PC机控制的LED汉字显示屏系统设计.docx
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PC机控制的LED汉字显示屏系统设计
PC机控制的LED汉字显示屏系统设计
摘要
此设计，是一个把pc所控制的一个汉字显示屏设计作为基础的，它是十六乘以十六点阵的；
这个设计的基础是用AT89C51，它是由RS232还有上位机间来进行串行的通信，pc串口做输入，这样做可以第一时间看到屏幕上显示的内容。
运用这个芯片，用它来控制一个行驱动器74HC154来让这个显示屏来显示出内容。
这个显示屏可以实现让字可以不动，移出移入等很多花样的显示方式。
文章详细叙述了上位机与单片机是如何进行通信的，以及使用VC++串口上位机编程的过程，文章里非常非常的明白的说明了LED设计思路。
硬件电路的各个部分的原理还有各个部分的功能。
关键词：
动态显示技术，LED点阵显示，串行通信方式，汇编语言
Abstract
ThedesignisbasedonthedesignofaChinesecharacterdisplayscreencontrolledbyPC.Itissixteentimessixteendotmatrix;
ThedesignisbasedonAT89C51,whichisaserialcommunicationbetweentheRS232andthehostcomputer.ThePCserialportisusedasinput,soyoucanseethecontentsonthescreenforthefirsttime.Usethischiptocontrolalinedrive74HC154todisplaythecontentsofthedisplay.Thisdisplayallowsyoutodisplaytextwithoutmoving,movingout,moving,andmanyotherpatterns.ThearticledescribesindetailhowthehostcomputercommunicateswiththeMCU,andtheprocessofprogrammingwithVC++serialhostcomputer.ThearticleexplainsthedesignideaofLEDvery,veryclearly.Theprincipleofeachpartofthehardwarecircuit,aswellasthefunctionofeachpart.
Keywords:
dynamicdisplaytechnology,LEDdotmatrixdisplay,serialcommunication,assemblylanguageKeywords:
industrialaquaculture,circulationwater,controlsystem,PLC
第一章绪论
1.1LED汉字的显示屏系统设计的目的
LED显示屏有非常非常多好的地方，就比如说：
它的亮度很高，当它工作时的电压也比价低，它的功能消耗也很低，它能使用的年限也比较长，性能比较稳定。
在近几年，它还成了电子产品里面的主流的产品，很是受人们的欢迎。
LED显示屏和电脑这边是一同显示的，它能够显示文字还有英语；LED因为它的显示效果特别的好，它已经被大规模的应用于各个地方，比如说：
（1）NBA的篮球场上面的比分显示屏。
（2）股票交易所的信息显示的大屏幕。
（3）每个飞机场的登机显示牌（4）火车站还有港口里，用来指引乘客的信息显示牌。
（5）道路上的交通指示牌。
（6）小区的指示牌。
（7）我们生活的一些超市啦亦或是大商场显示物品价格的屏幕
1.2LED汉字显示屏系统设计的意义
随着科技的提高，这种走在科技前段的电子产品也被应用与我们的日常生活里面，大大提高了人们的生活水平，所以led显示屏被人们使用的相当的广泛，几乎可以说是随处可见，所以说led对人们来说是很重要的。
1.3国内外研究现状
1、国内
我国的LED是从上个世纪七十年代开始起步的，在八十年代的时候慢慢的开始形成了LED产业；在九十年代的时候，LED产业已经开始慢慢的不错了；在九十年代后期的时候，led的产业得到了非常非常快的发展。
最近几年好多好多的地方都实行了一些手段来扶持led的产业，让led得到了快速的发展；不过我们国家的LED产业也拥有很多的不足，其中主要有：
