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【摘 要】用于显示图像信息及汉字、字符的系统——LED显示屏，在政府、商场、银行及工厂等得到广泛应用，在人们的日常生活和生产中是用来进行信息传播和共享的重要工具。本设计利用文字库提取出输入文本的字模，转变成另一种格式以适用于单片机，再把它保存成文本文件格式的文件或通过串口利用Ac—tiveX控件进行与单片机的通信，可以对具体的通信进行参数的动态设置，从而使LED显示屏控制系统作用得到实现。
【关键词】LED 控制系统 字模提取 串行通信 组织算法
一、系统功能模块
本系统主要包括提取字模模块、LED模拟显示模块以及串行通信三个功能模块。为了给用户的操作提供方便，这3个功能模块的相应的菜单项在系统中有形应当设置，对这3个模块分别进行了详细说明。
（一）提取字模
一个汉字或字符可以看成是多个点阵的排列，笔划未经过的地方为“0”，经过的地方为“1”，汉字或字符的点阵字模的形成就是按照一定的顺序排列这些“0”和“1”的数据信息。首先必须得到这样的点阵字模，才能显示一个汉字或字符。在字库中，每个汉字有相应的、唯一的区位码，从字库中取出汉字字模则需要根据汉字的机内码确定其区位码及其在字库中的起始位置。在16×16的点阵字库中连续读取32个字节，由于每个汉字占32个字节，所以在以此偏移地址为基点的情况下，就能得到这个汉字的点阵字模。ASCII码的显示的基本原理与汉字的显示相同。直接依次按ASCII码由小到大排列其显示点阵，不过在文本文件中每个ASCII码小于80H且只占1个字节。另外，在ASCll文件中之所以每个ASCII码的点阵只占16个字节，是因为ASCII码为8×16点阵。
为了增加了系统的实用性，在字模提取模块中可以对单个甚至多个汉字或字符进行点阵数据的提取和处理。现实的应用中，可对一条消息、一段广告或一篇信息公告进行显示的控制。
（二）LED模拟显示
在主界面的右上方，利用Picture Box控件设计了一个LED模拟显示屏，不仅使用户能更直观地看到提取的点阵数据显示出文字或字符的效果，而且使提取字模后的文字效果可预先在计算机屏幕上显示出来，并具有不同的显示控制方式。若有多个被提取字模的汉字或字符，可以利用默认的显示方式即单击按钮“上一个”、“下一个”来控制显示不同的汉字或字符。除此之外，菜单栏中“显示”、“循环”可以使文字每隔1.5 s就向后显示一个文字，直到最后一个字显示完毕然后继续自动从头开始循环。这种显示模式控制是主要采用Timer控件进行的。与此同时，还可以对LED模拟显示屏的颜色进行设置，从而保持界面的美观。
（三）串口通信
在Visual Basic中，控件可以分为2种，一种是ActiveX控件，另一种是标准控件。如果用户需要，在得到字模数据后，可以利用串行口把字模数据发送给单片机。在标准串口通信方面具有强大功能的通信控件MSCOMMVB属于ActiveX控件，该控件可进行串行通信数据的发送和接收，设置串口状态及串口通信的信息格式和协议， PC机的串行口可直接利用被它发送数据。当数据格式与单片机不匹配时，可对串行通信的端口、波特率进行设置的字模数据发送界面，会在发送区对更改其格式。为了达到使PC机和单片机之间的可靠通信得到实现的目的，必须确保两者具有同样的波特率以及数据格式。
二、数据的组织算法
LED显示屏的最小驱动模块是LED单元板，它是由LED单元板拼接构成的显示系统。根据LED单元板的组成结构和工作原理，为了方便控制， LED显示屏的拼接工作中，在垂直方向上把单元板并联，在水平方向上则将单元板进行串联，还要采用扫描的工作方式。当在某一行需要显示信息时，必须使相应的驱动器得到此行的每列串行数据先被传送，然后在输出端同时锁定存储，再在行选通信号的控制下完成显示。实现这个过程的时间分为两部分：数据的准备时间和显示时间。显示时间应该按需分配从而达到稳定的显示效果。为了确保足够的刷新频率，显示数据的准备时间应当采取各种措施尽可能地将其缩短。实现高速输出的条件是要将显示数据按输出顺序预先在显存中连续排列，但输出顺序是取决于显示效果的要求的，而并非一成不变的。在不同的存储结构的采用情况下，显示数据的存储方式将有所区别。
