基于單片機的LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計

蘭聰花

摘要：根據(jù)字模提取原理，以單片機為核心，設(shè)計了一款16*64LED點陣顯示屏系統(tǒng)。系統(tǒng)通過VB軟件設(shè)計用戶界面，用戶通過上位機實現(xiàn)漢字字模的提取和顯示方式的選擇；上位機通過串口RS-232接口建立與單片機的通信；行譯碼器74HC154以低電平選通點陣的某一行；列譯碼器74HC595傳送給該行16字節(jié)的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了點陣屏顯示內(nèi)容的更新。

關(guān)鍵詞：單片機；LED顯示屏；上位機；漢字字模；串口通信

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）13-0218-02

LED顯示屏自20世紀90年代興起以來，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用，成為了重要的信息顯示傳播媒體。它由數(shù)量不定的發(fā)光二極管按一定規(guī)則排列組成，可以通過一定的編程實現(xiàn)漢字、圖形的靜態(tài)和動態(tài)顯示。本文設(shè)計一個以單片機為核心，上位機更新點陣內(nèi)容和顯示方式的16*64LED點陣顯示屏系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)采用上位機向單片機發(fā)送控制命令和上位機所提取的字模，單片機通過串口通信接收并處理上位機傳輸?shù)男畔?，并由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個16*64的LED點陣顯示屏進行動態(tài)掃描，從而實現(xiàn)點陣顯示字符圖像，如圖1所示。

實現(xiàn)的功能如下：

1）點陣屏并排顯示4個漢字；2）點陣屏上、下、左、右移動的動態(tài)顯示；3）按鍵控制移動方式；4）上位機和單片機通信；5）上位機更新點陣顯示內(nèi)容；6）上位機控制點陣屏的移動方式和移動速度。

2系統(tǒng)核心模塊設(shè)計

本設(shè)計的硬件電路包括單片機最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、LED點陣屏的驅(qū)動電路和串口通信電路。驅(qū)動電路驅(qū)動LED點陣屏顯示四個漢字，一個漢字占據(jù)一個16"16的點陣屏，上位機通過串口發(fā)送字模數(shù)據(jù)和控制命令到下位機（單片機）中，單片機相應的發(fā)出行、列控制信號，逐行掃描顯示完成。

2.1行列驅(qū)動模塊設(shè)計

在設(shè)計中使用74HC154作行譯碼器，74HC595被用作列譯碼器，共用到了8個74HC595芯片，它們之間進行串聯(lián)，相鄰兩片74HC595就選定一片16*16點陣的每一列。

當75HC154選通點陣屏中的任何一行為低電平，那么這一行的列如果有高電平輸人，它所對應的二極管將會導通點亮。按照這種掃描原理，掃描完8行，就可以顯示出相應的行字圖像。74HC154譯碼器在本設(shè)計中主要工作是在經(jīng)過極短的時間去自上而下的依次選通顯示屏16行，給以該行低電平，配合列譯碼器的列掃描，使得點陣屏顯示內(nèi)容。74HC595芯片是8位串行輸入/輸出的芯片，單片機發(fā)送漢字字模的一個8位數(shù)據(jù)到譯碼器寄存器中，從SH_CP每輸入一位數(shù)據(jù)，進位標志位CY有效一次，直到八位數(shù)據(jù)輸入結(jié)束，輸出時鐘上升沿有效一次。這時，輸入的數(shù)據(jù)就被送到了74HC595存儲器中。ST_CP上升沿有效一次，發(fā)送一位數(shù)據(jù)到輸出端口，直到八位數(shù)據(jù)輸入完畢，輸出時鐘上升沿有效一次，此時，輸入的數(shù)據(jù)就被送到了輸出端，原數(shù)據(jù)位數(shù)從高到低分別對應的接口是Q7-Q0，遵循先進后出的原則。

2.2漢字字模的提取

在計算機中所有的數(shù)據(jù)都是以0和1存儲的，提取的漢字字模其實就是一些二進制數(shù)據(jù)。計算機要顯示漢字，第一步需得到漢字的內(nèi)碼，以16進制數(shù)存儲；第二步是由內(nèi)碼計算得出漢字的區(qū)位碼；第三步由區(qū)位碼得到漢字點陣的真實位置；第四步就是按點陣顯示的信息得到漢字的字模。取漢字字模的關(guān)鍵是得到漢字的區(qū)位碼。對于不同的字庫，漢字代碼起始位置的計算方法不同，但只要找到漢字代碼的起始位置，利用區(qū)位碼就可以正確提取漢字點陣信息。

本設(shè)計中的每個漢字將顯示在16*16的點陣屏上顯示，所以得到漢字的字模為32字節(jié)，調(diào)用字庫，獲取漢字的區(qū)位碼才可以得到相應的漢字字模數(shù)，程序設(shè)計就是獲取區(qū)位碼的過程。漢字字模的提取經(jīng)歷漢字字數(shù)的統(tǒng)計存儲、字庫調(diào)用等過程。

字模提取的算法思想：第一步是將文本框輸入的字去除空格和英文字符后存儲到數(shù)組中，獲取文本框中字（包括漢字和西文字符、空格等）的個數(shù)，利用字庫中漢字的ASCIL碼小于0，即最高位為1這一特點，得到漢字的個數(shù)，然后定義各個數(shù)組將這些漢字存儲到數(shù)組中；第二步是調(diào)用字庫，獲取首地址，得到漢字的字模。在本地存儲中找到漢字字庫文件，以二進制打開字庫文件，獲取字庫文件的長度（以字節(jié)計算），重新定義存放字庫數(shù)組的長度，將整個漢字存入數(shù)組中，并關(guān)閉，以防止發(fā)生錯誤；接著就是一個一個漢字的提取字模了，即獲取漢字的區(qū)位碼，判斷區(qū)位碼是否為四位，漢字的區(qū)位碼為四位，從而獲取漢字在字庫中的地址，每個漢字32字節(jié)，將點陣數(shù)據(jù)存人數(shù)組。

3結(jié)束語

本文主要介紹了一個基于單片機16*64顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計，LED顯示屏能夠并排顯示4個漢字，通過按鍵可以實現(xiàn)顯示內(nèi)容向上、下、左、右的移動效果，而且用戶通過上位機就可以更新LED點陣顯示的內(nèi)容和顯示方式，使用方便，易于操作和擴展，更新點陣內(nèi)容方便。