产业关键的环节薄弱，知识产权服务的平台和产品检测机构有待建立与完善等；
2、国外
日本和韩国还有中国是亚洲所有国家里的三大巨头，这三大巨头的总体市场占百分之八十一点三。
在咱们亚洲的所有国家里头，SouthKorean发展的速度是最快的，Japan依靠它非常厉害的能力，让它们国家的LED产业成为世界的主导，日本人的认真工作，努力钻研的精神是我们有目共睹的，这也是日本led产业能够成为世界主导的主要因素，两千年到两千零五年市场占百分之五十以上，两千零六年到二零一零年受到了台湾的规模经济还有低价战术的影响，再加上China和SouthKorean一直主导抢占市场，日本的led产业受到了一定程度的打击，不过日本当局也对其led产业进行了一些政策上的帮助，直到现在日本的led产业在全世界，也是数一数二的。
1.4本章小结
这一章我们介绍了LED汉字的显示屏系统设计的目的，我们为什么去设计这个led显示屏，还有led显示屏在现如今我们的生活中的意义。
以及在现如今世界经济的大潮流中，led汉字显示屏它存在的意义！
以及在外国，LED产业的发展情况还有led显示器的使用情况，由上面文章中分析出，LED汉字显示屏在我们的日常学习生活中是非常重要的，可以说是人们的好帮手。
第二章系统方案的论证和选择
2.1方案的论证
不管要让led显示出什么东西，只要它们所对应的LED器件发亮，就能看到想要的画面，这叫做静态驱动显示方法；十六乘以十六的点阵它总共有二百五十六个发光的二极管，但是非常明显单片机并没有那么多的端口，我们则运用动态扫描显示方法。
这个方法其实就是利用人们的一个生理现象-视觉暂留现象。
当咱们用这个扫的办法来显示的时候，每一个的横排里头有一个驱动器，每一个行的里头名一样儿的列它们会一起用一个驱动器，显示的时候我们要把每个行里面每个列的数据都要发到它们对应的列驱动器的上面，这样就会有一个显示之数据之传输的麻烦出现[2]
如图一所示：
图1数据传输流程
2.2各个模块方案的选择以及论证
2.2.1单片机的控制模块
采用89C51芯片
2.2.2时钟信号电路
使用非常普遍的晶体的时钟的源供给脉冲信号，这样做就可以节约成本。
经济实用！
2.2.3复位电路
第一方案：
运用复位按钮，在屏幕显示过程中不需对系统复位，这个方案和实际的应用并不相符合，所以就不采用这个方案了。
第二方案：
运用上电的复位，这个方法比较实用，所以就使用这个设计的方案[3]。
2.2.4串口模块
使用MAX232用以进行串行传输，使用它的优点是很容易使用，不用远距离的传输，所以MAX232可能满足要求。
通过上述的分析，用第二个方法；
2.2.5显示模块
第一方案：
运用4个8*8点阵LED显示屏幕它们4个互相连接，这样就构成了一个16*16点阵的显示屏，但是这么些块显示屏连接到一个面积会非常的大，并且需要很多很多的导线把它们焊接起来，外观看起来特别的不好看，所以咱们不采用这个方案；
第二方案：
16乘以16的显示屏和4个4乘以4的显示屏连接在一起功能是相同的，但是非常的好看小巧，并且两者的价格一样，所以我们就采用这个设计方案；
2.2.6驱动模块
第一方案：
假设使用静态的锁存方法，这个方案十分的方便，只能适合比较小的系统；
第二方案：
我们假设使用动态的扫描方法，我们可以使用三极管来驱动它的亮或者灭；这个方式控制很灵活，也很节约；所以我们就使用这种方法[4]；
2.3本章小结
这一章我们对我们的毕业设计的整体设计做了初步的假设以及规划，先是对系统方案进行了一系列的论证，然后是对各个模块的选择进行了一步一步的论证，先后对以下模块进行了论证，第一个是对单片机的控制模块进行了选择论证，第二个是对时钟信号电路进行了选择论证，第三个是对复位电路进行了选择论证，我们将两种假设进行了对比，选择出了可行的方案，并且加以使用，第四个是对串口模块进行了选择论证，第五个是对显示模块进行了选择论证，在这里我们也是将假设的两种情况做出了分析对比，选择出了可行的方案，并且加以使用，第六个是对驱动模块进行了选择论证，对所假设的两个方案进行了对比，选择出了可行的方案，并且加以使用，通过这些论证，我们能够正确的使用此次设计的各个模块所用的东西，从而保证了设计成功的可能；
第三章系统硬件电路的设计和实现
3.1硬件电路的设计
这个电路的控制的核心是使用AT89C51，功能消耗非常的低；，例如：
阻容的低速的时钟源，普通的晶体时钟源，拥有缓冲放大晶体时钟源等，我考虑到电路的多种因素，我决定使用普通的晶体时钟源，晶体我使用12MHZ石英材质的晶振。
