基于51单片机汉字显示设计
摘 要：本课题为基于51单片机的LCD汉字显示技术。基于在对单片机研究的基础上，本文提出了一种以AT89C51为核心的单片机构成液晶显示器的方法。 该钟的显示电路采用160128点阵的图形点阵的液晶屏。 关键字: 单片机， LCD
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引言 ............................................................................................................................................. - 2 - 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2
课题背景 ............................................................................................................................. - 2 - 显示器的发展现状 ............................................................................................................. - 3 - LED点阵显示系统 ............................................................................................................. - 3 - LED器件的应用基础 ......................................................................................................... - 4 - LED点阵模块 ..................................................................................................................... - 5 - 8051单片机输入输出口..................................................................................................... - 6 - 8051单片机的指令时序..................................................................................................... - 7 -
方案设计 ..................................................................................................................................... - 9 - 2.1 2.2 2.3
显示方案 ............................................................................................................................. - 9 - 控制电路方案 ................................................................................................................... - 10 - 系统框图 ........................................................................................................................... - 10 -
3 系统硬件设计 ............................................................................................................................- 11 - 3.1.1 显示屏驱动显示电路 ............................................................................................... - 11 - 3.1.2 显示屏主控制电路 .................................................................................................. - 12 - 3.1.3 控制器的比较及选型 .............................................................................................. - 12 - 3.1.4 EEPROM存储器的选用 ............................................................................................. - 14 - 3.1.5 控制单元和存储单元电路 ...................................................................................... - 14 - 3.1.6 远程通信电路 .......................................................................................................... - 15 -
4 单片机的编程软件及仿真软件介绍 ....................................................................................... - 16 - 4.1.1 Proteus的简介 ............................................................................................................. - 16 - 4.1.2 Keil软件及其调试功能简介 ....................................................................................... - 17 - 4.1.3 软件连接使用 .......................................................................................................... - 19 -
5 控制系统硬件设计 ................................................................................................................... - 21 - 5.1 硬件电路图 ....................................................................................................................... - 21 - 5.2 显示屏主体显示 ............................................................................................................... - 22 - 5.2.1 显示屏主体显示 ...................................................................................................... - 22 -
5.2.2 5.2.3 6
显示屏显示效果 ...................................................................................................... - 22 - 远程通信设计 .......................................................................................................... - 23 -
软件设计 ................................................................................................................................... - 24 - 6.1
