本科毕业设计基于单片机的LED汉字显示屏设计.doc

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1、论文题目：基于单片机的LED汉字显示屏设计专 业：自动化本 科 生：* （签名） 指导教师：* （签名）摘 要LED 显示屏是一种新型信息显示媒体，集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作性能稳定特点，广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面。 本文设计了基于单片机的LED汉字显示屏。给出了系统框图，硬件模块设计图、软件流程图和程序。硬件模块设计方面，主控制系统采用单片机控制方式，实现点阵 LED显示屏的驱动及信息的保存与显示。LED显示点阵主要由LED、字模及其电路构成。通过单片机的控制驱动电路，采用扫描方式

2、进行显示。用C语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。通过试验实现了汉字的滚动显示功能，达到了预期效果。关键词：LED, 点阵, 字模Subject： Chinese character display based on MCU and LEDSpecialty：AutomationName： Dong Tao （Signature） Instructor：Huang Xianghui （Signature） ABSTRACTLED display is new information shows that

3、 the media set microelectronic technology, photonics technology, computer technology, information processing technology in the large-scale integrated display system. With its colorful, wide dynamic range, high-brightness, long life and performance characteristics of stability, widely used in adverti

4、sing, securities, information dissemination, press releases, and so on. This paper was designed based on SCM LED display Chinese characters. By Given system diagram, hardware module design, software, flow charts and procedures, hardware module design, the main control system using SCM control, and d

5、ot-matrix LED display driver and the preservation and display of information. LED display lattice mainly by the LED, word-model and its circuit. SCM control through the drive circuit, a scan showed that way. C language software designed to increase the readability of the procedure and portability. I

6、n order to facilitate the expansion and changes, the software design is modular structure, so that the logic of relations much concisely. Through the pilot realized the rolling display Chinese characters, achieved the expected results.KEY WORDS: Led，field-array, word-model目 录1 绪 论11.1 LED 显示屏的研究背景及意

7、义11.2 LED 显示屏的技术现状及发展趋势21.2.1 LED 显示屏相关定义：21.2.2 LED 显示屏的分类：31.2.3 相关技术：31.3 LED 图文显示屏软件模块工作原理61.3.1 主控制界面的工作原理61.3.2 效果处理界面原理61.3.3 设备通讯界面功能61.4 LED 图文显示屏硬件模块工作原理61.4.1 屏体部分结构与功能71.4.2 控制器结构与功能71.4.3 单片机功能81.4.4 存储器81.4.5 驱动电路81.4.6 控制信号模块81.4.7 查字模模块81.5 论文主要研究内容81.5.1 问题的提出：81.5.2 论文的主要研究内容：91.6

8、本章小结:92 系统分析与设计102.1 汉字显示原理102.2 LED点阵驱动原理122.3系统硬件的总体结构及布局152.3.1控制电路设计162.3.2 显示驱动电路172.4 本章小结203 硬件设计与实现213.1 单片机系统的设计213.2 显示方案的确定223.2.1 行显示驱动的设计233.2.2 列驱动电路的设计243.3 动态扫描时间的分析253.4 本章小结264 软件的设计与实现274.1字模提取274.1.1 字模简介274.1.2 LED 显示屏领域字模实现技术274.1.3 软件控制系统字模提取的分析与设计274.2 效果添加与预览功能的设计与实现284.2.1

9、软件模块处理显示模式技术294.2.2 软件模块直接加载效果技术304.3 显示方案的确定304.4软件设计314.5系统开发软件介绍324.5.1 主界面及编辑界面334.6 本章小结335 系统调试355.1 硬件调试355.2 软件部分的调试365.3 本章小结366 总结与展望376.1 工作总结376.2 工作展望37致 谢39参考文献40附录1 电路原理图41附录2 硬件实物图42附录3 程序清单431 绪 论LED 显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高

10、，寿命长，工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者，广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面，是目前国际上极为先进的显示媒体。1.1 LED 显示屏的研究背景及意义在现代信息化社会的高速发展过程中，最具意义的莫过于大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用开始向消费类多媒体应用渗透。随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。与传统的显示设备相比，正是这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：(1) LED 显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维、二维动画、电视画面等）、亮度高、

11、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。(2) LED 显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。(3) LED 显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。在其历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体：但就其性能看：如阴级管(crt)或石英管(dv)大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积有限，受视频角的影响非常大，