显示的地方我们使用16乘以16点阵显示屏来显示[5]。
3.2各个单元的电路说明
3.2.1单片机AT89C51
如图2所示。
图2AT89C51
3.2.2复位原理
如果我们想让单片机能够工作，那么久一定要复位一次，它是使用电容的充电来提供的；如果想让单品级能够复位，那必须要两个高电平的时间，这样单片机就能够正常工作了；[8]。
如下图三所示：
图3
3.2.3时钟电路
单片机的最小的系统如图4所示：
图4单片机最小系统
3.2.416*16的点阵LED显示模块设计
一.LED点阵屏的介绍
组合型的LED显示屏是从20世纪80年代开始出来的，用发光的二极管作为像素，拥有很多的优点，例如：
亮度很高，功能消耗少，引脚比较少，视角很大，寿命很长，耐湿性能好，耐冷耐热性能好而且还耐腐蚀；LED点阵有很多种，比如：
4乘以4,4乘以8,5乘以7,5乘以8，8乘以8等等；点阵的显示屏有单颜色和双颜色两种类型，能够显示红色，黄色，绿色还有橙色等等；这次的设计我们采用单色点阵显示屏；
2．点阵LED显示屏的外观和引脚
八乘以八点阵总共要六十四个二极管组成，只要考虑显示方式，就能确定led到底是显示什么；运用我们设计的程序来操作各个显示点，就能够实现每个显示点的亮和灭；如果我们运用行扫描去控制的驱动的时候，LED显示屏中会有八行共用一个驱动器；当它所对应的其中一个列置到零电平，那就对应的二极管就会发光了；否则那就不发光；
外观如下图5所示：
图5
它的内部结构如下图6这样：
图6LED显示屏内部结构
并且它的每个管都是放在行线和列线的交点的位置，当它对应的那一个列置一电平，行置零电平，那么二极管它就亮[10]。
要是第一列置一高电平，第二个列变成低电平置零，第三高电平置一，p行零，o行一，则p行上第一个等亮，第二灭，第三亮。
o行上的全灭。
如下面的图7所示
图7
16乘以16的点阵的led显示屏里面的结构还有外观的引脚不对应。
如图8所示：
图816*16点阵图
下表1是每个管脚对应的编号
表1
PinNo.
Function
PinNo.
Function
1
ACathode
17
JCathode
2
CCathode
18
LCathode
3
DCathode
19
KCathode
4
BCathode
20
ICathode
5
9Anode
21
1Anode
6
10Anode
22
2Anode
7
11Anode
23
3Anode
8
12Anode
24
4Anode
9
13Anode
25
5Anode
10
14Anode
26
6Anode
11
15Anode
27
7Anode
12
16Anode
28
8Anode
13
HCathode
29
OAnode
14
FCathode
30
MCathode
15
ECathode
31
NCathode
16
GCathode
32
PCathode
3.2.5驱动模块
（1）74LS154简介
当输入G1和G2是低的时候，它能够把四个二进制地输入翻译成十六个互相都独立的输出的其中一个[11]。
能够实现解调的方式是：
拿四个输入线写下它们的地址，让它们其中的一个选通输入时低的时候通过另一个选通的输入；如果其中的任何一个为高的时候，全部的输出都为高。
下面的图9是74LS154内部结构[12]；
图9
（2）8550三极管的介绍
8550三极管是人们非常常用的三极管，其中电流的放大倍数是五百到三百[13]。
下面的图十是三极管的分装图：
图10三极管的分装图
（3）点阵的行驱动的模块
单片机的p1口中对十六行点阵来进行驱动的是低四位的输出信号。
这个信号呢通过4/16译码器生成十六条行的选的通信的信号线，然后通过驱动器的对应的行线。
3.3本章小结
这一章，对系统硬件电路的设计和实现进行了详细的描述，先是对硬件电路设计进行了描述，让读者知道了使用什么芯片进行的设计，然后对各个单元使用的什么器件进行了描述，然后对点阵LED显示屏的外观和引脚进行了介绍，文章中将led显示屏的外观引脚用图片展示了出来，使读者清楚的了解了其外观，加深了对led显示屏的了解和认识，然后对单片机的复位原理以及时钟电路进行了介绍。
再接着对16*16的点阵LED显示模块设计进行了分析介绍，最后对驱动模块（74LS154）和8550三极管以及点阵的行驱动的模块进行了介绍，使读者对整体的硬件电路有了一定得认识和了解。
第四章系统所需的软件的设计
