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外文翻译

毕业设计（论文）外文资料翻译

题目:

基于AT89C52单片机LED显示屏系统设计

院系名称：

电气工程学院专业班级：

电气F0902

学生姓名：

李福乐学号：

200948720425

指导教师：

杨勇教师职称：

高级工程师

起止日期:

13.3.7-13.3.9地点:

河南工业大学

附件：

1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

指导教师评语：

签名：

年月日

附件1：

外文资料翻译译文

基于AT89C52单片机LED显示屏系统设计

中国连云港淮海理工学院电子工程研究所宋勇贤冯远马娟丽张先进

soyox@

摘要：

本文介绍了AT89C52微型单片机显示屏硬件和软件的设计过程。

32×192的显示屏采用一个简单的外部电路来控制，该显示屏用动态扫描方式显示六个32×32点阵汉字，还可以分为两个能显示24个16×16点阵汉字的小显示屏。

通过修改代码可以改变显示的内容，字幕具有滚动功能而滚动速度可以根据需求灵活调整，字幕也可以实现暂停功能。

汉字的代码存储在外部数据存储器中，根据显示汉字的需求来扩展数据存储器的内存。

该显示屏具有体积小、硬件简单和电路结构少的优点。

关键词：

LED、汉字显示、AT89C52单片机

1概述

随着现代信息社会的不断进步以及人们的生活环境[6]的改善，LED显示已经成为城市照明的一个重要标志。

在大型购物中心、火车站、码头、地下站、各种管理窗口等都可以看到LED灯。

LED业务已经成为一个快速增长的新兴产业，具有巨大的市场空间和光明的前景[9]。

通过LED显示的文本、图片、动画和视频的内容是可以改变的。

一些显示装置具有模块化结构，通常包括一个显示模块、控制系统和电源系统。

显示模块由LED点阵结构构成，担负发光显示的任务，控制系统通过控制LED点阵在相应区域的明暗从而使屏幕显示文本、图片、视频等，电源系统负责输入屏幕需要的电压和电流。

通过PC机获得LED点阵显示屏中显示汉字的代码然后发送给单片机显示在显示屏内，其主要用于室内和室外的字符显示。

根据显示的内容LED点阵显示可以分为图形显示、图像显示和视频显示。

与图像显示相比，无论是单色或彩色显示，图形显示是不能区别灰度的。

因此，图形显示就无法反映色彩的丰富性，而视频显示不仅可以显示动态、清晰的彩色图像，而且也能显示数字信号。

虽然三者有差异，但基本的原理是相似的[6]。

单片机具有良好的性价比、体积小、可靠性高、控制能力强的特点，广泛应用于智能仪器、机电一体化、实时控制、机器人、家用电器、模糊控制、通信系统等领域。

本文详细描述了LED显示屏相关的硬件设计和软件结构，最后模拟了总体的设计和结果分析。

2系统总体结构设计

单片机（SCM）型号是根据目的、功能、可靠性、成本、控制系统的精度和速度来选择的。

依据课题的实际情况，选择单片机的型号主要从以下两个方面考虑：

第一，单片机具有较强的抗干扰能力；第二，单片机具有较高的性价比。

由于MCS-51在中国广泛使用，对该芯片有充分的认识，特别是，ATMEL公司在2003年推出的新一代微控制器即89S系列，AT89C52单片机以其高性能、低成本而成为其中一款典型产品。

AT89C52单片机是一种低电压、高性能CMOS的8位微控制器，芯片包括可以重复擦除的8KB只读程序存储器（PEROM），256B随机访问数据存储器（RAM），设备采用高密度非易失性存储器技术生产，标准的MCS-51指令集而且兼容8052产品，该芯片内置8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，可以应用在复杂控制方面[10]。

该系统电路由AT89C52芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、行驱动电路和六个32×32LED点阵构成，LED字符显示的整体结构如图1。

