LED条屏显示系统汉字显示与传送技术的研究与实现

摘 要

本文介绍了一种LED条屏汉字显示与传送技术的设计方案，其原理是利用AT89C51单片机控制显示条屏，使其具有汉字显示功能，并能通过上位计算机向单片机输送控制信号及修改显示内容，控制显示条屏的循环次数、显示方式。单片机通过串口数据接收，并控制驱动LED显示屏做出相应的显示。

【关键词】单片机 LED显示 条屏 汉字显示

在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，LED汉字显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。

本文基于单片机（AT89C51）论述了16*16LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编译与数据传送等基本环节和相关技术。

1 硬件系统

在本设计系统中，上位机采用一台标配的计算机，下位机由AT89C51单片机及其外围辅助电路组成，其间通过RS-232C串行通信方式交换上位机下发的操作控制命令，并返回下位机的工作状态。为了实现串口控制LED显示条屏显示，因RS-232信号电平与单片机的串口TTL电平不一样，所以PC机与单片机之间的通信接口电路必须经过电平转换。芯片MAX232正好可以完成这个功能。同时单片机要对接收到的控制信号进行检测，然后再通过驱动电路对点阵的行列进行驱动，继而控制点阵显示条屏做出相应的显示。

1.1 单片机电路的设计

图1为AT89C51单片机基本电路。供应单片机+5V工作电压，接上12MHz石英振荡器作为时钟电路，RESET按钮提供系统重置电路。同时由于PC串行口是RS232形式的，与TTL电平的电气标准不同，因此PC机的信号必须经过MAX232电位转换芯片，该芯片接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成TTL/CMOS电平，发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。而对于一般的双向通信，只需使用串行输入RXD，串行输出TXD和地线GND，与89C51串行口连接，就可确保输出信号正确。

1.2汉字的点阵显示原理

每一个字均由16行16列的点阵组成显示。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成， 下部也由8*16点阵组成。其原理如图2所示，单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00---p07口。方向为p00到p07 ，显示汉字“大”时，p05点亮，由上往下排列，为p0.0 灭，p0.1 灭， p0.2 灭p0.3 灭， p0.4 灭， p0.5 亮，p0.6 灭，p0.7 灭。即二进制00000100，转换为16进制为 04h。

上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮， 即为00000000，16进制则为00h。然后单片机转向上半部第二列，仍为p05点亮，为00000100，即16进制04h。这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21点亮，为二进制00000010，即16进制02h.

依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位， 可以得出汉字“大”的扫描代码为：

04H，00H，04H，02H，04H，02H，04H，04H

04H，08H，04H，30H，05H，0C0H，0FEH，00H

05H，80H，04H，60H，04H，10H，04H，08H

04H，04H，0CH，06H，04H，04H，00H，00H

由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像， 都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。如图2所示。

1.3 LED显示条屏驱动电路的设计

1.3.1行驱动电路模块

行驱动电路如图3所示，由单片机的输入输出口生成数据信号，而51单片机的灌电流（1.6mA左右）和拉电流（-10mA）很小无法直接驱动二极管，所以必须经过驱动器才能驱动点阵二极管。由于系统是16*16点阵显示屏，因此刚好可以利用P0和P2口共16个输入输出口来生成数据信号，再经过16个驱动器三极管并列分别驱动16*16点阵显示屏的16行线。

1.3.2行驱动电路参数计算

一条行线上有16个LED，因采用的是动态扫描方式进行显示，每一个LED以7.5mA电流计算，那么瞬时流经电路的电流为16x7.5mA=120mA，驱动管选用9012可满足要求。由于VCC接+5V，而三极管处于开关状态下其集电极与发射极之间的压降约为0.3V，又发光二极管的压降为0.7V，从而集电极电阻的阻值选用（5V-0.3V-0.7V）/0.12A=33Ω。因51单片机灌电流约为1.6mA，同时为了使三极管工作在开关状态下，所以在此电路中I/O口输出必须接4.7K的限流电阻。

1.3.3列选通电路模块

列选通电路由集成电路74HC154构成，74HC154是4线-16线高性能存储器的译码器。当两个选通输入G1 和G2 为低时， 它可将4 个二进制编码的输入译成16 个互相独立的输出之一。本设计的行选通电路用51单片机P1口的P1.1-P1.4位输出的二进制编码经4/16线译码器74LS154译码后生成16条列选通信号线，再经过驱动对应的列线。endprint

2 软件系统

2.1 处理系统软件设计思想

本设计的处理系统采用AT89C51单片机汇编语言编写。采用12M晶振，串行口定义为8 位异步串行通信口，波特率由定时器T1所确定，为9600。主程序部分主要进行T1定时器初值设置，还有串口中断控制字的设置和各个存储器的初始化等。子程序部分实现的功能是：接收计算机串口发送过来的数据；单片机对接收到的按键标志位进行扫描；单片机根据相应的按键情况转向相应的分支进行处理各个功能模块分别为串口中断、停止状态、移动显示模块、逐字显示模块。

2.2 控制系统软件设计思想

软件控制系统平台采用Visual Basic编程，计算机要跟单片机之间实现通信，VB所实现的功能主要是：首先要通过按键发送显示方式标志位，通知单片机做好接收控制数据的准备；其次等到按下启动的按键之后就把真正要控制点阵显示屏的数据传送给单片机。另外，VB实现PC机与单片机的串行通信，还结合了两种不同的通信处理方式：一、事件驱动方式；二、CommEvent属性值查询方式。同时还有滚动字幕、实时时钟、菜单等功能，使控制界面不再单调，简单。

3 结论

基于串行通信的LED汉字显示条屏控制系统具有集成度高、外围电路简单、操作简单便捷、交互性强、便于维护、运行可靠等优点。在利用Visual Basic开发的控制平台上输入控制数据，并且利用事先约定好的握手协议实现LED汉字点阵显示条屏按设定的循环次数和显示方式进行显示。经测试，该系统能实现较好显示效果，结果令人满意。

参考文献

[1]诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2008.