现如今的科技那是越来越发达了，当代的生产对智能化的要求也是非常非常的高，怎么样才能第一时间的搞到数据然后进行调控，是非常重要的，目前非常多的智能机器与数据的采集的模块都使用上了RS-232亦或是485通讯的接口；这样就能够满足数据的处理的要求。
VISUALBASIC6.0它是很多的程序员都使用的编程软件，VB这个软件本身是非常简单易学的，很容易上手。
所以特么受程序员们的喜欢；现如今vb已经被人们用到了各个领域。
在这个单片机的系统中，我来举一个非常形象的例子，硬件就相当于是人类的身体，而这个软件就相当于是人类的大脑，思维，光有身体构造，而没有思维，那人类就是一具尸体，或而言之单片机系统也是这样的，它需要软件以及硬件相互配合的使用和工作。
它的主要作用有：
像写作文概括主体那样，先确定全部程序的结构，合理的调配一些内存，然后去进行每一个模块的设计，在一开始进行系统整体的规划的时候，也对软件进行了规划，但是由于硬件方面还没有系统的设计，所以软件只能先搞出一个大框，所以说软件的整体特别粗糙，这个设计的主要的目的是让屏幕能够显示数据，然后产生控制的信号，让我们的屏幕完全的按照设计的要求去显示出来[14]；
4.1系统的软件的编译器的简介
KEILuVISION3它是世界上非常优秀的一个单片机，它有用很多很多的功能比如编辑，编译还有仿真，还可以支持PLM，汇编和c语言的设计，它的ui界面和vc++的界面特别的像，非常的简单，容易新手上手学习，在调试程序亦或是软件的仿真等方面多有很好很好的表现[15]；然后对单片机的复位原理以及时钟电路
4.2软件的使用选择
4.2.1单片机的汇编语言的选择
第一个方案是：
假设去使用这个汇编语言，这个语言在所有的编程语言里面，可以算得上是很基础的，它很不方便，这里的低级不是指这个语言特别的差，而是说不够完善和智能，它需要使用的人非常的熟悉单片机，再加上想要读懂这个语言是很难的，需要开发得人有很硬的软件开发的功底；它还有一个特别特别致命的不足，那就是它的可移植性真的特别特别的差，所以说如果我采用这个语言，我要需要大量的时间去用在软件的编写与调试上面；
第二个方案是：
我们假设去使用C语言编程，这个语言几乎是所有学硬件还有软件的人都非常熟悉的语言，经过这么多年程序大神们的开发，这个语言也是十分的方便它的最大最大的优点就是可移植性真的特别的好；
4.2.2上位机的控制传输的软件的选择
第一个方案是：
我们运用在网络上download的上位机的控制传输的软件，因为人无完人，放在网上的东西不一定是很完美的，有可能是半成品或者是残次品，别人做的上位机的软件有非常多非常多的不足，功能也不一定能够达到自己需要的要求，我们在使用起来也不会很顺手，或者是使用过程中出现许多很难解决的问题，有可能不能很好的体现系统的功能；
第二个方案是：
我们去使用自己做的上位机的软件，我们自己做的东西自己会非常的了解，就算使用过程中出现了种种的问题，我们自己也会很快的解决，在功能方面也会满足我们自己的一切需求，并且通信的协议也可以我们自己去设定，能更加好的去实现信息的交换，自己动手丰衣足食就是这个道理。
通过上面的分析与讨论，我决定使用第二套方案；
4.3程序主要系统和驱动系统
4.3.1主系统
结构方式是中断的方式，有些东西是可以在它的子程序中完成的；可以把这个程序分成若干个可以独立测试，调试的功能模块；这样整体的层次就会特别特别特别的清晰，它们的结构也特别特别特别的一目了然，容易读[16]。
4.3.2驱动系统
当我们的显示器进到中断了之后先对t0重赋值，用来保证刷新率的稳定。
公式如下图11所示：
图11
其中的f是晶振的频率,t0是定时器的初始值，如下图12所示；
图12
其中N与工作的方式是有很大关系的，工作方式是1，如下面的图所示，组成一个16位的定时器，所以说N就等于十六；
机器周期的time是与主要震动的频率是有关系的，机器是时钟周期的12倍，所以当f等于十二MHZ时，1机器周期等于一us如下图13所示。
图13
4.4串口的通信之设计
4.4.1串口的一些定义
它是电脑上特别特别特别的通信的的协议，一般的电脑吧都是有两个RS232之串口；它同一时刻也是一些设备的通信协议，很多很多很多GPIB兼容的设备也拥有rs—232口。
4.4.2串口的通信的原理
通信使用的3根线去完成first地线，second发送，第三接收；串口的通信最最最重要的参数它就是波特率还有数据位还有那个停止位还有奇和偶的校验，这些参数一定一定要匹配[17]；