程序仿真 ........................................................................................................................... - 24 -
7 8 9 10
系统测试结果 ........................................................................................................................... - 25 - 结 论 ......................................................................................................................................... - 26 - 谢 辞 ......................................................................................................................................... - 26 - 参考文献 .............................................................................................................................. - 27 -
附录：程序 .................................................................................................................................... - 28 -
1 引言
1.1 课题背景
目前单片机已渗透到生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说全自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的工程师和科学家。科技越发达，智能化的东西就越多。看来学习单片机是社会发展的必然需求。
单片机即单片微型计算机，又称为微控制器，它的体积小，功能强，可靠性好，价格又便宜，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想品种，具有广阔的发展前景，其中最具有代表性的就是Intel公司的8051系列单片机。
本文在对单片机研究的基础上，以STC89C516RD为核心控制芯片，对汉字显示屏进行设计与应用，通过对其原理深入分析，探讨以STC89C516RD单片机构成LCD液晶显示屏的实现方法。
1.2 显示器的发展现状
随着电子技术和计算机控制技术在客车上的日益广泛的应用，客车内的路牌显示器也经历了从灯光路牌、翻板式电子模块路牌、CRT显示、LCD液晶显示和LED点阵显示等几种发展类型；显示信息也从固定内容发展到任意内容的多种显示方式；对显示信息的编辑、修改，也由遥控键盘有线通讯模式发展到用计算机编辑文字，在经专用无线控制器将其发射到各站点的通讯模式。以后的发展趋势是卫星定位系统站点显示器，客车内站牌显示器由天线、卫星定位模块、微处理器、LED点阵驱动电路、LED点阵站牌和电可擦写存储器构成。 目前在客车内广泛的显示器由LED点阵显示器和LCD液晶显示器，还有部分CRT显示器，由于CRT显示器耗电量多、体积较大，且本质量较重，与LED点阵显示器和LCD液晶显示器相比，已处于下风，目前LED和LCD显示器成为现代人们选择之一，它们各有优缺点。LCD液晶显示器具有图像清晰、体积小、功耗低等优点，但它的成本高、亮度低、寿命短、可视距离和角度很有限。而LED显示屏具有亮度高、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富等优点。
1.3 LED点阵显示系统
点阵显示是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的新型显示方式。由于其具有色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大多数的公交车招牌都是采用固定的板块显示，显示的信息量少，内容固定，修改站点信息比较麻烦，不能快速、便捷的更新站点信息。本文提出一种方案，采用LED点阵显示模块，克服了上述缺点，不仅可以静态的显示公交车站点信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息显示的容量。为了醒目，还可以产生诸如闪动、滚动等显示效果。
目前LED显示屏的种类越来越多，从使用场合及亮度考虑可分为室内与室外屏，从扫描方式可分为动态扫描显示屏和静态扫描显示屏。室外使用的交通诱导屏，通常采用计算机同步控制的静态扫描显示，每个像素由几个高亮LED发光管组成，可做成多色或全色。其优点在于播放的内容信息量大，实时性强，且由于采
用静态显示，亮度高；其缺点是硬件电路复杂，成本高。室内使用的由8×8LED点阵拼成的显示屏也有同步和异步之分，同步控制显示屏由计算机作为主控器，异步控制显示屏的主控器可采用单片机。单片机控制的单色显示屏由于结构简单，成本低廉，适合作为客车广告屏。
本文介绍的客车广告屏屏系统是智能交通系统的一部分，它是利用先进的显示、及通信等技术手段，动态地、实时地显示公交车的站点信息，最大限度的提高公交车站牌的信息显示量。本系统采用的STC89C516RD+(宏晶科技)单片机是新一代增强型8051单片机标准的制定者，致力于提供满足用户需求的世界级高性能单片机技术，在业内处于领先地位，销售网络覆盖全国。在保证质量的基础上，以极低的价格和完善的服务赢得了用户的长期信赖。在广受欢迎的STC89C51全系列单片机的基础上，现全力推出“1个时钟/机器周期”的单片机,全面提升8051单片机性能。用该单片机作为系统的中央控制单元，负责产生和控制扫描信号、读出显示缓冲区的数据送给扫描驱动电路，使LED点阵屏按照一定的要求显示。根据设计要求，显示方式要具有掉电存储功能，因此，在单片机外围电路加上I2C总线的EEPROM，利用单片机外部中断功能检测出来所需要的显示方式，并把它存储在该EEPROM内，这样，即使断电显示方式也仍然存储在该EEPROM里面，单片机再重新读取该EEPROM里面的内容，也就是断电前的显示方式。结合KEIL软件编程，实现了PC机通信、控制界面以及安全措施，从而大大丰富了系统功能，提高了系统的可操作性，使达到交互式与智能化，符合未来交通系统智能化、网络化的发展方向。利用该系统，可以实现同一站牌不同方向客车站点的静态显示、动态显示和定时显示控制，另外用来应对交通突发事件，作为应急告示，达到疏散交通，保护人们安全的目的。
设计时考虑到系统的扩展加上升级模块，可以实现系统的远程升级；加上公交车到站时间预测模块，可以预测到公交车到站的时间，方便行人；加上网络模块，可以连接互联网，直接通过互联网进行控制，也为以后的智能交通打下基础。
1.4 LED器件的应用基础
LED器件种类繁多。早期LED产品是单个的发光灯，随着数字化设备的出现，LED数
码管和字符管得到了广泛的应用。
LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯等。 LED发光灯的外形由PN结、阳极引脚、阴极引脚和环氧树脂封装外壳组成。其核心部分是具有注入复合发光功能的PN结。环氧树脂封装外壳除具有保护芯片的作用外，还具有透光聚光的能力，以增强显示效果。
LED器件通常用砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）等半导体材料制成。当向LED器件施加正向电压时，器件内部的电子与空穴直接复合而产生能量，以光的形式释放出来，产生半导体发光。因此LED的驱动就是如何使它的PN结处于正偏状态，而且为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方法可以分为直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等。
1.5 LED点阵模块
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器件组成LED显示屏的最小单元，也叫点阵显示模块。
点阵显示屏是由上万个或几十万个LED发光二极管组成，每个发光二极管称为一个像素。为了取得良好的显示一致性并简化器件结构，八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成，即所谓的点阵模块。点阵模块具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。按照颜色的不同分为单基色、双基色和三基色三类，可显示红、黄、绿、蓝、橙等颜色。按照点阵规模大小分有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、32×32、40×40等。按照像素的直径大小分有φ3、φ3.75、φ5、φ10、φ20等。 （a） 外部结构 （b） 内部结构 图1 8×8点阵结构
图1为8×8单基色点阵的结构图，从内部结构可以看出8×8点阵共需要64个发光二极管，且每个发光二极管是放置在各行和列的交叉点上。当对应的某一列置高电平，另一列置低电平时，则在该行和列的交叉点上相应的二极管就亮。
LED显示屏就是由若干个点阵模块组成的，它通过一定的控制方式，就可以显示文字、文本、图形、图像、动画等各种信息，以及电视、录像信号。