显示单元由点阵和两个74HC154芯片组成。

行数据信号分为两个部分，分别由两个8255A给定，而8255A的数据都来自AT89C52单片机的P0端口。

74HC154发送每个列的扫描信号，总共有12个74HC154芯片被分为六组。

74HC154的输入信号由AT89C52单片机P1.0～P1.3提供。

外部数据存储器6264与AT89C52的P0端口连接。

图1LED字符显示的整体结构

3系统硬件电路设计

3.1单片机控制系统电路的设计

单片机有32个I/O端口，对于32×32点阵汉字，不能满足设计需求，所以必须通过两个8255A实现I/O端口的扩展。

数据端口扩展如图2所示，74HC373是地址锁存器，用来锁存低8位地址提供给6264芯片，而6264芯片的高8位地址信号由单片机的P2.0～P2.4提供、8255A芯片的内部端口由A0和A1选择。

74HC139是2-4译码器其输入信号由单片机的P2.6和P2.7提供，为外部芯片提供选通信号，因为系统有多个外部设备，为了确保他们会被选通，外部芯片的地址是唯一的、不重复的。

AT89C52的18、19引脚为时钟电路的时钟引出端（XTALI和XTAL2），外接12MHZ晶振，并联电容C1和C2，选择芯片内的振荡模式。

复位电路采用开机自动复位电路，主要由电阻R1、电容器C3构成，连接在AT89C52单片机的复位输入引脚。

图2单片机控制系统电路

3.2显示单元的设计

32×32点阵的汉字可以分为A、B、C、D四个部分，而每部分又有4个8×8的点阵构成。

8255A芯片输出行数据信号，其中一片8255A的PA和PB端口接1PA0～1PA7和1PB0～1PB7，另一片8255A的PA和PB端口接2PA0～2PA7和2PB0～2PB7。

74HC154芯片的输出接到右侧，提供点阵的列扫描信号，一个显示单元需要两个74HC154芯片才能完成。

由于人眼的暂留性，只要设定好合适的扫描时间，8255A输出的字符代码就会显示的显示屏中。

不过，AT89C52只有256B的数据存储器空间，对于汉字的显示无法满足要求，需要通过8K×8的外部数据存储器6264芯片来进行内存空间的扩展。

AB

CD

图3显示单元电路图

3.3数据单元电路的设计

Inte18255A是一款可编程的并行输入/输出通用接口芯片。

采用软件编程来设置其功能,具有很强的通用性。

通过8255A，CPU数据总线可以直接连接外部设备,具有易于使用和灵活的特点。

Inte18255A接口芯片有三个8位并行输入和输出端口，通过编程方法设置三个端口作为输入端口或者输出端口。

芯片有三种工作方式分别为：

基本的输入/输出,选通输入/输出和双向输入/输出。

这些数据通过CPU的数据总线采用无条件转移、查询传输或中断传输方式进行传输。

Inte18255A芯片三个端口里,端口C不仅用作数据端口,也可以用作控制端口。

当端口C作为一个数据端口时,既可以用作8位数据端口,也可以分为两个4位数据端口，通过对端口C一个特定的位的输入或输出设置进行位操作,为位操作提供了方便条件。

图4数据单元电路图

在数据单元电路中，两个8255A提供显示的数据代码如图4所示。

通过对行或列扫描，采用动态显示的方式显示汉字。

系统通过列扫描来控制屏幕列扫描电路如图5。

列扫描电路由12个74HC154芯片构成。

两个74HC154芯片提供的32个闪光灯来显示一个汉字。

AT89C52通过P1.0～P1.3提供给74HC154芯片输入信号来控制屏幕，另一块74HC154的输入信号由AT89C52的P1.4～P1.7提供，12个74HC154依次工作，从而达到控制屏幕的目的。