12、可视角度很小；影象投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）；电视墙表面有分割线，视觉上有异物感，室外应用时亮度效果差。而 LED 显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。LED 显示屏的发展主要经历了三个阶段：1、 1990 年以前 LED 显示屏的成长时期。一方面，受 LED 材料器件的限制，LED 显示屏的应用领域没有广泛开展；另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的 LED 显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双

13、基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点 4 级调灰，成本较高。2 、1990-1995 年，这一段是 LED 显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED 显示屏在 LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 显示屏进入市场；电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现 16 级灰度和 64 级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是 1993 年证券股票业

14、的发展更引发了 LED 显示屏市场的大幅增长。LED 显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。3 、1995 年以来，LED 显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入 WTO、北京申奥成功等，成为 LED 显示屏产业发展的契机， LED 显示屏必将得到飞跃发展。1.2 LED 显示屏的技术现状及发展趋势LED 显示屏的技术范围包括半导体光电器件技术、电子电路技术、集成电路技术、信息图像处理技术、信息传输技术、计算机网络技术 以及电子产品制造和电子产品安装工程相关技术。1.2.1 LED 显示

15、屏相关定义：1、LED （light emitting diode）：发光二极管 2、LED 显示屏(LED panel) ：由 LED 器件组成的显示屏幕3、显示单元（display unit） ： 由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成 LED 显示屏的最小单元4、阴极射线管CRT(Cathode Ray Tube) 同步显示：电脑显示器大多采用 CRT 显象管，因此电脑显示器有时也称为 CRT 显示器。CRT 同步显示是指 LED 显示屏的显示内容能实时、同步地反映电脑 CRT 显示器上的显示内容5、全彩色 LED 显示屏：all-color LED panel 由红、绿蓝三基色 L

16、ED 器件组成并可调出多种色彩的 LED 显示屏1.2.2 LED 显示屏的分类：1、根据使用环境，LED 显示屏分为室内显示屏和室外显示屏2、根据显示颜色，LED 显示屏分为单基色 LED 显示屏，双基色 LED 显示屏和全彩色（三基色）LED 显示屏。按灰度级又可分为 16、32、64、128、256 级灰度 LED 显示屏等。3、根据显示性能，LED 显示屏分为文本 LED 显示屏、图文 LED 显示屏、计算机视频 LED 显示屏，电视视频 LED 显示屏和行情 LED 显示屏（一般包括证券、利率、期货等用途）等。4、根据基本发光点，室内 LED 显示屏可以按照 LED 单点直径分类；室

17、外 LED 显示屏可以按照采用的象素直径分类。1.2.3 相关技术：1、显示颜色、亮度和视角基础半导体工业的迅猛发展，带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃，高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。首先要按照亮度指标选择LED或者显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准，当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种（双色）或两种（全彩）。显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流，一平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮

18、度。显示屏的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了达到亮度要求，将每一种颜色都达到最大的亮度，那么就失去了颜色的平衡，例如：双色屏幕的黄颜色偏红，或者偏绿。目前 LED 显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的红色LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。在显示屏制作上采用 SMD 表贴技术的 LED 器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。2、灰度控制技术LED 显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜

19、色的组合，一般可做到 16 级、64 级、256 级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出现了非线性级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的“级差一致性”。目前 LED 显示屏灰度控制一般都在 256 级，通过采用非线性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。实际上、受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商讨的。3、驱动电路LED 正向导通电压的典型值 3.0V4.0V，驱动电流为 20mA。如果只是用一个固定的正向电压驱动 LED，可能会产生变化范围较大的正向电流，例如用 3.4V 驱动 6 只 LED，

20、相应的正向电流差别较大：10mA44mA，取决于具体的 LED 特性曲线。为保证可靠性，驱动 LED 的电流必须低于LED 额定值的要求，典型最大值一般为 30mA，但是，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到 50时电流需限制在20mA 以内。在实际运用中，负载常采用通过串并连形成的 LED 阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或 LED个数变化，限流电阻也应该相应变化。LED 显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。通用 IC 设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏

21、方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动 IC 的发展较快并受到重视和广泛应用。 恒流驱动技术根据 LED 器件的发光与驱动电流高度相关的特点，大大提高了LED 显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使 LED 显示屏更可靠、亮丽。LED 显示屏专用的 IC 一直受到关注。一些 IC 制造商相继推出一些用于 LED 显示的专用 IC 驱动芯片，如 TI 公司推出的 LED Driver 等，这类芯片对原来通用驱动 IC 的集成度进行了提高，使显示屏的驱动电路设计简捷方便，功能上也有所提高，经过研制开发设计适合发展需要的大规模或超大规模专用 LED 驱动电路

22、，这类专用 IC 相对复杂，功能较强。LED 专用驱动 IC 简化了显示屏系统设计的复杂程度，在一定程度上增强了显示屏的功能，提高了整体的稳定性，具有积极的意义。4、系统控制技术控制系统是为了达到实现用“计算机”来控制“LED 电子显示屏”而专门设计的。显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为业内关注并研究开发和应用的关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。显示屏后的单片机、电子部件实现电子显示的功能。其信息的动态变换、刷新，就得通过通讯线，由计算机来控制。“通用图文屏

23、管理系统”就是专门为此而设计的电脑方面使用的软件。能方便实现发布信息的内容输入、编辑排版、动态显示等全部功能。力图实现“所见所得”的效果即电脑屏幕所见的效果，就是 LED 电子显示屏所显示的效果！5、通信传输和网络控制对于信息的发送方式：一种是用 232 通讯，利用计算机串行口COM1COM4 通讯，此方式通讯速度较慢，且距离不能太远，只有 30米左右；另一种是采用在计算机上加插一块通讯卡的 422 通讯方式，此方式通讯速度快，且距离远，可达 1000 米左右。发送功能涉及到上端与下端方面的通讯。在电脑终端的信息数据通过“通讯协议”与单片机实现数据传递，达到电脑智能终端控制电子产品的“电子自动

24、化”的目的。根据对信息传输显示的实时性，LED 显示屏的通信传输控制有通信传输和视频传输。视频传输方式则是把 LED 显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在 LED 显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显示屏都采用视频控制方式。具体传输是采用成对的专用长线传输接口电路。另外，随着计算机网络技术的发展，LED 显示屏在网络环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。现在一般把显示图形或文字的 LED 显示屏称为图文屏，其实 LED 图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，

25、这里所谓的图形，是指由单色固定亮度的点阵线条组成的任意图形，其中 LED 点阵发光器件或发光或熄灭，即只有两种状态。本系统设计正是基于 LED 图文显示屏实际应用，着重实现 LED 显示屏的图文编辑及设备驱动 。1.3 LED 图文显示屏软件模块工作原理LED 图文显示屏软件系统的功能是实现需要联机动态显示和更新部分或全部 LED 图文显示屏系统显示内容。动态显示只是对文字显示来说的。在应用软件的支持下，录入的文字实时的由计算机下载给主控制器，并实时进行显示；更新显示内容时，计算机将录入的文字或图形数据下载给主控器，并存入存储器中。录入完毕移去计算机后，将显示更新后的内容；也可由计算机下达命令

26、，显示固化的内容。因此，相应的应用软件主要由主界面、动态显示界面、图象预览界面、串口校验等界面组成。设计的应用软件在 Windows 操作系统下使用。1.3.1 主控制界面的工作原理系统采用 Windows 标准风格的下拉菜单主界面，应该实现如下功能：在窗体菜单栏选择在更新显示内容时的图形、文字的编辑，颜色的选取控制，对于字模的提取与保存的控制以及对于存储的待显示信息的优化处理，动态效果的添加，文件传输前的调整和设备通讯前的设置功能。1.3.2 效果处理界面原理系统要求满足：将保存后的单屏静态显示效果的信息文件打开，通过手工设置，确认将要实现如瞬间显示，由左至右滚动显示的效果；可以通过手工添加

27、实现多屏文件保存成一个文件通过串口传输。1.3.3 设备通讯界面功能系统要求满足：在遵循串口通讯协议基础上，通过设置各项属性参数，实现文件传输功能。界面能够显示传输状态的文件信息，传输状态以及传输进度等。1.4 LED 图文显示屏硬件模块工作原理图文显示屏的硬件模块基本结构可以分为屏体和控制器两大部分。1.4.1 屏体部分结构与功能屏体部分主要是 LED 和行列驱动电路构成。不论是图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED 器件发光。根据屏幕所需的平面面积大小，选择一定数量的 LED。像数码管一类的 LED 显示器件只在需要发光的七段位置上布置 LED 器件，