三、控制系统硬件设计
美国瑞创公司最新推向市场的第一款嵌入了8 kbyte FRAM铁电存储器的高性能单片机系统控制电路是以VRS511.3074为核心构成的VRS511.3074，它的运算功能非常强大主要是由于它自带的内部40 MHz振荡器精确度很高，集成了丰富的外围功能模块并采用单周期为40 M IPS 的8051内核。即使采用3.3 V供电，也可直接与5.0 V系统接口进行连接，是一款高性能微控制器，广泛适用于嵌入式应用。
（一）识别重力的模块
进行传统安装时，要想正确安装，必须在明确显示屏行列及显示信息移动方向等前提下进行，否则将出现信息侧翻的现象。考虑到LED显示屏是垂直放置的，并且针对此情况，本设计选择ADXL202双轴加速度传感器，搭配重力识别程序实现对重力向量的判定，随屏幕旋转，使系统显示状态自动调整，此功能可根据用户动作自动旋转来显示信息。这一方案，安装时无需识别行列等信息，使安装难度大大降低，将为用户提供极大的方便。
（二）管理电源的模块
该模块的主体构成是两组DC/DC 转换电路、一块锂电池和报警电路，转换电路和锂电池在不同情况下分别提供+5V 电源。在工作正常的情况下，由两组转换电路ADXL202和其他模块分别供电；当系统处在掉电状态时，为实现掉电保护功能，则由锂电池供电；当电压值低于3.6V时，系统会发出更换锂电池的警告。
四、控制系统软件设计
系统软件设计两部分组成：上位机软件和下位机程序的设计。图像和文字的编辑是上位机软件的功能，通过计算机串行接口把显示数据传送到控制卡上。控制卡接收上位机的数据并通过内部Boot Loader区的程序进行FLASH ROM内显示数据的自更新。显示数据被控制卡进行分割处理后发送给每个单元板，并且完成显示数据不同方式的处理。
参考文献：
[1]陈明义，刘许亮.Nios II的LED显示屏控制器设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用， 2010（2）-.
[2]白晓强，陈华杰.基于H8-3048单片机的LED控制板的软件设计[J]. 杭州电子科技大学学报， 2007（4）.
[3]龚成莹，赵又新，马宏锋.基于FPGA的LED点阵书写显示屏的设计[J]. 自动化与仪器仪表， 2010（3）.
（指导老师：周 毅）
【关键词】LED 控制系统 字模提取 串行通信 组织算法
一、系统功能模块
本系统主要包括提取字模模块、LED模拟显示模块以及串行通信三个功能模块。为了给用户的操作提供方便，这3个功能模块的相应的菜单项在系统中有形应当设置，对这3个模块分别进行了详细说明。
（一）提取字模
一个汉字或字符可以看成是多个点阵的排列，笔划未经过的地方为“0”，经过的地方为“1”，汉字或字符的点阵字模的形成就是按照一定的顺序排列这些“0”和“1”的数据信息。首先必须得到这样的点阵字模，才能显示一个汉字或字符。在字库中，每个汉字有相应的、唯一的区位码，从字库中取出汉字字模则需要根据汉字的机内码确定其区位码及其在字库中的起始位置。在16×16的点阵字库中连续读取32个字节，由于每个汉字占32个字节，所以在以此偏移地址为基点的情况下，就能得到这个汉字的点阵字模。ASCII码的显示的基本原理与汉字的显示相同。直接依次按ASCII码由小到大排列其显示点阵，不过在文本文件中每个ASCII码小于80H且只占1个字节。另外，在ASCll文件中之所以每个ASCII码的点阵只占16个字节，是因为ASCII码为8×16点阵。
为了增加了系统的实用性，在字模提取模块中可以对单个甚至多个汉字或字符进行点阵数据的提取和处理。现实的应用中，可对一条消息、一段广告或一篇信息公告进行显示的控制。
（二）LED模拟显示
在主界面的右上方，利用Picture Box控件设计了一个LED模拟显示屏，不仅使用户能更直观地看到提取的点阵数据显示出文字或字符的效果，而且使提取字模后的文字效果可预先在计算机屏幕上显示出来，并具有不同的显示控制方式。若有多个被提取字模的汉字或字符，可以利用默认的显示方式即单击按钮“上一个”、“下一个”来控制显示不同的汉字或字符。除此之外，菜单栏中“显示”、“循环”可以使文字每隔1.5 s就向后显示一个文字，直到最后一个字显示完毕然后继续自动从头开始循环。这种显示模式控制是主要采用Timer控件进行的。与此同时，还可以对LED模拟显示屏的颜色进行设置，从而保持界面的美观。
