美人无间 苏非影:坚定的方向--基于单片机89C51和89C2051点阵LED图文显示

【摘要】介绍了一种以单片机89C51为控制器的点阵LED显示系统。该系统采用RS-232通信标准，通过以89C51和89C2051为核心的控制电路和后续驱动电路，得到了LED显示屏多种显示方式和状态。本文详细说明了该电路的工作原理及编程思路。

【关键词】89C51 89C2051 RS-232 点阵LED 实时时钟

1 LED点阵显示系统简介

随着图形点阵LED显示模块在各行各业的逐步使用，使得人机界面变得越来越直观形象，尤其对于国内大多数需要有汉字和图形显示的用户来说，显示界面的友好与否，将直接影响到其产品的形象和市场竞争力。

本文所介绍的点阵LED显示屏，显示汉字和各种常见字符等信息，可广泛应用于各种场所。具有结构简单、安装方便、字型美观、图案清析。采用高性能单片机控制，性能稳定，可靠性高，具有掉电保护功能，可完全脱机运行，可以显示约2000个文字。经过一条RS-232串口线与电脑连接更换信息，操作简单，使用方便。

2 LED点阵显示系统的硬件设计

LED点阵显示系统由计算机、RS-232通讯电路、控制电路和LED点阵显示电路构成，结构框图如图1所示。

图1 LED点阵显示电路构成结构框图

上位计算机可选择工业控制计算机或者普通个人计算机。单块条屏由控制电路和驱动显示电路组成。控制电路负责与上位机通信，可根据通信距离的远近选用RS-232或RS-485标准总线接口。本电路采用RS-232接口的3脚（TXD）和5脚（GND），计算机向控制电路发送汉字或字符内码；控制电路存储该内码并在字库中对应汉字或字符点阵，向驱动电路发送行列选通信号；显示驱动电路负责根据行列选通信号，向指定LED发光器件提供驱动电流。

2.1 显示控制电路

控制部分以单片机89C51为核心，辅以外围电路，完成串行通信、外部存储器读取、行列选通信号输出等任务。

为使计算机与控制电路能够随时通信，需要单片机89C51与89C2051与其它器件之间可以通信。当89C2051接收到计算机发送的数据信号时，通过P3.2脚向89C51发送中断信号，此时该脚作为I/O口。而后89C51响应该中断，并通过P1口接收来自89C2051P1口的数据。

在PC机内部，汉字是以机内码的形式存储的，每个汉字占两个字节。单片机89C51将采集来的数据放到串行E2PROM（24LS32）中，P3.3接SDA和P3.4接SCL。所以在没有与计算机通信的时候也可以读取串行E2PROM（24LS32）中存储的汉字或字符内码并最终显示。89C51的串口接收由E2PROM（24LS32）存储的汉字内码，并将其换算成汉字首地址，从4Mbit的EPROM(M27C4001、并行口)的字库中提取相应的汉字(一组32字节的数据)，对应于显示屏排列好存贮到片外RAM（CY6264，64Kbit）中，重复上述过程将所有的汉字都提取出并排列存储好，最后由89C51将RAM中的数据经P1口和P3口输出给显示驱动电路。

汉字库的制备与普通程序存储器的烧录并无区别。将汉字库文件以二进制形式打开，通过编程器烧录到M27C4001中即可[1]。M27C4001的19位地址和CY6264的13位地址信号分别由P0口（经D锁存器74HC573输出作为地址线）、P2口、P1口(P1.5～P1.7复用)产生。串行E2PROM（24LS32）、EPROM(M27C4001)、RAM（CY6264）与单片机的接口如图2^[2]所示。   

图2 单片机控制电路原理框图

在显示功能中，有一种是显示年月日的。如果不与计算机时间同步，则显示实时时钟芯片DS12887的时间。我们还可以通过与计算机通信来获得计算机当前时间。当读取或写入时钟芯片时间数据时，单片机89C51通过AD0～AD7地址数据复用引脚来选通地址并读写数据。

2.2 显示驱动部分^[3]

LED点阵选用2×4模块，每4块排列成一个16×16的点阵，用于显示一个汉字。点阵每一行的所有LED共阳极，每一列的所有LED共阴极。系统由单片机控制。

单片机89C51的P0.0～P0.3口（D0～D3）通过一个通用逻辑阵列GAL16V8D和三态收发器74HC245输出用于行选通信号(OIA～OID)，P3.0和P3.1经74HC245输出用于列选通信号，如图3所示。

图3 行选通信号产生原理图

行驱动部分用两个74HC138译码，将行选通信号作为两个译码器地址输入，可以得到16行的行值信号。考虑到74HC138的驱动能力有限，故LED阳极通过三极管TIP127与电源相连，可提供2A左右的电流，74HC138输出引脚仅需要提供几个毫安的灌入电流即可控制其通断。

列输入驱动由八个8位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器74HC595实现。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入数据在串行移位时钟SRCLK上升沿由串行输入端SER 输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时,SQH端串行输出；在锁存时钟信号RCLK上升沿到来时，芯片将内部串行移位寄存器8位数据并行输出。正常工作时，应将复位端SRCLR与使能端RCLK分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出移位寄存器74HC595的锁存器输出端连接。列驱动电路原理图如图4所示。   

图4  列驱动电路原理图

3 软件系统

程序可以实现与计算机的通信，可非常方便地任意修改所要显示的汉字；并使显示屏可固定、平移地显示汉字。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[4]。单片机通过串口接收PC机传来的数据（包括显示内容，显示方式和显示状态）暂时放在接收缓冲区，处理后放入数据存储区保存，然后再根据显示方式从数据存储区中读出数据放入显示缓冲区用于显示。显示方式的实现取决于数据放入显示缓冲区的顺序，左移是从数据存储区取出一位数放入显示缓冲区，上移是每次取出一行数据放到缓冲区，时间显示是先把实时时钟的数据放到显示缓冲区。显示时并不识别显示缓冲区的数据，只是依次从显示缓冲区提取数据向显示屏发送并送入相应的锁存消隐和行值信号，完成扫描。程序功能框图如图5所示。

图5  程序功能框图

软件系统采用模块化结构，包括主程序、显示子程序和串口中断服务程序。主程序为顺序结构，完成堆栈、中断、串口的初始化设置后，循环调用显示子程序，以及响应串行接收或发送中断；显示子程序从显示缓冲区取出字模，输出行选通信号至P0口并通过一个通用逻辑阵列GAL16V8D输出，配合列扫描信号，进行动态扫描显示；中断服务程序串口接收PC机发送的汉字机内码数据，实现与计算机实时通信。程序各部分的功能，由各个模块分别实现。程序模块有:串口初始化模块、数据输入模块、汉字首地址计算模块、取字模块、显示模块和移动模块。