28、其它位置都是空白的，因此相对价格比较便宜。但是，由于数码管显示的信息有限，只有 0-9（或再扩展到 A-F）几个字符，这些字符的变化是靠组合 7 段 LED 的发光与否实现的。由于段数不多，组合形成的字符也不多。而用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，每个 LED 发光器件占据数据中的一位，通过对点阵上全部的 LED 进行控制，在需要该 LED 器件发光时数据中相应的位填 1，否则填 0，这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件，得到满意的显示效果。由于文字的显示点阵格式比较规范，可以采用

29、现行计算机通用的字库字模，如汉字的宋体、楷体和黑体等多种可供选择的方案；其大小也可以有 8*8、16*16、24*24、32*32、48*48 等不同规格 。图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。本系统根据实际应用环境采用的是单色图文屏，采用红色的 LED 点阵单元，具体设计将在后面章节阐述。对于双色图文屏和多色图文屏来说，在 LED 点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的 LED 发光器件，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各个颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期的效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同

30、。在显示效果方面，完全可以通过扫描驱动方式实现可以感知的静止不动的效果-静态显示模式；通过随时间变化不断控制刷新显示数据可以实现各种动态显示模式，如闪烁、平移、旋转、缩放等，但这里对显示的数据进行的刷新并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。1.4.2 控制器结构与功能由 M 行 N 列组成的 M*N 图文显示屏其 LED 发光器件数量相当大，不宜使用静态显示驱动电路，而采用多行的同名列共用一套列驱动器。控制电路负责有序的选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。这一行上的 LED 发光器件就可以根据列数据进行显示。这种时序控制电路，可以由布线

31、逻辑完成，但考虑显示数据的存储和设计的灵活性及通用性，一般都采用单片机实现。1.4.3 单片机功能控制电路采用单片机，主要负责与上位机的通讯、控制存储显示数据模块、安排控制信号的定时与顺序、控制驱动 LED 显示点阵的电路等。1.4.4 存储器一般的设置随机存储器接收上位机的数据进行保存，或者加设存储固化显示数据的存储器。1.4.5 驱动电路用来驱动 LED 显示点阵的电路。1.4.6 控制信号模块各种控制信号用来使显示屏正常工作，包括行选通信号、列数据移位信号、列数据输出锁存器打入信号、产生上下部分在时间上错开的SRCLK 信号、清屏信号等。1.4.7 查字模模块当需要由单片机来控制调用字模

32、时，需要增设汉字模模块保存模块。1.5 论文主要研究内容1.5.1 问题的提出：用于图文显示的 LED 显示屏，如果只显示一些图形、文字，而对图象、动画以及信息的实时显示要求不高，而且信息的内容和屏与屏切换相对比较稳定，不需要固定计算机实时服务，只需要在控制显示屏的单片机中加入存储块，实现信息的保存功能。1.5.2 论文的主要研究内容：通过软件编辑实现图文编辑与传输。采用习惯的 Windows 窗体，开启文本编辑区，完成图形和文字的编辑工作。对所编辑的图形、文字做简单的图象处理，加入屏幕信息瞬间变换与滚动方式穿插显示的功能。通过对点阵模块和控制电路的分析，确定 LED 显示屏的部件构成；通过对

33、单片机及智能控制模块的分析，确定 LED 显示屏的组成结构和驱动方式，实现 LED 显示屏的驱动。1.6 本章小结:本章介绍了关于LED的基本概念,包括其工作原理,发展现状及相关技术,与此同时,还述及了LED图文显示屏硬件模块工作原理,控制模块、驱动电路等相关内容,最后归纳了本文研究的基本内容.2 系统分析与设计2.1 汉字显示原理在PC机的文本文件中，汉字是以机内码的形式存储的，每个汉字占用两个字节长度，为了和ASCII码区别，范围从十六进制的0A1H 开始（小于80H的为ASCII码）；将机内码每个字节的最高位屏蔽掉，再以十六进制的形式显示出来，则为国标码；将机内码的每个字节各减去0A0H