图5列扫描单元电路

图6串行通信接口电路

3.4串行通信接口电路设计

PC机和单片机之间是通过串行通信接口连通的。

PC机的RS-232C端口输出电压是±12V，

为了实现单片机和PC机之间串行通信，单片机的串行接口电平需采用标准的RS-232C电平[11]。

由于是短程通信,单片机主要负责接收命令和数据,采用PC机直接连接到微控制器这一简单的连接方法。

通过通信电路，PC机的发送端发出电流信号，当有电流信号时，二极管发光。

二极管发出的光通过光耦电路，使得接收端被拉低获得低电平，实现了电隔离，避免了对输出端的干扰如图6所示。

4软件设计

整个软件的设计主要包括显示程序和通信程序。

通过动态扫描实现传输控制和显示功能从而使汉字显示在屏幕上。

通过单片机串行中断接收数据与PC机实现信息实时传输。

通过VisualBasic实现上位机软件的编写。

在标准的串行通信里由VB提供电源通信MSCOMM控件，用来设置串行通信数据的发送和接收、串行通信端口状态、消息格式和通信协议。

为了实现电脑与单片机的可靠通信要确保通信双方有相同的数据格式和波特率[11]，本设计采用RS-232通信，10位的数据格式，9600bit/s的传输速率。

4.1汉字的点阵显示原理和子码

以中国TimesNewRoman字体的汉字显示例，国家标准的汉字库中每一个字由16×16点阵构成的256格表示。

设想每个点作为一个像素，事实上，该显示屏不仅可以显示汉字，也可以显示256像素范围内任何图形。

由于单片机的总线是8位，一个字需要分成两部分内容见图3。

图7汉字显示原理

为了理解汉字的点阵构图法，首先要通过列扫描方法获得字符代码。

汉字分为8×16点阵的上部和下部两部分。

用列扫描方法按P0.0～P0.7方向显示上部第一列左上角，发现P0.5是打开的，其他是关闭的，字符代码为二进制的00000100，转换为十六进制为04H。

在上部第一列完成后，继续扫描第一列下半部分，从图7中可以看出这个列没有显示的内容，字符代码为二进制的00000000，转换为十六进制是00H。

根据这一方法，第二列，第三列，直到十六列依次扫描。

可以得出汉字“大”的扫描代码。

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，00，00

从原理中可以看出，无论是什么字体或图像的显示都可以用这种方法来分析扫描代码，从而显示在屏幕上。

尽管上述方法使我们能够得到字符代码，但依靠手工方法获得字符代码是一个非常复杂的问题。

字体软件可以用于查找字符代码，进入软件后打开显示的内容，字体和大小可以根据要求选择，可以选择行或列。

按下按钮，十六进制字符代码就会自动生成，我们需要的数据复制到程序里。

表一8255和6264的地址分配表

4.2端口和数据存储器的地址分配

本设计里面使用了8255A和6264等多种外围芯片，为了选通这些芯片，要对地址空间进行合理的分配。

8255A芯片的地址空间为3FFFCH～3FFFH和7FFCH～7FFFH，而6264芯片的地址空间为0A000H～0BFFFH。

并且6264芯片的地址空间被分为4个2KB的小空间。

表二6264芯片的地址空间

4.3软件设计

软件程序由开始初始化、显示程序构成，主程序和子程序流程图如图8和图9所示。

字符代码存储在静态存储器6264里,单片机的P3.0等待输入信号,当p3.0从低电平跳转到高时,显示程序开始运行。

首先,控制字写入8255A控制端口,8255A选用工作方式0，控制字写入后,从6264芯片里取出字符代码送给8255A,由于屏幕行宽是32位，显示数据要输出四次。

行数据从上往下输入，然后输入列数据，调用延时程序，当一列数据稳定显示后，显示第二行内容，再调用延时程序，依次显示，就获得要显示的汉字。

图8主程序流程图

图9子程序的流程图

图10单片机与PC通信流程图

PC机与单片机的通信流程图如图10中所示。

单片机通过串口中断与PC机通信接收数据信息，从而实现与PC机的实时信息传输。

5仿真结果和分析

在硬件和软件设计完成后,通过Proteus软件对内容进行仿真，根据仿真结果从而修改电路和优化程序。

Proteus软件是一款EDA工具，软件由英国Labcenter电子公司（软件在中国的代理商是广州电子技术有限公司）发布[7]。

该软件不仅是具有仿真功能的EDA工具,也能

模拟微控制器及其外围设备。

尽管Proteus在国内刚刚开始,但单片机爱好者，单片机教学者和科技工作者都十分喜爱这款软件。

Proteus是世界领先的EDA工具（仿真软件）,从草图、调试代码、以及单片机和外部电路的模拟,到PCB设计都能实现。

仿真软件平台由电路仿真软件,PCB设计软件和虚拟模型构成,支持8051HC11处理器模型,PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、8086和MSP430等等。

