魏麗

【摘要】本論文介紹了點(diǎn)陣式字母電子顯示屏的硬件電路設(shè)計(jì)原理與軟件設(shè)計(jì)方案，采用SPCE061A系列單片機(jī)芯片，得到了一個(gè)能夠顯示1個(gè)字母或一個(gè)數(shù)字的8*8 的并可以根據(jù)需要擴(kuò)展的LED點(diǎn)陣式顯示屏。論文中硬件電路決定了LED點(diǎn)陣屏是以動(dòng)態(tài)的方式點(diǎn)亮， 流動(dòng)是以位進(jìn)行的， 與字母模存放的形式有關(guān)。首先使雙色點(diǎn)矩陣整屏點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；再使綠色整屏點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；再使紅色整屏點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；接著依次顯示英文字符 A，B，C，D；然后使英文字符從左到右、從右到左、從上到下、從下到上動(dòng)態(tài)顯示；最后在屏幕上顯示“鐘表”圖案并循環(huán)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 電子顯示屏 硬件電路 軟件設(shè)計(jì) 主函數(shù)

LED字母、數(shù)字、漢字點(diǎn)陣式顯示系統(tǒng)是集信息技術(shù)、電子技術(shù)、光電技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有高穩(wěn)定性、低耗能、高亮度、長(zhǎng)壽命、高清晰度和更新方便等特點(diǎn)，以廣告宣傳或傳遞信息的載體等方式廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所。

本論文在實(shí)驗(yàn)室條件允許的情況下，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能顯示1 個(gè)字母的8 *8 的LED點(diǎn)陣式顯示屏。該系統(tǒng)以SPCE061A系列芯片為核心，結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)字母的顯示、跳屏及自檢等功能。

一、凌陽16位單片機(jī)的概述

1.1單片機(jī)SPCE061A的概念。SPCE061A 是繼μnSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A 是凌陽科技公司μnSPTM （Microcontroller And Signal Processor） 系列產(chǎn)品中的16位微控制器芯片， 內(nèi)置32k閃存， 其較高的處理速度使芯片能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)， 適用于數(shù)字語音識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域。在2.6V～3.6V工作電壓范圍內(nèi)， SPCE061A 的工作速度范圍為0.32～49.152MHz， 具備8通道10位ADC 輸入功能，內(nèi)置的具有自動(dòng)增益控制的麥克風(fēng)輸入功能，雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個(gè)I/O口輸入輸出功能。

1.2發(fā)展單片機(jī)SPCE061A的必要性。凌陽SPCE061A單片機(jī)不僅具有體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展；較強(qiáng)的中斷處理能力；高性能價(jià)格比；低功耗、低電壓等優(yōu)點(diǎn)外，還有很強(qiáng)的模塊化，例如：位操作模塊、自動(dòng)語音錄音以及播放模塊。另外，它還配有專門的編譯環(huán)境IDE，這些都為軟件的設(shè)計(jì)提供了方便。在硬件方面，單片機(jī)有輸入輸出端口，這就方便了單片機(jī)與機(jī)器人、計(jì)算機(jī)的連接。利用凌陽SPCE061A單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控板，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人中的五個(gè)電機(jī)和機(jī)器人頭部的揚(yáng)聲器。另外增加了特定人語音識(shí)別的功能，通過命令來控制機(jī)器人，使機(jī)器人智能化。

SPCE061A單片機(jī)耗電少，可以滿足很多手提設(shè)備、掌上設(shè)備低能耗的需求，低能耗也是電子技術(shù)一直在追求的一個(gè)目標(biāo)。SPCE061A單片機(jī)可方便的用來實(shí)現(xiàn)聲音錄制、播放，Midi音樂合成和語音識(shí)別，相比別的單片機(jī)比較有特色。SPCE061A單片機(jī)可方便的完成一系列乘加的運(yùn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)處理比較容易，別的單片機(jī)一般都不具備這種功能。SPCE061A單片機(jī)芯片里具備在線仿真調(diào)試電路，使調(diào)試和程序下載更加方便，也把仿真器和燒錄器的成本給節(jié)省下來了。單片機(jī)體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。

