摘要：随着社会的发展，LED电子显示屏逐渐应用于生产、生活的各个领域中，LED显示屏具有工作稳定、功耗小、亮度高等特点，已逐渐成为电子显示的发展趋势。本文首先对单片机原理和LED显示控制技术进行简要的概述，然后以AT89C52单片机为基础进行电子显示屏的设计，以期为电子显示屏的单片机控制系统提供参考。
关键词：发光二极管；单片机；显示控制；设计
科学技术的发展和社会需求的增加促进了LED显示技术的发展，LED显示屏主要是由发光二极管组成的矩阵式电子显示屏，通常可根据要求显示出数字、文字、动画等信息，此外LED显示屏还可以实现与电脑的连接，从而实时的播放动画、录像、电视节目等信息。LED显示屏自诞生以来就得到广泛的应用，其已经逐渐成为人们生活不可缺少的一部分，例如各大超市、银行、车站的广告牌、提示信息牌，体育场的记分牌，以及交通信号灯等。[1]随着电子技术的不断发展，其应用范围也将不断的扩大，技术也将更加成熟。
一、单片机和LED显示控制技术
（一）单片机概述
单片机是一块集中了微处理器、存储器、以及各种输入/输出接口的微型芯片，由于其具有计算机的属性又可称为单片微型计算机。单片机具有功能强大、体积小、价格低廉、使用方便等优势，因此被广泛应用于多种控制系统中。单片机的内部结构主要包括以下几部分：中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器、终端系统以及与外设连接的输入/输出接口，这些结构通过内部总线连接在一起。[2]其中CPU是单片机的核心部件，其中包含了单片机的控制部件和运算部件。
（二）LED显示控制技术
发光二极管又称为LED，是电子电路中常见的固态半导体，在日常生活中可以根据需要将不同数量的LED组合起来形成矩阵LED显示屏，用于显示文字或者图像。[3]LED显示控制技术是伴随LED产生的，现阶段LED显示技术的应用优势主要体现为：第一，高度清晰的画面，通过将LED显示技术与人眼的视觉特点相结合，采用非线性扫描可以使LED显示屏能够更加清晰的呈现出画面，使观察者获得良好的视觉效果；第二，兼容性良好，现阶段的LED屏可以实现与电脑的互联，并可支持与多种视屏播放设备互联的功能，支持多种视频播放模式；第三，高稳定性，发光二极管功耗小、稳定可靠、使用寿命长，因此可以频繁的使用，稳定可靠。
二、基于AT89C52的LED显示屏硬件设计
本文以AT89C52单片机为基础，设计一块有4个8×8点阵LED显示屏组成的16×16电子显示屏，其硬件部分主要包括主控单元、驱动单元、显示单元、存储器扩展单元、串行通讯接口等部分。
（一）主控制单元电路
主动制单元是电子显示屏的控制的核心部分，其主要由主控单片机（AT89C52）、时钟芯片（DS1302）、32K扩展程序存储器ROM（27256）和两个32k扩展数据存储器RAM（62256）等电子部件组成。程序存储器72256主要存放控制程序及相关的表格，其地址范围为0000~7FFFH，单片机通过对72256存储器使用独特的控制指令，即数据的读取主要通过控制，采用MOVC查表指令进行数据的读取。其电路原理图如图1所示。
图1 电子显示屏控制电路.png)
主控制单元的主要功能是实现LED显示屏的显示驱动管理以及单片机内部各组成部分之间信息的传递。本次研究主要采用AT89C52系列单片机进行电子显示屏的控制，该单片机由于自身程序存储器ROM的限制，因此采用一篇扩展的32kEPROM作为扩展ROM，在应用的过程中可以选择在芯片中加一段程序，以更好的保护单片机存储的安全。从电子显示屏控制电路原理图中可知，单片机需要与两块并列的62256数据存储器相连接，用于完成对现场原始数据的采集、存储以及运算结果的存储。在电子显示屏的外设电路中还需要两个非门电路4011和两个或门电路4071相连接，该电路的输出口与74LS245数据接收器相连接，可将信传送到连接驱动单元和显示单元的J0口，此外非门4011组成的电路需要通过74LS245进行数据的读写。
在电子显示屏单片机控制系统设计中，通常会为了保护系统的安全设置一些保护电路，如断电保护电路和抗干扰电路等，其中断电保护电路主要用于保护数据存储器中的数据，一旦系统发生断电，就会就是保护存储器中的数据，以避免数据的丢失；抗干扰电路则主要适用于抵抗外界电磁信号或者其他因素对系统造成的干扰，同时在进行单片机系统的软件设计时也需要考虑抗干扰问题。[4]
（二）驱动和显示单元电路
单片机电子显示屏的显示过程为：工程设计人员将设计好的显示程序通过RS232/RS485串行接口传送到单片机显示系统的RAM中，然后由单片机系统中的显示驱动电路驱动LED使其显示出要求的文字或者图形。
本次研究为了保证单片机系统具有足够的存储空间，将两片32K的RAM扩展到了64K，在与PC机实现串行通讯后，及时的将PC机中的数据存入HM62256 RAM中，这样可有效的减少PC机的通讯次数，保证数据的及时性。显示数据的处理主要就是想显示的内容变换为各种电子显示屏的控制指令并存储到显示缓冲区，以供系统的调用。
（三）上位机通讯控制平台
单片机电子显示屏系统显示内容和控制质量都是通过相应的上位机来实现的，这也就要求系统需要一个与之相匹配的控制平台，以实现对电子显示屏显示方式和显示内容的控制，并能够实现显示内容的及时更换。上位机控制平台也就是屏幕编辑机，本研究主要选用基于VB6.0设计的控制平台，其编辑界面如图2所示。
图2 上位机控制平台编辑界面.png)
三、电子显示屏的软件设计
单片机的下位机控制系统主要功能是接收上位机发出的屏幕信息，并将这些信息转存导数据缓冲区，然后根据上位机发出的显示要求将显示数据存放到显示缓冲区，最后采用动态扫描的形式逐行将显示缓冲区的内容扫描传送到电子显示屏上。电子显示屏上显示内容的显示方式则主要由数据存储区取出数据放入显示缓冲区时的取数顺序，如想要实现显示内容的左右移动时，只需在每次数据存储区取出数据放入到显示缓冲区时只选择一位数；要想实现显示内容的上下移动时，则需要每次将一行的显示数据存入到显示缓冲区；每次将整屏的显示数据存入到显示缓冲区则可以实现显示内容的替换显示。
在进行中断服务子程序的设计中需要注意中断程序只是接受上位机发出的信号，必须要发送数据给上位机。
总之，随着我国电子技术的快速发展，基于单片机的电子显示屏控制系统得到了不断的改进和完善，我国电子显示屏相关的研究人员应该从提高显示效率和方便控制等方面入手，不断的更新显示控制技术，促进电子屏显示控制技术的发展。
参考文献：
[1]董伟烽，李钟慎.电子显示屏单片机控制系统的设计[J].华侨大学学报（自然科学版），2008，No.10303：335-337.
[2]张腾.基于MCS-51单片机的LED显示屏控制器设计与实现[D].华中师范大学，2013.
[3]陈亚男，田嘉欣，杜佳慧.基于单片机的LED电子显示屏控制系统的设计[J].中国市场，2016，No.87306：56-57.
[4]蒲灵巧.基于单片机的旋转LED显示屏控制系统的设计与实现[D].电子科技大学，2014.
论文作者:刘增日
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
标签：单片机论文; 电子显示屏论文; 数据论文; 电路论文; 存储器论文; 显示屏论文; 上位论文; 《基层建设》2016年12期论文;