单片机LED三文动态信息显示系统 第5页
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2总体设计方案
这次课题设计的主要内容是：作为下位机的单片机系统通过RS-232串行口接收由上
位机也就是PC机传入的显示信息和控制信号。该数据经处理后，写入显示用的RAM中
进行储存。当显示系统正常运行后，系统才可以将RAM中的内容读出，即将显示内容及
各种控制信号，一并送入LED显示屏体进行显示，通过各个发光二极管的亮灭来实现完
整的信息显示。整个系统的基本组成框图如图1-1所示。
显示系统的上位机由一台PC机构成，软件采用Visual Basic 6.0编程，做出十分直观
的人机界面。为了实现实时更改显示内容的目的，可以通过串行口将外界输入PC机的所
要显示的各种数据传送给单片机系统，再由单片机去控制发光装置，达到动态显示输入内
容的目的。另外，考虑到显示内容的传输速率需要和显示棒的转速相匹配才可以完整的显
示输入的信息，因此还需要加入反馈环节。它将把显示棒的转速及数据发送情况等信息传
回到单片机系统中，使得单片机系统可以很好的去控制显示装置，从而得到一个稳定的显
示输出。
2.1 PC机部分的设计
在PC机上所要完成的主要工作是设计一个可执行软件，用于实现对显示汉字的字模
点阵的提取及对提取出来的点阵信息进行转置处理，另外还要完成上下位机通信的上位机
部分的软件设置。下面将对各个部分进行简要说明并给出其实现的途径。
a.汉字点阵的提取
采用应用程序设计软件VB6.0（Visual Basic 6.0）直接从字库中提取标准的汉字字模
点阵代码，因为存放汉字的字模点阵字库在中文操作软件（如UCDOS7.0）中可以找到现
成的文件如HZK16。这些字模代码都是按照区位码的顺序在字库中以二进制的形式存储
的，每个汉字占用32个Byte。因此只要找到汉字代码的起始位置，就可以正确的提取汉
字点阵信息了。需要注意的是对于不同的字库，汉字代码起始位置的计算方法可能存在差
PC机系统单片机系统显示部分
反馈环节
图1-1整个系统的基本组成框图
Fig.1-1 Basic component diagram of the whole system2总体设计方案
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异，例如HZK16和CCLIB.DOT就有所不同。在VB中，可以用Asc()函数来获取汉字区
位码，当汉字作为它的参数时，返回的是汉字的机内码。经Hex()函数转换即可得到汉字
机内码的十辣进制数，再通过机内码、国标码和区位码之间的换算关系就可以得到该汉字
的首地址。在字库文件中，从汉字的首地址所对应的字节开始到第32个字节就是该汉字
的点阵字模代码。
b.字模点阵的转置
采用VB从字库中提取出标准汉字字模点阵代码时，提取出来的代码是横排的代码。
但考虑到本系统中LED显示装置的特殊性，在通过LED显示时就需要先将它转换为竖排
的代码。由于控制器51单片机相对PC机来说资源很少，速度较慢，因此点阵代码的转
换最好在字模生成程序中进行即在PC机中完成。所谓点阵代码转换实际上就是将汉字点
阵的二进制代码保持原样不动，而将原先的一排一排读取代码转变为一列一列来读取，即
相当于顺时针方向旋转90度。其工作原理为：设一个汉字字模的32个字节（这是对于
16×16的点阵汉字来说的）分别用D0~D31来表示，其中D0的8位二进制数分别用
D0[0]~D0[7]来表示，相应的D31的8位二进制数分别用D31[0]~D31[7]来表示。因此为
了得到可以在LED显示模块上使用的汉字字模，需要用C语言编制一个旋转子程序
Rotate90.c。利用此子程序，可以实现对字库HZK16中的标准汉字字模点阵代码进行旋转
的目的，并将其存于二进制文件Usehex中，再将Usehex中的汉字字模按照一定的顺序放
入RAM中，这样就满足了显示的需要。
c.通信控件的设置
在标准串口通信方面，VB提供了具有强大功能的通信控件MSComm，文件名为