1.3單片機(jī)SPCE061A的應(yīng)用領(lǐng)域。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種手機(jī)、充電器、電話、電風(fēng)扇、錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。

二、基于單片機(jī)SPCE061A的字幕機(jī)

2.1字幕機(jī)背景介紹

2.1.1點(diǎn)矩陣的種類及結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在市面上已出現(xiàn)很多有關(guān)點(diǎn)矩陣顯示器的商品，如廣告活動(dòng)字幕機(jī)、股票顯示板、活動(dòng)布告欄等。它的優(yōu)點(diǎn)是可按需要的大小、形狀、單色或彩色來組合，可與微處理器連接，做各種廣告性文字或圖形變化。 何謂點(diǎn)矩陣顯示器？其實(shí)它是由 LED按矩陣方式排列而得名。 點(diǎn)矩陣顯示器的種類，可分為 5*7、5*8、6*8、8*8 等 4 種；而按 LED 發(fā)光變化顏色來分，可分為單色、雙色、三色；按LED的極性排列方式又可分為共陽極與共陰極，其結(jié)構(gòu)如所示。以 5*7點(diǎn)矩陣為例，一般市售注明 CA-P（共陽極）、CC-P（共陰極）。

本論文設(shè)計(jì)采用共陰極為L(zhǎng)ED的外形及共陰極LED的陣列結(jié)構(gòu)。通過編程控制各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。

三、結(jié)論

3.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境

3.2μnSP集成開發(fā)環(huán)境

本論文的實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境為unSP IDE 2.0.0。

IDE2.0.0作為μnSP IDE 工具截止現(xiàn)在（2005-11-11）最新的一個(gè)版本，它不但繼承以前版本IDE的特點(diǎn)，同時(shí)增加了一些新的功能，集納了眾多用戶在使用μnSP IDE 過程中提出的一些意見，并包含了一些新的例程。 IDE2.0.0 在編譯優(yōu)化、代碼查錯(cuò)定位等方面都有了一定的進(jìn)步，用戶在使用本版 IDE 時(shí)，應(yīng)該可以體會(huì)到，其對(duì)代碼的嚴(yán)謹(jǐn)性有了更高的要求。而在新版 IDE 的各個(gè)方面，都有所加強(qiáng)，用戶在使用過程當(dāng)用會(huì)有所體會(huì)。 新添加功能、加強(qiáng)原有功能等， 都沒有改變 unSP IDE 一慣的使用方法， 所以用戶可以參考 unSP IDE184的用戶手冊(cè)，以學(xué)習(xí)μnSP IDE 的基本操作及相關(guān)知識(shí)，這在 IDE2.0.0 的使用當(dāng)中是保持不變的。

μnSPTM 集成開發(fā)環(huán)境集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試以及仿真等功能為一體。具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。此外，它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項(xiàng)功能來調(diào)試程序。

3.3 硬件原理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在這里使用 8*8 雙色點(diǎn)矩陣進(jìn)行說明。

根據(jù)題目要求畫出系統(tǒng)框圖，參考如下：

在程序中控制點(diǎn)矩陣按照從左到右依次顯點(diǎn)，最后可以得到字符‘A。具體說來先顯示第一幅圖片持續(xù)一小段時(shí)間（在程序中使用 4KHz 的時(shí)基信號(hào)進(jìn)行掃描，即持續(xù) 1/4096 秒） ，然后再顯示第二幅圖片，顯示第三幅圖片，顯示第四幅圖片，顯示第五幅圖片，然后再重新顯示第一幅圖片……這樣一直循環(huán)進(jìn)行。由于掃描的時(shí)間非?？欤瑧?yīng)用視覺效應(yīng)，就可以看見字符‘A。