34、再以十进制显示出来，即为该汉字的区位码。例如“国”字的机内码国标码和区位码如表2.1 所示：表2.1：“国”字的机内码、国标码和区位码类别数值高位字节低位字节机内码B9FAH1011100111111010国标码397AH0011100111111010区位码195AH0001100101011010即区位码=机内码0A0AOH, 就“国”字而言,其区位码和机内码的关系为：195AH（区位码）0B9FAH （机内码）0A0A0H根据对汉字使用频率程度的研究，可把汉字分成高频字（约100个）常用字（约3000 个），次常用字（约4000字），罕见字（约8000 个）和死字（约45000 个），即

35、正常使用的汉字达15000 个。我国1981年公布了通讯用汉字字符集(基本集)及其交换码标准GB2312-80 方案，把高频字、常用字和次常用字集合成汉字基本字符集（共6763 个），在该字符集中按汉字使用的频度，又将其分为一级汉字3755个（按拼音排序）、二级汉字3008 个（按部首排序），再加上西文字母、数字、图形符号等700个，国家标准的汉字字符集（GB2312-80）在汉字操作系统中是以汉字库的形式提供的。汉字库结构作了统一规定如图所示：图2.1 国标（GB2312-80） 汉字字符集即将字库分成94个区，每个区有94个汉字（以位作区别），每一个汉字在汉字库中有确定的区和位编号（用两个

36、字节），这就是所谓的区位码（区位码的第一个字节表示区号，第二个字节表示位号，因而只要知道了区位码，就可知道该汉字在字库中的地址，每个汉字在字库中是以点阵字模形式存储的，如一般采用1616 点阵形式，每个点用一个二进制位表示，存1的点，当显示时，可以在屏上显示一个亮点。存0 的点，则在屏上不显示，这样就把存某字的1616点阵信息直接用来在显示器上，按上述原则显示则将出现对应的汉字。如一个“豪”字的1616点阵字模如图所示，当用存储单元存储该字模信息时，将需32个字节地址，在的右边写出了该字模对应的字节值3。图2.2 1616点阵字模图每一个小方格代表一个点，黑色的为1，白色为0；每一个点看作为一

37、位（bit）。据此可以描绘出“豪”字的位（bit）信息。采用行扫描的方式，每八位（bit）为一个字节，这里采用十六进制表示，这样就得到了字模数据。汉字的显示和输出，普遍采用点阵方法。由于汉字数量多且字形变化大，对不同字形汉字的输出，就有不同的点阵字形。所谓汉字的点阵码，就是汉字点阵字形的代码。存储在介质中的全部汉字的点阵码又称为字库。16x16点阵的汉字其点阵有16行，每一行上有16个点。如果每一个点用一个二进制位来表示，则每一行有16个二进制位，需用两个字节来存放每一行上的16个点，并且规定其点阵中二进制位0为白点，1为黑点，这样一个1616点阵的汉字需要用216即32个字节来存放。依次类推

38、，2424点阵和3232点阵的汉字则依次要用72个字节和128个字节存放一个汉字，构成它在字库中的字模信息。要显示或打印输出一个汉字时，计算机汉字系统根据该汉字的机内码找出其字模信息在字库中的位置，再取出其字模信息作为字形在屏幕上显示或在打印机上打印输出4。2.2 LED点阵驱动原理发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态越迁到不稳定的高能态;当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式释放数来，就会产生发光现象。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子

39、，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，图2.3 开启一个LED在常态下，二者不能发生自然复合。而当给PN结加以正向电压时，导带中的电子则可越过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇后便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg。LED 发光二极管分为正负二个脚当正负之间加入一定的电压时LED 会点亮5。图2.4LED显示原理LED发光时一般电流为3 至30mA 左右，LED 有一定的稳压作用点亮时LED 的正负之间的电压为1.8V至2.1V 左右，LED 加入电压时必须限流，否则

40、会损坏LED。 根据发光亮度的需要，LED 的限流电阻可为1K至3K之间这时流过几毫安的电流，当需要较高亮度的显示时，可加入较大的电流。例如使用+5V 供电串接100R 的限流电阻则在100R 的电阻上有3V 的压降，因为LED 压降约为2V 则电流约为30 至50mA，LED 点阵由数个LED 按一定规律排列而成。LED显示屏以发光二极管为像素，由LED点阵显示单元拼接而成。最常见的LED点阵显示单元有57,79,88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符8。下图为常见的单色88LED点阵原理图。该点阵为共阳极红色的点阵模块：图2.5 双基色88 LED点阵原理图