（三）串口通信
在Visual Basic中，控件可以分为2种，一种是ActiveX控件，另一种是标准控件。如果用户需要，在得到字模数据后，可以利用串行口把字模数据发送给单片机。在标准串口通信方面具有强大功能的通信控件MSCOMMVB属于ActiveX控件，该控件可进行串行通信数据的发送和接收，设置串口状态及串口通信的信息格式和协议， PC机的串行口可直接利用被它发送数据。当数据格式与单片机不匹配时，可对串行通信的端口、波特率进行设置的字模数据发送界面，会在发送区对更改其格式。为了达到使PC机和单片机之间的可靠通信得到实现的目的，必须确保两者具有同样的波特率以及数据格式。
二、数据的组织算法
LED显示屏的最小驱动模块是LED单元板，它是由LED单元板拼接构成的显示系统。根据LED单元板的组成结构和工作原理，为了方便控制， LED显示屏的拼接工作中，在垂直方向上把单元板并联，在水平方向上则将单元板进行串联，还要采用扫描的工作方式。当在某一行需要显示信息时，必须使相应的驱动器得到此行的每列串行数据先被传送，然后在输出端同时锁定存储，再在行选通信号的控制下完成显示。实现这个过程的时间分为两部分：数据的准备时间和显示时间。显示时间应该按需分配从而达到稳定的显示效果。为了确保足够的刷新频率，显示数据的准备时间应当采取各种措施尽可能地将其缩短。实现高速输出的条件是要将显示数据按输出顺序预先在显存中连续排列，但输出顺序是取决于显示效果的要求的，而并非一成不变的。在不同的存储结构的采用情况下，显示数据的存储方式将有所区别。
三、控制系统硬件设计
美国瑞创公司最新推向市场的第一款嵌入了8 kbyte FRAM铁电存储器的高性能单片机系统控制电路是以VRS511.3074为核心构成的VRS511.3074，它的运算功能非常强大主要是由于它自带的内部40 MHz振荡器精确度很高，集成了丰富的外围功能模块并采用单周期为40 M IPS 的8051内核。即使采用3.3 V供电，也可直接与5.0 V系统接口进行连接，是一款高性能微控制器，广泛适用于嵌入式应用。
（一）识别重力的模块
进行传统安装时，要想正确安装，必须在明确显示屏行列及显示信息移动方向等前提下进行，否则将出现信息侧翻的现象。考虑到LED显示屏是垂直放置的，并且针对此情况，本设计选择ADXL202双轴加速度传感器，搭配重力识别程序实现对重力向量的判定，随屏幕旋转，使系统显示状态自动调整，此功能可根据用户动作自动旋转来显示信息。这一方案，安装时无需识别行列等信息，使安装难度大大降低，将为用户提供极大的方便。
（二）管理电源的模块
该模块的主体构成是两组DC/DC 转换电路、一块锂电池和报警电路，转换电路和锂电池在不同情况下分别提供+5V 电源。在工作正常的情况下，由两组转换电路ADXL202和其他模块分别供电；当系统处在掉电状态时，为实现掉电保护功能，则由锂电池供电；当电压值低于3.6V时，系统会发出更换锂电池的警告。
四、控制系统软件设计
系统软件设计两部分组成：上位机软件和下位机程序的设计。图像和文字的编辑是上位机软件的功能，通过计算机串行接口把显示数据传送到控制卡上。控制卡接收上位机的数据并通过内部Boot Loader区的程序进行FLASH ROM内显示数据的自更新。显示数据被控制卡进行分割处理后发送给每个单元板，并且完成显示数据不同方式的处理。
参考文献：
[1]陈明义，刘许亮.Nios II的LED显示屏控制器设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用， 2010（2）-.
[2]白晓强，陈华杰.基于H8-3048单片机的LED控制板的软件设计[J]. 杭州电子科技大学学报， 2007（4）.
[3]龚成莹，赵又新，马宏锋.基于FPGA的LED点阵书写显示屏的设计[J]. 自动化与仪器仪表， 2010（3）.
（指导老师：周 毅）