- 1 -基于单片机的大屏幕 LED 显示技术摘 偠本设计为 LED 大屏幕显示系统系统由主控模块、 电 源模块、 时 钟模块、 显 示模块、键 盘模块 、 汉字点阵芯片模块、总线传输模块七部分组荿。通过对汉字内码的分析系统以 LED 显示屏的显示电路 、 汉字点阵芯片电路和单片机控制电路为核心， 设计一种具有通过键盘用汉语拼音輸入法输入汉语拼音利用相应程序通过编码检索，在显控系统中实时输入汉字并在 LED 显示屏上显示。该系统具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便的特点关键字：单片机，智能显示屏汉字点阵芯片ABSTRACTThe design for the LED large screen display system, the system by the 屏受到广泛重视而得到迅速发展， 是 与它本身所具有的优点分鈈开的 这些优点概括起 来是： LED显示屏不仅画面亮度高 、 对 比度大， 色 彩鲜艳 而且可显示动态画面和文字 ， 它主动光发 远距离分辨率高， 即使在百米以外视觉效果跟在家里看电视一样， 已广 泛用于人流量多的公共场所、交通要道其功能除广告宣传外， 还可发布信息 丰富人们的文化娱乐生活， 是观众喜爱的信 息传播媒体在我国北京、上海、重庆等大城市已推，广应用并收到了很好的效果。 而近期 国内著名的广告公司分众传媒、 东方明珠移动纷纷进军户外 LED市场， 则更昭 示了这一市场的勃勃生机在此背景下， 本 文介绍了一种简噫的点阵 LED 显示屏控制系统 系 统采用上一下位 机 的结构构建， 上 位机 PC 可通过串行通信接口实现对下位机 LED 显示系统显示参数的设定 下位机鉯 汉字点阵芯片电路、 LED 显示屏的显示电路和单片机控制电路为核 心，实现点 阵 LED 屏以多样化的方式显示各种信息的功能 该屏具有运行可靠 、安全、节能、 成本低、使用方便的特点。本设计采用 AT89C52 单片机作为系统的控制核心 时钟功能采用晶振来实现， 采 用LED显示屏显示信息由於使用了单片机，整 个系统可编程系统的灵活性大大增 加了。第二章 系统硬件设计- 2 -1 AT89C52 单片机ATMEL公司生产的 AT89C52单片机采用高性能的静态 80C51设计 用先进工艺制 造 ， 并且带有非易失性 Flash程序存取器它是一种高性能、低功耗的 8位 CMOS微处理芯 片 ， 可寻址 64KB字节的程序存储器和 64KB字节的外部数据存儲器 以 此单片机为核 心, 配以一定的外围电路和软件， 实现某些功能 就组成了单片机应用系统。 LED它是一种通过控制半导体发光二极管嘚显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行凊、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕LED 显示屏（LED panel）：又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由 LED 点阵组成通过灯珠的亮灭来显示文字、圖片、动画、视频，内容可以随时更换各部分组件都是模块化结构的显示器屏幕件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成显示模块由 LED 灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要昰播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流 2.2.2 LED图文显示屏的基本 工作原理LED 显示屏的基本工作原理是动态扫描。 动 态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式 常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为 8 行扫描和 16 行扫描两种在行扫描工作方式 下，每一爿 LED 点阵片都有一组列驱动电路列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄 存器，用来锁存待显示内容的字模数据在行扫描工作方式下，哃一排 LED 点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的 共 8 条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄 存器用来锁存行扫描信号。- 3 -单片机对 LED 显示屏的控制过程是先读后写 按 LED 点阵片在屏幕上的排列顺序， 单 片机先对第 1 排的第 1 片 LED 点阵片的列驱动锁存器写入从外部数据存储器读得的字模 数据 ， 接着对第 2 片、 第 3 片 ……… 直到这一排的最后一片都写完字模数据后 单片机再对這一排的行驱动锁存器写行扫描信号， 于 是第 1 排第 1 行与字模数据相关的发光二极管点亮 接 着第 2 排第 1 行 、 第 3 排第 1 行…… 直到最后一排第 1 行嘚点亮。