41、图2.6 88 LED点阵外观其中8个LED 的正极接在一起，一共有88共64个LED组成。LED 的正极1至8条线循环加入正电压，这8 个正电压在一定的时间内只有一条有效的，其余都无效。8 条线是逐个加入正电压，8 个为一个周期一般每个周期为10ms 至20ms 左右，称之为扫描周期。利用人眼的视觉暂留，人们会看到8路LED 都会点亮，但其实只有一路是点亮的，当每条扫描线即LED 正极加入电压时，如果在负极也加入负电压则相应的LED 会被点亮，扫描电路就是利用这个原理，通个8条正极及8条负极控制64个LED的点亮及熄灭。现在我们较常用到3232的LED矩阵控制1024个LED， 因为每个LE

42、D 是亮的时间只有1/32 ，故在LED点亮时可以加入较大的电流，100R 的电阻可以得到30至50mA的电流。LED 有了1/32 的时间是不点亮的，故可以得到较长的使用寿命。屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采用 88显示单元，按照每行 2个字，共计16 行的方式来组织的2256 LED 象素的显示屏，因此能够显示2个1616 点阵汉字。控制电路采用动态扫描驱动方式驱动 LED 器件，每两行一个控制器，控制完成整个显示电路的行列驱动。从 LED 器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，通过器件的正向电流使其发光。因此 LED 的驱动就是如何使它的 PN

43、结处于正偏置。流过LED的电流i与其两断电压V的关系式为12： (2.1)其发光亮度基本上正比于通过的电流强度。当对于n个LED器件进行扫描驱动时，假定切换电路在切换过程中没有时间延迟，且每个LED的导通时间是相等的，则占空比为1/n。此时的驱动电流幅值应该等于相当直流驱动电流的n倍，才能达到与相当直流驱动一样的效果，且驱动电流幅值不能超过该器件允许的最大脉冲幅值，所以对于本系统应用于室内的LED显示屏，n值取为16，能够满足亮度要求。2.3系统硬件的总体结构及布局行驱动1616点阵 电源列驱动单片机行扫描电路及控制列显示数据图2.7 系统结构框图2.3.1控制电路设计由于设计要求系统能独立运

44、行，并能控制中文LED汉字的移位显示，主控板应以单片机为核心的单片机系统。MCS-51 单片机具有扩展性强，功能强大，价格较低等优点，因此，采用Atmel公司的AT89S52 单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Fl

45、ash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。由于该型号单片机内部集成了8KB的FLASH程序存储器，并且采用CMOS 工艺，功耗低，工作速度较快。由于需要具有较快的刷新频率，以获得较高的刷新频率，使显示稳定，所以单片机晶振选用12MHz，既

46、具有较快的时钟频率，又方便进行计算机的通信。 图2.8AT89S52 单片机引脚排列图2.3.2 显示驱动电路经过对LED器件的发光原理进行分析后，我们可以得到这样的结论:只要在LED器件上加上足够的正向电压，那么流过它的电流就会使它发光，这就是LED器件的驱动。在实际应用中，往往需要调节LED器件的发光强度，通常我们是通过调节流经LED器件的电流的平均时间来实现的。常见的LED器件的驱动方式有：直流驱动、脉冲驱动和扫描驱动，本设计中使用的驱动方式为扫描驱动。(1)脉冲驱动所谓脉冲驱动方式，就是利用人眼的视觉暂留效应，以脉冲的方式对LED器件进行供电，使之间歇性地点亮。采用这种驱动方式需要对以下两个方面进行考虑:脉冲电流的幅值和其重复颇率。首先，脉冲电流幅值的选择，当脉冲驱动的平均值与直流驱动的电流值相等时，我们人眼的感觉是相同的，也就是说两者的发光强度相当。如图4.11所示，平均电流Ia是瞬时电流I的时间积分，对于矩形波来说，有如下表达式7： (2.2)其中就是占空比的一种描述，为了使脉冲驱动方式下的平均电流与直流驱动电流Io相同，就需要使它的脉冲电流幅值满足 (2.3)图2.9LED的脉冲驱动可见脉冲驱动时，脉冲电流的幅值应该比直流驱动电流大T/t倍。其次是脉冲重复频率的选择，通过对视觉暂留特性的分析，要使人眼感觉不到LED器件闪烁，那么脉冲电流的重复