點(diǎn)陣式字母顯示屏的結(jié)構(gòu)。電路包含電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、單片機(jī)控制電路、記錄電路、驅(qū)動(dòng)電路和 LED點(diǎn)陣屏顯示電路等七大部分。電源電路通過變壓元件為整個(gè)電路提供5V的工作電位，復(fù)位電路可在需要時(shí)為單片機(jī)手動(dòng) 復(fù)位清零 ，使整個(gè) 電子顯示屏初始化；時(shí)鐘電路是單片機(jī)的工作驅(qū)動(dòng)電路；單片機(jī)內(nèi)的程序控制著整個(gè)電路，其輸出通過譯碼器SN74LS154譯碼作為點(diǎn)陣屏的驅(qū)動(dòng)；記錄電路記錄單片機(jī)的工作特性，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警，亦即報(bào)警電路；驅(qū)動(dòng) 電路包含陽極驅(qū)動(dòng)和陰極驅(qū)動(dòng) ，分別驅(qū)動(dòng)＼點(diǎn)陣屏陽極和陰極。譯碼器 SN74LS154的輸出經(jīng)三極管 TP后的輸出為陽極驅(qū)動(dòng)，移位寄存器 SN74LS595 的輸出為陰極驅(qū)動(dòng)，從而使整個(gè)點(diǎn)陣屏顯示電路正常工作，顯示出所要求的字母或漢字。

在主函數(shù)流程圖中調(diào)用點(diǎn)亮整屏顯示包括紅色與綠色，調(diào)用顯示字符，調(diào)用動(dòng)態(tài)效果，調(diào)用顯示時(shí)鐘等函數(shù)。

先對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行初始化；循環(huán)掃描亮 8行LED（ 稱點(diǎn)亮一幀圖象）；一幀圖象掃描完畢后， 列指針向右移動(dòng) 1位， 再掃描下一幀圖象。為了控制字母共動(dòng)的速度， 有時(shí)候要對(duì)一幀圖象掃描數(shù)次后才將列指針移位……依次類推，列指針共向右移動(dòng) 8位。這樣，主觀上感覺到圖象向左滾（ 移） 動(dòng)；移動(dòng)一個(gè)字母（ 列指針右移 8位）后，字指針向下一個(gè)字母。再重復(fù)上述過程。這樣，我們就能在顯示屏上看到持續(xù)不斷的滾動(dòng)字母信息了。

顯示字符函數(shù)、向左、向右、向上、向下移動(dòng)字符函數(shù)中對(duì)計(jì)數(shù)變量進(jìn)行初始化，對(duì)這幾種模式用變量進(jìn)行標(biāo)識(shí)，初始化需要顯示的字符指針，初始化列掃描指針。

3.4軟件設(shè)計(jì)方案

硬件電路決定了LED點(diǎn)陣屏是以動(dòng)態(tài)的方式點(diǎn)亮， 流動(dòng)是以位進(jìn)行的， 與字母模存放的形式有關(guān)。表1是以左移位，橫向字母，從上往下方式取模。來說明流動(dòng)程序算法。

設(shè)計(jì)基本思路

第一步： 先對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行初始化。

第二步：循環(huán)掃描亮 8行L E D（ 稱點(diǎn)亮一幀圖象）。

第三步： 一幀圖象掃描完畢后， 列指針向右移動(dòng) 1位， 再掃描下一幀圖象。為了控制字母共動(dòng)的速度， 有時(shí)候要對(duì)一幀圖象掃描數(shù)次后才將列指針移位……依次類推， 列指針共向右移動(dòng) 8位。這樣， 主觀上感覺到圖象向左滾（ 移） 動(dòng)。

第四步： 移動(dòng)一個(gè)字母（ 列指針右移 8位）后，字指針向下一個(gè)字母。再重復(fù)上述過程。這樣 ， 我們就能在顯示屏上看到持續(xù)不斷的滾動(dòng)字母信息了。

四.實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 設(shè)計(jì)思路

4.1.1 如何用單片機(jī)寫字母顯示器的系統(tǒng)

LED點(diǎn)陣電子顯示屏我設(shè)計(jì)兩種方案：

方案一：采用可編程邏輯器件作為核心控制器產(chǎn)生LED點(diǎn)陣的行、列驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于該系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)信息的顯示，還要具備鍵盤控制器、顯示亮度連續(xù)可調(diào)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示、與PC機(jī)通訊等功能及其他發(fā)揮功能，這就要求需要用中大規(guī)模的PLD，設(shè)計(jì)多個(gè)接口電路，開發(fā)周期長(zhǎng)，不易進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)系統(tǒng)的成本會(huì)急劇上升（相對(duì)于第二種方案）。因此，本設(shè)計(jì)并未采用這種方案。

