的设计
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单 片 机 开 发 与 应 用
《 PLC 技术应用 200 例》
您 的 论 文 得 到 两 院 院 士 关 注
基于单片机的点阵 LED 显示系统的设计
Design of m atrix LED display system based on MCU
(北京科技大学)张明波
ZHANG MINGBO
摘要:本 文 介 绍 了 一 种 基 于 单 片 机 的 点 阵 LED 汉 字 显 示 系 统 。该 系 统 利 用 低 成 本 的 单 片 机 系 统 实 现 汉 字 的 固 定 显 示 、水 平
移 动 、垂 直 移 动 和 对 角 线 移 动 。显 示 模 块 采 用 模 块 化 设 计 , 在 负 载 范 围 内 , 只 需 通 过 简 单 的 级 联 就 可 以 对 显 示 屏 进 行 扩 展 ,
是 一 种 成 本 低 廉 的 汉 字 显 示 方 案 。
关键词:点阵 LED;显示系统;单片机
中图分类号:TP273+.5 文献标识码:B
Abstract:The paper introduces a kind of matrix LED display system based on 51 series MCU.The system can display the chinese in
different forms,such as static,parrallel shift,vertical shift and diagonal move.The display part is modulerazied,and can be cascaded to
meet the need.The practice proves the design is low- cost and effective.
Keyword:Matrix LED,Display sytem,MCU
文章编号:1008- 0570(2007)02- 2- 0085- 02
汉字 LED 显示系统现在广泛应用在银行、交通等和人们密
切相关的日常生活中, 在信息发布、广告中应用最为广泛。本文
提供了一种成本低廉的汉字点阵 LED 显示方案, 该方案采用常
用的 51 系列 CPU 和可以级联扩展的显示电路, 可适用于大多
数的需要汉字显示的场合。
1 系统的硬件结构
1.扫描电路的设计
图 1 给出的是可以显示一个 16×16 汉字的示例电路。系统
由 CPU、数据存储电路( 图中未绘出) 、数据锁存器和扫描电路
构成。由于使用的 16×16 点阵的汉字, 而 51 系列为 8 位机, 每
次只能处理 8 位二进制数, 因此利用两片 74LS373 输出字模的
两部分并加以锁存, 以保证汉字显示的完整。扫描电路利用的
是移位寄存器 74LS299, 通过 CPU 发出的移位控制信号, 驱动
74LS299 形成扫描脉冲, 这种模块化的扫描电路设计非常简单,
并且通过简单的级联就可以形成多个汉字的扫描电路, 可以大
大降低电路板的制作成本。由于 74LS299 是双向移位寄存器,
因此通过简单地改变 CPU 的控制信号, 就可以在不更改任何
硬件电路的情况下, 实现汉字的左移和右移。
2.存储装置的选择
存储设备可以选择 EEPROM 或 FLASH, 这样通过 PC 机将
所需的字模下载到显示控制系统后, 就可以将系统和 PC 机断
开。由于 EEPROM 和 FLASH 的非易失性, 即使系统临时断电,
也不需要重新传送字模数据。在使用上非常方便。如果采用的
16×16 的点阵, 存储一个字需要 32 个字节, 一片 64K 的存储器
可以存储的字可以多达 2048 个, 如此的存储容量对于大部分
的应用场合而言是绰绰有余了。
2 汉字字模的生成
由于需要显示的内容千差万别, 如果完全依靠用户自己构
建汉字字模, 将是一件非常艰巨甚至是不可能的工作。并且在
汉字的显示过程中, 又经常需要实现汉字的水平移动、垂直移
动或对角线移动。如果完全依靠单片机完成字模的创建和显示
控制, 则由于单片机的运算能力有限, 基本上无法实现汉字的
实时显示。为此可以利用 PC 机的强大运算功能, 预先生成显示
汉字的所需的字模。
图 1 汉字点阵 LED 显示系统示例
1.行字模的生成
通常可以利用 UCDOS 的汉字库( 如 HZK16、HZK24 等) 构
造需要显示的字模。在 UCDOS 汉字库中汉字均以行字模的形
式存储, 只要确定了汉字在字库中的位置和字模的长度, 就可
以将需要的汉字的行字模读出。汉字在字库中的位置可以通过
汉字的机内码根据如下公式加以确定: Offset=(94×m_H+m_L)×
32, 其中 m_H 代表以 16 进制表示的汉字机内码的高 8 位, 而
m_L 则代表机内码的低 8 位。而字模的长度则是由显示所用的
点阵决定的, 以常用的 16×16 点阵字模为例, 一个汉字字模需
要 16×16 /8=32 个字节。因此从字模的开始依次读取 32 个字节
就可以得到该汉字 16×16 的字模( 行字模) 。
2.列字模的生成张明波:硕士研究生 讲师
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中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》(嵌 入 式 与 SOC)2007 年 第 23 卷 第 2-2 期
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单 片 机 开 发 与 应 用
直接从 UCDOS 字库中提取的字模是以行字模, 而在有些
显示模式下需要汉字的列字模, 要得到汉字所对应的列字模必
须通过编程对读取的行字模加以变换。
从行字模的存储结构可以看出, 如果按照行的顺序将第 1
行至第 8 行的第一位读出, 就可以组成列字模的第一个字节;
第 9 行至第 16 行的第一位则可以组成列字模的第二个字节;
第 1 行 至 第 8 行 的 第 二 位 读 可 以 组 成 列 字 模 的 第 三 个 字
节, ......依此类推, 即可将行字模转换为列字模。
3 汉字显示的控制
通常字模的移动主要包括按行平移, 按列平移和按对角线