2010年增加了其他系列处理器模式，也支持IAR,Keil和MATLAB等等。

5.1PCB设计和组件组装

组件在设计中使用的不是太多，而且电路对组件参数的要求也不严格。

只要选择了合适的组件,良好的电路板,所有的电子元件采用正确的焊接工艺,就可以下载调试程序。

当PCB板制作和调试时，为了微控制器可以从电路板上取下来，20针的IC应该安装在AT89C52的位置，并编写程序。

5.2仿真

软件编程汉字的滚动显示,通过列扫描信号得到第一帧数据，然后下一个帧数据向后移位到第一帧的数据的基础上，就可以产生动态显示图11所示。

图11图像仿真结果。

仿真结果表明,仿真符合理论分析,正确的数据存储到数据存储器,通过程序将要显示的数据发送给显示器显示,显示的内容不仅可以实现暂停功能而且显示的速度也是可调的,这就说明硬件和软件的设计是可的。

在程序编译和仿真完成后,准备一个编辑器,将程序写入AT89C52芯片，连接主机硬件,即AT89C52芯片程序下载，然后将单片机AT89C52插入到40针脚的插座中。

当电源上电,就可以调试和运行。

由于系统电路需要组件的参数不是很高,只要设备是良好的,参数可以满足要求,就可以焊接组装了。

6结论

LED显示系统的设计采用了上位机和下位机结构，上位机PC机通过串行通信与下位机通信显示系统连接，从而实现字符串的修改，显示模式设置，时间设置等功能；下位机主要通过单片机控制实现LED点阵显示屏显示。

汉字显示采用32×32点阵模型，实现实时屏幕显示变化，该显示屏具有显示当前时间和日期功能。

LED点阵显示控制系统具有电路简单、稳定、低功耗、寿命长，易于显示的特点，具有LED显示屏的基本原理和方法。

只要单片机I/O接口扩展，并增加LED点阵和相关芯片的数量，就可以设计一个更大面积和更多花样的LED显示屏。

借此一些理论和实践的参考价值。

作为系统的核心控制单元即AT89C52单片机，具有较低的功耗，在将来，虽然显示图像可以被压缩，但这会增加系统的负担。

为了实现LED视频实时显示可以选用高速DSP作为核心控制单元，以解决上述问题。

致谢

感谢张先进和范金山提供的关键评论和邱秀玲编辑协助。

参考文献

[1]周明德.微型计算机系统和应用原理[M].北京：

清华大学出版社,2007.

[2]陈霞,黄悦华.大屏幕LED点阵显示系统[J].电子元器件应用,2007，26（7）:

118-120.

[3]闫石.数字电子技术[M].北京：

高等教育出版社,2006.

[4]顾德英,马淑华.计算机控制技术[M].北京：

北京邮电大学出版社,2007.

[5]彭伟.单片机典型系统设计实例[M].北京：

电子工业出版社,2006.

[6]阴小安,吴明亮.基于单片机的LED点阵显示屏幕控制系统设计[J].研究和发展的世界.2008,30

（2）:

154-155.

[7]朱清辉,张锋锐,王夔.proteus教程[M].北京：

清华大学出版社,2008.

[8]李学礼.基于8051Proteus实例教程[M].北京：

电子工业出版社,2008.

[9]长国安.基于单片机的LED中文字符显示设计[J].现代电子技术.2007,13.

[10]吴刚.AT89C52单片机在医院护理中应用[J].电子组件和设备应用.2008,10（12）:

23-24.

[11]侯醴陵.AT89S52LED点阵显示控制系统[J].漳州技术学院杂志.2008,10（3）:

70-72.

附件2：

外文原文