基于單片機(jī)的LED漢字顯示屏設(shè)計(jì)與制作

1、基于單片機(jī)的LED漢字顯示屏設(shè)計(jì)與制作1引言在大型商場(chǎng)、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場(chǎng)所需要用LED點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個(gè)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)空間巨大，前景廣闊。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， LED顯示作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場(chǎng) 所，例如戶內(nèi)外公共場(chǎng)所廣告宣傳、機(jī)場(chǎng)車站旅客引導(dǎo)信息、公交車輛報(bào)站系統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、 餐館報(bào)價(jià)信息豆示、高速公路可變情報(bào)板、體育場(chǎng)館比賽轉(zhuǎn)播、樓宇燈飾、交通信號(hào)燈、景觀照明等。顯 然, LED顯示已成為城市亮化、現(xiàn)代化和信息化社會(huì)的一個(gè)重要標(biāo)志。本文基于單片機(jī)(AT8

2、9C51)講述了 16X16 LED漢字點(diǎn)陣顯示的基本原理、硬件組成與設(shè)計(jì)、程序編譯 與下載等基本環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)。2硬件電路組成及工作原理本產(chǎn)品擬采用以 AT89C51單片機(jī)為核心芯片的電路來實(shí)現(xiàn)，主要由AT89C51芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動(dòng)電路(74HC154、16X16 LED點(diǎn)陣5部分組成，如圖1所示。廣告插播信息維庫(kù)最新熱賣芯片：TPS61041DBVST39VF040-70-4C-VUTC1334ISVEPF10K100ABC601 NJM2072DS90CF563MTSMB5.0ATEL2470CS AT27C256R-20FX613DWK電LiJIClM I1F其中，

3、AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM的低電壓、高性能 CMO型 8 位微處理器,俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出 管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能夠進(jìn)行 1 000次寫/擦循環(huán)，數(shù) 據(jù) 保留時(shí)間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。因此，在智能化電子設(shè)計(jì)與制作過程中經(jīng)常用到 AT89C51芯片。時(shí)鐘電路由AT89C5

4、1的18，19腳的時(shí)鐘端（XTALl及XTAL2）以及12 MHz晶振XI、電容C2, C3組成， 采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，R2,電容C1,開關(guān)K1組成，分別接至 AT89C51的RST復(fù)位輸入端。LED點(diǎn)陣顯示屏采用16X16共256個(gè)象素的點(diǎn)陣，通過萬用表檢測(cè)發(fā)光二極管的方法測(cè)試判斷出該 點(diǎn)陣的引腳分布，如圖 2所示。的LUU4i a t 71 a1 1f 1 t 7團(tuán)2】“FTT電萍顯示屏嚴(yán)就圖我們把行列總線接在單片機(jī)的10 口，然后把上面分析到的掃描代碼送人總線，就可以得到顯示的漢字了。但是若將LED點(diǎn)陣的行列端口全部直接接入 89S51單片機(jī)

5、，則需要使用 32條IO 口，這樣會(huì)造成 IO資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)充的余地。因此，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中只是將LED點(diǎn)陣的16條行線直接接在P0 口和P2 口，至于列選掃描信號(hào)則是由4-16線譯碼器74HC154來選擇控制，這樣一來列選控制只使用了單片機(jī)的4個(gè)IO 口，節(jié)約了很多IO資源，為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充使用功能提供了條件?？紤]到P0 口必需設(shè)置上拉電阻，我們采用 4.7 k Q排電阻作為上拉電阻。漢字掃描顯示的基本過程是這樣的：通電后由于電阻R1，電容C1的作用，使單片機(jī)的 RST復(fù)位腳電平先高后低，從而達(dá)到復(fù)位；之后，在C2, C3, X1以及單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路的作用下，單片機(jī)89C51按照

6、設(shè)定的程序在 P0和P2接口輸岀與內(nèi)部漢字對(duì)應(yīng)的代碼電平送至LED點(diǎn)陣的行選線（高電平驅(qū)動(dòng)），同時(shí)在P1.1 , P1.2 , P1.3 , P1.4接口輸出列選掃描信號(hào)（低電平驅(qū)動(dòng)），從而選中相應(yīng)的象素 LCD發(fā)光，并利 用人眼的視覺暫留特性合成整個(gè)漢字的顯示。3漢字的點(diǎn)陣顯示原理及字庫(kù)代碼獲取方法我們以UCDO叩文宋體字庫(kù)為例，每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示。即國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)中的每一個(gè)字均由256點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)象素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事 實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256象素范圍內(nèi)的任何圖形。如查用 8位的AT89C51單片機(jī)控制

7、，由于單片機(jī)的總線為8位，一個(gè)字需要拆分為 2個(gè)部分，如圖3所示。圖？ 漢孚畫錄詹坯為了弄清楚漢字的點(diǎn)陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由8X16點(diǎn)陣組成，下部也由 8X16點(diǎn)陣組成。本例通過列掃描方法首先顯示左上角的第一列的上半 部分，即第0列的P00P07 口，方向?yàn)镻00到P07，顯示漢字“大”時(shí)，P05點(diǎn)亮，由上往下排列，為：P0.0 滅，P0.1 滅，P0.2 滅 P0.3 滅，P0.4 滅，P0.5 亮，P0.6 滅，P0.7 滅。即二進(jìn)制 00000100，轉(zhuǎn)換為 十六進(jìn)制為04h。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便

8、，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由上往下掃描，即從 P27向P20方向掃描，從圖 3可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，十六進(jìn)制則為00h。依照這個(gè)方法轉(zhuǎn)向第二列、第三列，直至第十六列的掃描，一共掃描32個(gè)8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：04HtOll .04H.301I .Q&H tOCDH,OlEH*DOHf0H,OSH由這個(gè)原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個(gè)方法來分析出他的掃描代碼從而顯示在屏 幕上。上述方法雖然能夠讓我們弄清楚漢字點(diǎn)陣代碼的獲取過程，但是依靠人工方法獲取漢字代碼是一件非 常繁瑣的事情。為此，我們經(jīng)常采用字庫(kù)軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，點(diǎn)“檢取

9、”，十六進(jìn) 制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動(dòng)生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到程序中即可，如圖 4所示。n 4 爭(zhēng)揮眞車甄睜可見，漢字點(diǎn)陣顯示一般有點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點(diǎn)掃描方法的掃描頻率必須大于16X64=1 024 Hz,周期小于1 ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率必須大于 16X8=128 Hz,周期小于7.8 ms即可，但是一次驅(qū)動(dòng)一列或一行 （8顆LED）時(shí)需外加驅(qū)動(dòng)電路提高電流, 否則LED亮度會(huì)不足。4元器件選擇本設(shè)計(jì)所需元器件如表 1所示。a i元件薙舟尤井號(hào)ATS9CS1藝七握?qǐng)钙琇EDI1U27 4 HC154;a-0 *ift200RfCii kA2Z M- I* V廈便豈*KiAXr12a pFPCB撫ID Ctn 10 ctn 扛此蓋5 PCB設(shè)計(jì)與元件裝配本作品采用通用的 Protel 99SE板級(jí)EDA軟件完成PCB圖的設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)過程略。考慮到本設(shè)計(jì)用 到的元件數(shù)量不多，我們基本采用單面布線策略，只使用了少量的頂層跨接導(dǎo)線，以便于業(yè)余設(shè)計(jì)制作。已設(shè)計(jì)好的PCB圖見圖5所示。本電路對(duì)元件參數(shù)沒有苛刻要求，只要元器件選擇正確，無損壞，電路板