MSComm.VBX。该控件可控制串行通信的数据发送和接收，并能对串口状态及串口通信
的信息格式和协议进行设置。它是一个标准的十位串口通信，包括8位的有效数据及数据
的起始位和停止位。该控件具有两种处理通信的方法，即事件驱动方式和查询方式。事件
驱动通信是处理串行口交互作用的一种非常有效的方法，它利用MSComm控件的
OnComm事件来捕获并处理通信事件，同时还可以检查和处理通信中的错误；而查询方
式是通过检查Comm Event属性的值来查询事件和错误，如果应用程序较小，并且是自保
持的，这种方法则更可取。每个通信控件对应一个串口，因此可以设计多个通信控件来访
问多个通信口。
2.2单片机部分的设计
单片机部分的工作流程是这样的：51单片机利用自身所具有的串行通信口，接收PC
机传送下来的串行数据，然后将所接收到的各组数据通过并行口输出，送到数据锁存器
74LS373，最后将锁存的数据送到显示系统中控制显示装置进行工作。对于从显示系统返
回的信号则通过数据锁存器变成单片机所需的并行数字信号送到单片机的数据存储单元西安理工大学硕士学位论文
中，再由串行口返送到PC机中，同时显示在PC机界面上以便于预置信息和实际情况的
相对比。因此下位机51单片机所要完成的主要工作是控制显示部分的步进电动机的转速，
并将PC机所传送过来的数据信息依次送到显示模块，从而通过控制发光二极管的亮灭来
显示输入到微机中的汉字信息。下面对其进行具体论述：
a.上下位机之间的电平转换
89C51单片机的串行口输入/输出的是TTL电平，而PC机的串行口则是按RS-232标
准设计的，因为两者的电平不匹配而不能直接相连，需要一个中间接口电路来完成电平的
转换工作。MAX232芯片就可以完成这一功能，它将89C51单片机与PC机连接起来，
MAX232是专用于进行RS-232接口电平转换的芯片。而以往人们都习惯使用1488和1489
这两种转换器芯片，不足之处是1488和1489需要12 V电源供电，这在某些只提供5V
电源的场合就不适用了。而使用了新型电平转换器芯片MAX232就可以很好地解决这一
问题，该芯片使用单5V电源，其内部有两组电压转换电路，一组把+5 V变为+10 V，从
引脚2输出；另一组把+10 V变为-10 V，从引脚6输出。这样在实际应用中MAX232只
需外接5个电容即可实现1488和1489两个芯片的功能，1488可将TXD输出的TTL电
平转换为RS-232电平，1489可将RS-232电平转换为TTL电平送至接收端RXD，因此
运用MAX232芯片就具有了两路收发通道。
b.单片机的通信设置
单片机89C51将采用MCS-51系列的汇编语言或C语言编程。它有一个标准的串行
口，并具有4种工作方式，即1种同步方式和3种异步方式，异步方式时可完成全双工操
作。由于串行口的接收器采用了双缓冲结构，因而在第一个接收到的字符字节从接收寄存
器被读走之前，就可以开始接收第二个字节，从而提高了线路的利用率。串行口的发送寄
存器和接收寄存器在物理上是分开的，但可以通过同一个串行口缓冲器SBUF去访问它
们。在4种工作方式中，方式1是标准的10位异步通信方式，并与PC机的标准串口相
对应，由串行口控制寄存器SCON来设置其状态。89C51的并行口P0和P2分别作为八
位数据的输入和输出口。P3口的输出作为数据锁存器的禁止或允许。
c.步进电动机的控制
步进电动机是数字信号控制的电机，它可将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信
号，步进电机就能转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。因为步进电动机是用来驱
动显示的一个动力系统，因此整个动力系统既步进电动机系统应该包括：步进电动机，用
户接口，控制器，驱动器等四个基本组成部分。其中的控制器就选择了最常用的MCS-51
系列单片机89C51，它是用来控制步进电机转速的时序发生器，并且时序的产生是通过软
件编程实现的。
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