基于單片機(jī)的LED漢字顯示屏設(shè)計與制作

1引言在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用LED點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，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)宗旨宣傳的公眾場所，例如戶內(nèi)外公共場所廣告宣傳、機(jī)場車站旅客引導(dǎo)信息、公交車輛報站系統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息豆示、高速公路可變情報板、體育場館比賽轉(zhuǎn)播、樓宇燈飾、交通信號燈、景觀照明等。顯然，LED顯示已成為城市亮化、現(xiàn)代化和信息化社會的一個重要標(biāo)志。本文基于單片機(jī)(AT89C51)講述了16×16LED漢字點(diǎn)陣顯示的基本原理、硬件組成與設(shè)計、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、時鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動電路(74HC154)、16×16LED點(diǎn)陣5部分組成，如圖1所示。其中，AT89C51是一種帶4kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進(jìn)行1000次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為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廉的方案。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片。時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTALl及XTAL2)以及12MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(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16×16共256個象素的點(diǎn)陣，通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點(diǎn)陣的引腳分布，如圖2所示。我們把行列總線接在單片機(jī)的IO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)，則需要使用32條IO口，這樣會造成IO資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)充的余地。因此，我們在實(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4.7kΩ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)部時鐘電路的作用下，單片機(jī)89C51按照設(shè)定的程序在P0和P2接口輸出與內(nèi)部漢字對應(yīng)的代碼電平送至LED點(diǎn)陣的行選線(高電平驅(qū)動)，同時在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口輸出列選掃描信號(低電平驅(qū)動)，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漢字的顯示。3漢字的點(diǎn)陣顯示原理及字庫代碼獲取方法我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個點(diǎn)理解為一個象素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個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，由于單片機(jī)的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分，如圖3所示。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8×16點(diǎn)陣組成，下部也由8×16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P00～P07口，方向為P00到P07，顯示漢字“大”時，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，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，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8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個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)常采用字庫軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，點(diǎn)“檢取”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，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。邪可見和，漢舉字點(diǎn)喜陣顯疏示一趙般有遵點(diǎn)掃貫描、更行掃父描和擋列掃衡描墾3霞種。局為了林符合版視覺確暫留香要求嫁，點(diǎn)柳掃描律方法雞的掃艇描頻嗎率必客須大籃于綢16箱×6說4=鍬1鉛02犯4賄Hz滾，周析期小杰于寬1俘ms孫即可廈。行僚掃描束和列遞掃描災(zāi)方法既的掃揀描頻牽率必足須大牧于某16泊×8補(bǔ)=1高28怠H片z啦，周蛾期小線于轟7.疾8逮ms帖即可省，但檢是一盜次驅(qū)前動一碰列或荒一行說(8堂顆舒LE陣D)確時需竊外加子驅(qū)動襖電路義提高襲電流恭，否腥則笑LE瘡D垃亮度刃會不候足。咳4接元器恒件選槽擇賣本設(shè)是計所鬧需元握器件卸如表咳1法所示滔。下5沃PC圈B常設(shè)計罩與元戰(zhàn)件裝猛配迅本作突品采間用通襯用的折Pr滅ot答el淚9煎9S獅E稿板級購ED淺A安軟件開完成占PC瞞B職圖的蜂設(shè)計速，詳罷細(xì)設(shè)疤計過衫程略醬?？寂]到枝本設(shè)洲計用哈到的頁元件著數(shù)量失不多摩，我律們基堂本采燕用單恐面布握線策順略，集只使貌用了盼少量阻的頂鋤層跨稈接導(dǎo)盆線，購以便漆于業(yè)辛余設(shè)往計制救作。派已設(shè)最計好迷的驢PC嗓B后圖見動圖引5暮所示岡。芬本電灣路對醋元件過參數(shù)怒沒有諒苛刻嗓要求怪，只蹈要元樣器件盟選擇失正確藝，無疑損壞啄，電特路板絨制作轟工藝扭良好幅，把墊所有耳電子蝕元件伏正確糕焊接揀裝配落后即姐可進(jìn)拉入程跨序下氧載和銷調(diào)試幼工作威階段誰。制臉作與褲調(diào)試恐時，與在軌AT診89朝C2嬌05桶1竊的位權(quán)置應(yīng)欠安裝辭20襲腳的沙IC櫻座，稱以便師使單哭片機(jī)混可以糧從電絕路板量中拿啄下去驕燒寫銳程序沖。黎6軋程序丈設(shè)計柜、燒峽錄與間調(diào)試維軟件司程序退主要撇由開像始、元初始裹化、匹主程珍序、商字庫鄉(xiāng)組成村。其飛中主悟程序暮和子重程序林的流駕程圖問如圖貧6因和圖館7頭所示免。密下面貪的程目序能柔夠用炕來實(shí)缸現(xiàn)漏“災(zāi)為中饞華之奏崛起燭而學(xué)咳習(xí)雨”催等漢攏字的華顯示滿。程球序清巡單如魂下：睛在完繳成編勵寫程瞞序的語編譯環(huán)和仿塘真之老后，效準(zhǔn)備菊一臺勇可以頭燒寫脊AT柔89孝C5攤1呢的編箱程器凱并與匙電腦恭主機(jī)桿硬件達(dá)連接壺后即真可對彩AT弄89嫁C5犬1濾芯片縱進(jìn)行部程序勢燒錄湖下載鏟，然眠后，識將燒詠錄好咬程序想的責(zé)AT泊89榆C5貼1蓋單片賴機(jī)裝昌入到血40道腳的苦IC倡座上趙，通仙電即劣可調(diào)嘉試和橋運(yùn)行檔，由活于本責(zé)例電犬路對冰元件危參數(shù)剃的要盾求不齊是很訴高，潮只要警元件銜較好欠，參池數(shù)基糕本符炎合要南求，疏焊接看裝配筋后即偷可正遼常工煤作。挖7儲結(jié)帥語晉雖然脫本設(shè)擇計只卵使用陣了一番塊流16甚×1末6睬LE