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单片机控制的LED点阵屏显示系统的硬软件和上位机设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u75251.硬件设计 1

21571.1.单片机系统电路设计 1

26671.2.LED点阵模块 4

29121.2.2.控制命令 4

171931.3.与上位机的通信接口设计 5

157491.4.防水封装 8

133742.软件设计 9

322152.1.开发工具及语言 9

148912.2.程序流程图 10

47412.3.串口设置 10

59922.3.2.串行口1 11

320262.4.与上位机之间的通信 11

216032.5.动画显示 15

176883.上位机设计 16

82523.1.开发工具和语言 16

51783.2.上位机软件界面设计 16

164933.3.串口设置 17

66523.4.字模的提取 18

201733.4.1.字模提取的流程 18

61623.4.2.字模提取的实现方法 19

165223.5.与单片机之间的通信 19

硬件设计

单片机系统电路设计

单片机系统电路主要包括单片机、电源、晶振电路以及复位电路等部分。

单片机介绍

本设计使用的单片机为STC12C5A60S2单片机，该单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，因为其完全兼容传统51内核，因此使用的编译器和指令代码都和传统51单片机相同，使用起来比较方便。该单片机的引脚如图所示。

图4-1STC12C5A60S2单片机引脚图

在LED显示屏的显示内容处理中，涉及到大量的计算，因此对单片机有一定的运算速度要求。与传统的51单片机相比，该单片机为单时钟/机器周期的单片机，具有较高的处理速度，可以很好的实现动画显示中各种移动算法。而且具有两个串行口，分别用来进行与上位机和显示屏之间的数据交换。此外，该单片机利用ISP/IAP技术，可将内部DataFlash当EEPROM使用，可以掉电存放显示屏的各种设置参数、字模信息等数据。

复位电路

通过单片机的数据手册可知，将单片机的RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加10us后，单片机将进入复位状态，然后将RST复位管脚拉回低电平后，单片机结束复位状态并从用户程序区的0000H处开始正常工作。硬件复位方式一般分为上电复位和手动按键复位两种，上电复位是在单片机上电瞬间电容进行充电来实现复位，手动复位是在程序运行出错时人为通过按键进行单片机的复位。复位电路如图4-2所示。

图4-SEQ图\*ARABIC\s52复位电路

本设计中，复位电路采用的是一个10uF的电解电容和一个10kΩ电阻串联而成，同时在电容两端串联一个按键开关。对于RC电路来说，电容充电时两端电压的计算公式为

UC=U×(1?e?tτ) (

其中U为电源电压，电容放电时两端电压的计算公式为

UC=Uo×(1?e?tτ

其中Uo为电容电压，时间常数τ的计算公式为

τ=RC (4-SEQ4-\*ARABIC3)

根据单片机的数据手册可知，当I/O口接收到2V以上的电压则视为高电平，接收到0.8V以下的电压则视为低电平。根据公式REF_Ref17235\h4-1和公式REF_Ref17258\h4-3可以得出，在单片机上电0.09s后，电容两端的电压将上升到3V，同时电阻两端的电压将从5V减小至2V，所以在0.09s内，RST引脚所接收到的电压是5V~2V,其中高电平的持续时间大约为0.09s左右，然后随着电容充满电，RST引脚接收到电压逐渐降为0，单片机进行复位操作。同理，在按下按键之后，电容被短路，开始释放电量，根据公式REF_Ref17817\h4-2和公式REF_Ref172584-3得出，经过0.09s左右释放至3V，电阻两端电压增加至2V，RST引脚接收到高电平，单片机进行复位。

晶振电路

单片机如果需要正常工作，需要有时钟脉冲源。本设计所用单片机提供了内部R/C震荡器时钟源（内部时钟），如果选择单片机工作在内部R/C振荡器频率，则可以省去外部晶振，将引脚XTAL1和XTAL2悬空。但内部时钟源的误差较大，仅适用于对时钟信号精度要求不高的电路设计，由于本设计需要进行串口通信，对时序要求较高，所以采用的是外接晶振的方式。图4-3为单片机的外接晶振电路。

图4-SEQ图\*ARABIC\s53晶振电路

其中晶振频率选择为22.1184MHz晶振，以获得准确的波特率，同时使用两个30pF的谐波电容，过滤掉晶振部分的高频信号，帮助晶振