移动三种, 其他的移动形式都可以在这三种运动的基础上改造
而成。下面以按列向左平移为例介绍字模移动的控制思想。
由于点阵屏只能按列进行动态显示, 且每次只能显示一
列, 同时为了保证所显示的内容不出现闪烁, 还需要对屏幕显
示的内容进行多次刷新, 因此字模显示的控制可以分为移动和
刷新的控制。
所谓的字模平移其实质就是相邻的两屏显示内容在位置
上平行移动了一列, 而原先处于显示边缘的显示内容( 第一列
或最后一列) 则被移出显示屏。从图 2 可以看出, 只需控制读取
字模的地址指针, 在完成一屏的显示后, 将地址指针后移一列,
在点阵屏上显示的便是第一个字的后 15 列和第二个字的第一
列, 这样在视觉上就实现了显示内容向左平移了一列。据此原
理稍加修改就可以实现任意形式的平移。
为了保证显示内容不出现闪烁, 还需要进行屏幕的刷新,
每次刷屏操作所显示的内容是相同的。因此可以预先保存好本
屏显示字模的首地址, 当完成一次刷屏操作后, 恢复显示字模
的首地址, 重复字模按列输出操作即可。
图 2 字模存储格式
4 结论
文章给出的示例电路只能完成汉字的左右平移和对角线
移动, 对此电路的字模输出部分稍加修改就可以完成汉字任意
形式的显示( 如上下平移、左右平移和对角线移动等) 。在该系
统的基础上添加通讯模块, 就可以实现 PC 机远程控制显示内
容。目前, 作者已经在此原理基础上开发出实用的低成本大屏
幕汉字显示系统。
本文作者创新点在于提出了以成本较低的单片机控制系
统为核心的大屏幕汉字显示系统, 该系统可以实现汉字平行移
动、垂直移动和对角线移动, 系统采用了模块化设计, 可以通过
简单的级联地对系统的显示模块和扫描模块进行扩展。
参考文献:
[1]诸昌钤.L ED 显示屏系统原理及工程技术. 成都:电子科技大
学出版社,2000.
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术. 北京:清华大学出版社,
1996.
[3]宋晖,高小明.基于 AVR 的 LED 数字大屏幕的设计与实现[J].
微计算机信息,2006,4- 2:71- 72.
作者简介:张明波, 男, 1972 年生, 北京科技大学硕士研究生, 讲
师, 主要研究方向为控制理论及控制工程,E_mail:zhang.ming-
bo@163.com。
Biography:Zhang Mingbo,Male,Born in 1972,Postgraduate of
Beijing Science and Technology University,Lecture,Engaged in
control theory and control engineering.
(100024 北京科技大学)张明波
通讯地址:(100024 北京市北京科技大学( 管庄校区) 信息系自
动化教研室)张明波
(收稿日期:2006.12.17)(修稿日期:2007.1.15)
(上接第 38 页)
通信过程中的各种情况。
INT1 外部中断是由 8279 引起的中断, 当 8279 的 FIFO 寄
存器不为空的时候, 就向 CPU 发出中断申请, CPU 进入中 断
后, 首先读 8279 的状态寄存器, 如果发生错误, 就进入键盘出
错处理程序。否则, 进入键盘处理程序。在键盘处理程序中, 从
FIFO 寄存器中读出键值, 根据键值的不同, 进行相应的处理。
T0 中断程序主要处理跟定时有关的操作, 可以起到时钟的
作用, 并且根据实现设定好的参数, 实现定时采样, 定时发送的
功能。
T2 定时器是专门防止单片机“死机”而设置的“看门狗”定
时器。
本文作者创新点:采用当前流行器件来构成 CAN 智能采集
卡以及相关软件设计。CAN 总线数据采集系统由上位机、CAN
总线适配卡及若干个 CAN 节点组成。可通过网卡或者嵌入式
WEB 网关连入局域网, 再通过路由器接入 Internet。通过 WEB
服务器, 利用 OPC 技术, 进一步实现 B/S 结构的实时监控。
参考文献：
[1]刘海成 等，MCU- DSP 型单片机原理与应用[M].北京航空航天
大学出版社，2006 年.
[2]胡光永.CAN 总线节点电路的设计与实现[J].微计算机信息,
2006,2:1- 2、223.
[3]孙树文，杨建武，张慧慧，朱海志.基于 CAN 总线的分布式监
控系统智能节点设计[J].微计算机信息,2006,23:55- 57.
作者简介: 郑琪(1968- ), 女(汉族), 籍贯陕西西安人, 西安科技大
学电气控制与工程学院电工电子实验教学中心工程师, 硕士,
现主要从事于实验室管理与教学工作,E- mail:zhengqi200@tom.
com; 孙晓云( 1977- ) , 女(汉族), 籍贯陕西铜川人, 西安科技大学
通信与信息工程学院助教, 硕士, 现主要从事于数字信号处理
的教学工作。
Biography:ZhengQi (1968 - ),Gender (Han Nationality ),ShanXi
Province,Working company(College of Electrical and Control Engi-
neering,Xi' an University of science and Technology),Master,Major
research area:The management and teaching work of laboratory.
(710054 西安科技大学电气控制与工程学院)郑 琪
(710054 西安科技大学通信与信息工程学院)孙晓云
(College of Electrical and Control Engineering)Zheng Qi
(College of Communication and Information Engineering Xi
' an University of science and Technology,Xi ' an 710054,
China)Sun XiaoYun
通讯地址:(710054 西安科技大学电控学院西安市雁塔路中段
58 号)郑琪
(收稿日期:2006.12.17)(修稿日期:2007.1.15)
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