4.4.3作用
它的作用非常的大，它能够用在很多很多的地方，比的如连接鼠标，打印机打等等。
RS-232串口的通信的最远的距离是50英尺[19]；
4.4.4上位机对单片机的通信的协议
它的主要的职责是接收上位机控制命令和数据，也是让单片机的信息的采集经串口返给上位机。
咱们这个系统运用了MAX232的电平转换的电路很好的解决了上位机的通信的难题，它能够很短距离传输也能很稳定；
一：
上位机对单片机的传输协议
看下面图14图15所示。
图14
图15
二：
通信协议
主要是发送实时的time，mounth，week，temperature等，如下图16所示；
图16
4.5数据的发送与接收
一：
数据的发送
VB的发送数据一般两种，第一种是发送字符的数据，第二种是发送二进制数据[20]。
发送字符数据
假如发送到58给单片机就可以这样的表示出来：
Mscomm1，Output=Chr（50）
发送二进制数据
发送字符的时候，范围只能是0-128，那么怎么大于128呢？
办法就是使用的二进制的方法发送数据；
二：
数据的接收
用文本的方法来接收这个数据
在接收数据之前，我们一定要首先定义的一个字符串的变量，用来接收的数据缓冲区的数据；
以二级制的方法来接收数据
和上一个一样，我们在接收数据以前，一定要先来定义一个二进制类型的数组，用来接收数据缓冲区域里的数据；
4.5上位机的控制例程
（1）点阵控制，如图17所示：
图17点阵控制
（2）1602控制，如图18所示：
图181602控制
4.6上位机的用途
上位机对于整个系统来说，它属于控制的部分；它的核心的职责是发送指令或数据给单片机，并且还能够接收单片机的数据，还会简单的处理；我的上位机拥有设置时间，日期，闹钟的功能，特别厉害；控制led点阵显示屏幕里面的内容。
接下来我会为大家介绍一些设置时间的操作：
首先我们来单击设置时间，将会调用这个函数，进到这个函数里，然后我们再检查一下这个串口有没有打开，若是没有打开，就通知这个串口么有打开，请您打开窗口，保证串口打开了之后，将会读入编辑框里面的东西，这个时候就要判断里面有没有时分秒相应的信息，然后判断时间格式是不是对的；通过三次的判定之后，上位机就会发对话框的数据带单片机，完事时间的设置！
4.6.1上位机控制在工厂中的应用
如下图19所示：
图19上位机在工厂控制中的应用
4.7VC++串口上位机编程
打开VC++6.0建立基于对话框的MFC应用程序Test，如图20到图26所示：
图20
图21
图22
图23
图24
图25
图26
根据喜好布局，如图27到图30所示。
图27
图28
图29
图30
到这里，基础的架构就已经出来了，编译的后运行，如下的所示。
（组建->全部组件，然后组建->执行）如图31到图38：
图31
图32
图33
图34
图35
图36
图37
图38
到这里，就已经基本的完成了，下面是测试的结果，如图39：
图39
4.8上位机与下位机的通讯
一：
单片机与PC机串行通信研究背景
最近十几年中，我们人类的科学技术越来越高，pc机依靠它十分优秀的性能和低廉的价格成为计算机中的主流。
在人类工厂控制中非常广泛的使用单片机，现如今的工程管理需对数据进行统计、分析、制表、打印、绘图、报警等,与此同时，又要进行实时的监控，实现所有的已经制定好的一系列指令，实现统一管理的意义。
不过因为单片机它是有一定得局限性的，不可能用它来进行特别高端的操作。
因此在需要进行特别难的操作的时候，一般都要用到上位机，我们一般都是用pc机作为上位机，那么当做下位机的就是单片机，由单片机完成数据的采集及对装置的控制，依靠上位机进行比较困难的数据操作，并且上位机还有最重要的一个工作，那就是控制单片机，上位机就相当于是单片机的大脑，有了上位机，单片机才能正常的工作。
把上位机还有单品机它俩结合起来，这就让单片机不会像传统意义上那么单调的功能，而是结合网络的多点式控制。
二．单片机与PC机串行通信研究目的和意义
现在二十一世纪是一个信息化的时代，而这个时代网络技术的一个最大的特点就是会把所有所有的机器设备全部接入网络，这样，在一个软件的控制操作之下，会形成一个非常有序并且有效的管理机制。
在使用一个软件就能操控所有设备的这个管理机制，是传统的管理机制所无法比拟的，传统的管理机制效率特别特别的低，不仅需要费很大的力气，而且还会出现很多的差错
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