方案二：采用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。鑒于SPCE061A單片機(jī)比傳統(tǒng)的SPCE061A系列8位單片機(jī)具有更加豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快，同時(shí)“61板除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，體積小，可靠性高。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用雙單片機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)主要用于完成多功能顯示控制功能，另一個(gè)主要用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示、實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)顯示、無線通訊以及其他的擴(kuò)展發(fā)揮部分功能，這樣提供了充足的內(nèi)部空間和更多的外部接口；同時(shí)由于安裝和調(diào)試工作可以并行進(jìn)行，極大地縮短了總體設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間。

4.1.2 點(diǎn)陣信息提取方案

將標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣信息字模數(shù)據(jù)的字庫文件（本系統(tǒng)中采用漢字庫文件HZK16、ASCII碼庫文件ASC16）裝入外擴(kuò)ROM存儲(chǔ)器，采用與PC機(jī)相同的編碼（機(jī)內(nèi)碼），先進(jìn)行基于PC機(jī)的預(yù)處理，提取需顯示內(nèi)容的機(jī)內(nèi)碼，通過串口發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)首先進(jìn)行判斷，若是ASCII碼，則直接計(jì)算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出連續(xù)的16個(gè)字節(jié)即為其字模信息；若為漢字，單片機(jī)將機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為區(qū)碼和位碼，再計(jì)算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出連續(xù)的32個(gè)字節(jié)即為其字模信息，然后送到顯示器去顯示。另外，PC機(jī)與單片機(jī)之間串口通信只是傳輸機(jī)內(nèi)碼，而不是傳輸字模信息，傳輸信息量小，不需要復(fù)雜的通信協(xié)議。這樣既可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且可以根據(jù)要求隨時(shí)改變顯示內(nèi)容，非常簡(jiǎn)單靈活。

4.1.3 硬件電路設(shè)計(jì)

在日常生活中，經(jīng)?？梢钥吹礁鞣N各樣的電子顯示牌，有大型的也有小型的；有很多都是利用點(diǎn)陣LED 顯示器組合而成的，掌握點(diǎn)陣 LED 的原理及使用方法有助于了解這類產(chǎn)品的工作原理、設(shè)計(jì)思想等。

4.1.4 硬件和軟件設(shè)計(jì)

綜合所有資料，總體設(shè)計(jì)硬件部分和軟件部分。

使用點(diǎn)矩陣顯示字符以及動(dòng)態(tài)顯示效果，練習(xí)點(diǎn)矩陣顯示的基本使用。具體如下： 首先使雙色點(diǎn)矩陣整屏（包括紅色與綠色）點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間（大約 1 秒） ，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；再使綠色整屏點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；再使紅色整屏點(diǎn)亮并持續(xù)一小段時(shí)間，然后全部熄滅并持續(xù)一小段時(shí)間；接著依次顯示英文字符 A，B，C，D；然后使英文字符從左到右、從右到左、從上到下、從下到上動(dòng)態(tài)顯示；最后在屏幕上顯示“鐘表”圖案并循環(huán)。

實(shí)驗(yàn)中獲得的點(diǎn)陣式字母或數(shù)字電子顯示屏是以SPCE061A系列單片機(jī)為核心控制點(diǎn)陣的顯示與流動(dòng)。 可顯示1個(gè)字母、數(shù)字或漢字。 且在必要時(shí)可變通地增加 8*8 LED顯示牌擴(kuò)展到 4個(gè)或更多個(gè)字母的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過跳線決定要顯示的內(nèi)容， 設(shè)計(jì)所需的部件較少。 原理簡(jiǎn)單 ，具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、顯示活潑、可動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示字母或圖案的能力。除此之外該系統(tǒng)還具有自檢功能，通過報(bào)警聲的不同，識(shí)別不同的故障。