[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[4]胡汉才.单片机原理机器接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.

[5]电脑编程技巧与维护杂志社.Visual Basic编程技巧典型案例解析[M].北京：中国电力出版社，189-192.

[6]范逸之，陈文元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002（06）：54-110.

作者简介

戴龙煌（1963-），男，大学本科学历。现供职于富顺光电科技股份有限公司。

作者单位

富顺光电科技股份有限公司 福建省漳州市 363000endprint

2 软件系统

2.1 处理系统软件设计思想

本设计的处理系统采用AT89C51单片机汇编语言编写。采用12M晶振，串行口定义为8 位异步串行通信口，波特率由定时器T1所确定，为9600。主程序部分主要进行T1定时器初值设置，还有串口中断控制字的设置和各个存储器的初始化等。子程序部分实现的功能是：接收计算机串口发送过来的数据；单片机对接收到的按键标志位进行扫描；单片机根据相应的按键情况转向相应的分支进行处理各个功能模块分别为串口中断、停止状态、移动显示模块、逐字显示模块。

2.2 控制系统软件设计思想

软件控制系统平台采用Visual Basic编程，计算机要跟单片机之间实现通信，VB所实现的功能主要是：首先要通过按键发送显示方式标志位，通知单片机做好接收控制数据的准备；其次等到按下启动的按键之后就把真正要控制点阵显示屏的数据传送给单片机。另外，VB实现PC机与单片机的串行通信，还结合了两种不同的通信处理方式：一、事件驱动方式；二、CommEvent属性值查询方式。同时还有滚动字幕、实时时钟、菜单等功能，使控制界面不再单调，简单。

3 结论

基于串行通信的LED汉字显示条屏控制系统具有集成度高、外围电路简单、操作简单便捷、交互性强、便于维护、运行可靠等优点。在利用Visual Basic开发的控制平台上输入控制数据，并且利用事先约定好的握手协议实现LED汉字点阵显示条屏按设定的循环次数和显示方式进行显示。经测试，该系统能实现较好显示效果，结果令人满意。

参考文献

[1]诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2008.

[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[4]胡汉才.单片机原理机器接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.

[5]电脑编程技巧与维护杂志社.Visual Basic编程技巧典型案例解析[M].北京：中国电力出版社，189-192.

[6]范逸之，陈文元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002（06）：54-110.

作者简介

戴龙煌（1963-），男，大学本科学历。现供职于富顺光电科技股份有限公司。

作者单位

富顺光电科技股份有限公司 福建省漳州市 363000endprint

2 软件系统

2.1 处理系统软件设计思想

本设计的处理系统采用AT89C51单片机汇编语言编写。采用12M晶振，串行口定义为8 位异步串行通信口，波特率由定时器T1所确定，为9600。主程序部分主要进行T1定时器初值设置，还有串口中断控制字的设置和各个存储器的初始化等。子程序部分实现的功能是：接收计算机串口发送过来的数据；单片机对接收到的按键标志位进行扫描；单片机根据相应的按键情况转向相应的分支进行处理各个功能模块分别为串口中断、停止状态、移动显示模块、逐字显示模块。

2.2 控制系统软件设计思想

软件控制系统平台采用Visual Basic编程，计算机要跟单片机之间实现通信，VB所实现的功能主要是：首先要通过按键发送显示方式标志位，通知单片机做好接收控制数据的准备；其次等到按下启动的按键之后就把真正要控制点阵显示屏的数据传送给单片机。另外，VB实现PC机与单片机的串行通信，还结合了两种不同的通信处理方式：一、事件驱动方式；二、CommEvent属性值查询方式。同时还有滚动字幕、实时时钟、菜单等功能，使控制界面不再单调，简单。

3 结论

基于串行通信的LED汉字显示条屏控制系统具有集成度高、外围电路简单、操作简单便捷、交互性强、便于维护、运行可靠等优点。在利用Visual Basic开发的控制平台上输入控制数据，并且利用事先约定好的握手协议实现LED汉字点阵显示条屏按设定的循环次数和显示方式进行显示。经测试，该系统能实现较好显示效果，结果令人满意。

参考文献

[1]诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2008.

[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[4]胡汉才.单片机原理机器接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.

[5]电脑编程技巧与维护杂志社.Visual Basic编程技巧典型案例解析[M].北京：中国电力出版社，189-192.

[6]范逸之，陈文元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002（06）：54-110.

作者简介

戴龙煌（1963-），男，大学本科学历。现供职于富顺光电科技股份有限公司。

作者单位

富顺光电科技股份有限公司 福建省漳州市 363000endprint