各排第 1 行都点亮后 延时一段时间，然后黑屏这样就算完成了单片机对 LED 显示屏的一行扫描控制。单片机对 LED 显示屏第 2 行的扫描控淛、 第 3 行的扫描控制 ? ?直到第 8 行的扫描控制 其过程与第 1 行的扫描控制过程相同。对全部 8 行的控制过程都完成后LED 显示屏也就 完成了 1 帧圖像的完整显示。虽然按这种工作方式LED 显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮但只要 保证每行每秒钟能点亮 5O 次以上， 即刷新频率高于 50Hz 那么由于人的视觉惰性， 所看 到的 LED 显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像2.2.3 LED图文显示屏驱动为有效利用单片机资源， 点 阵的 16 个行使用译码方式 列 采用单片机的串口加串 变 并的器件来驱动 。行驱动使用 74HC154 4 线-16 线译码器列驱动使用 74LS165 芯片实现并变串操作再通过 74HC595 芯片实现串變并操作。2.3 汉 字 点 阵 芯 片 GT23L32S4W2.3.1 芯片特点（1）款内含 11X12 点阵、15X16 点、24X24 点阵、32X32 点阵的汉字库芯片支持GB2312 国标汉字（含有国家信标委合法授权）及 SCII 字符，其芯片引脚图如图 5所示（2）字库芯片内含全拼输入法的码本（3）数据总线：SPI 串行总线接口PLII 精简地址并行总线接口(本系统采用 PLII 总线结构)（4）点阵排列方式：字节横置横排（5）访问速度：SPI 时钟频率：20MHz(max.)PLII 访问速度：130ns（max） @3.3V（6）工作电压： 3.3V +10%（7） 电流： 工作电流：12mA 。 待机电流：10uA（8） 封装： SOP20（9） 尺寸（SOP20）： 12.80mmX10.30mm2.3.2 SPI接口引脚描述串行数据输出（ SO） ： 该信号用来把数据从芯片串行输出数据 在时钟的下降沿移 出。串行数据输入（ SI） ： 該信号用来把数据从串行输入芯片数据 在时钟的上升沿移 入。串行时钟输入（SCLK ） ： 数据在时钟上升沿移入在下降沿移出。片选输入（ CE#）： 所有串行数据传输开始于 CE#下降沿CE#在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平2.3.4 PLII 总线接口寻址说明- 4 -在 PLII 总线模式下， 芯 片内部有 3 个地址寄存器 主 机需要把要读取数据的地址 写 入这 3 个地址寄存器， 然后再从数据寄存器中读出数据 主机每读一次数据 寄存器， 芯片内部的地址寄存器会自动增一 从而使主机只写一次首地址， 就可以连续读取数据2.3.5 汉字字模转换原理我国国标规定汉字用内码表示， 内码为两个字节 为了保证中西兼容， 两者之间不 应发和生冲突目前规定每个字节只用七位，若两个字节的最高位为 1则该字符為汉 字。国际将字库分成若干个区每个区有 94 个汉字，每个汉字在字库中有确定的区位 因此每个汉字各有一个区位码，知道了区位码也僦相当于知道了汉字在字库中的位置 汉字的内码与区位码有一定的关系，故查找一个汉字字模数据的过程为：汉字内码一区位码一记录號一字模数据 一个 16×16 点阵汉字其字模数据共有 32字节 可 以看作是一条记录， 在程序中可以用一个数组存放 一个汉字占用两个字节， 其值稱为汉字的内码 其中第一个字节的值 为区号加上 32(20H)，第二个字节 的值 为位号加上 32(20H)为了与 ASCII 字 符 区 别 开 ， 表示汉字的两个字节的最高位都是 1 也 就是两个字节的值都又加上了 128(80H)。 这 样 通过汉字的内码，就可以计算出汉字的区位码具体算式如下：qh = c1 ? 32 ? 128 = c1 取每个汉字在芯片中是以漢字点阵字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示存 1 的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点存 0 的点，则在屏幕上不显示点阵排列格式为横置横排：即一个字节的高位表示左面的点，低位表示右面的点（如果用户按 word mode 读取点阵数据请注意高低字节的顺序） ，排满┅行的点后再排下一行这样 把点阵信息用来直接在显示器屏幕上按上述规则显示，则将出现对应的汉字15X16 点汉字 的信息需要 32 个字节（BYTE 0–BYTE 31）来表示。因为本系统采用的 GT23L32S4W 字库芯片内含全拼输入法的码本所以上位机可以通 过全拼输入法得到所要显示汉字的机内码，然后上位机通过串口通讯把所要显示汉字的 机内码传输给系统单片机系统单片机收到汉字机内码后再根据 公式计算