基于P89V51RD2單片機LED點陣顯示屏的實現

馮月芹

（南京工程學院 江蘇 南京 211167）

LED點陣顯示屏是一種簡單的字符顯示器，具有價廉、易于控制、使用壽命長等特點，可廣泛應用于各種公共場合，如車站、碼頭、銀行、學校、火車、公共汽車顯示等。本文詳細介紹了一種低廉的16x16點陣LED顯示屏的設計過程。本系統采用P89V51RD2單片機作控制器，整個電路主要由單片機控制及其接口電路、驅動顯示電路、電源電路等部分組成。為了使顯示屏電路更具實用性，本系統在單片機部分外加數據存儲器。在PC機上編輯漢字和字符顯示信息，并將其轉換為相應的點陣顯示數據，然后通過串口（采用RS-232通信標準）送單片機存儲并顯示，實現LED顯示屏的功能。

1 系統原理及特點

系統原理框圖如圖1所示，該系統主要由飛利浦公司生產的單片機P89V51RD2、移位寄存器74HC595、4-16譯碼器74HC154、LED點陣、數據存儲器RAM6264以及RS232電平轉換芯片組成，漢字字模存儲外部數據存儲器6264中，用單片機P89V51RD2控制移位寄存器與譯碼器完成漢字的顯示。

本系統的特點：

1）采用 P89V51RD2單片機，P89V51RD2是 PHILIPS公司推出的51系列的新型微控制器，它包含64KB?Flash和1024字節的數據RAM，支持并行和串行的在系統編程（ISP）和在應用中編程（IAP），具有SPI和增強型UART。

圖1 系統硬件結構圖Fig.1 Structure diagram of the hardware system

2）采用移位寄存器，節約單片機的IO資源，容易擴展多位LED顯示。

3）通過串口下載單片機的程序代碼以及與PC機通信獲取顯示信息的字模。

4）顯示內容多時，可以把漢字字模存儲到外部數據存儲器6264中。

1.1 移位寄存器的工作原理

74HC595是一款漏極開路輸出的CMOS移位寄存器，輸出端口為可控的三態輸出端，也能串行輸出控制下一級級聯芯片。

74HC595的引腳圖如圖2所示。

1.1.1 引腳說明

1）74595的數據端：

圖2 74HC595的引腳圖Fig.2 The pin figure of chip 74HC595

QA--QH：8位并行輸出端，可以直接控制數碼管的8個段；QH：級聯輸出端。將它接下一個595的SI端；SI：串行數據輸入端。

2）74595的控制端說明：

/SCLR（10腳）：低點平時將移位寄存器的數據清零；SCK（11腳）：上升沿時數據寄存器的數

據移位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器數據不變；RCK（12腳）：上升沿時移位寄存器的數據進入數據存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數據不變。

3）74HC595與單片機的硬件連接

2片74HC595與單片機串行接口連接，移位寄存器的輸出作為點陣LED的行驅動，硬件電路圖如圖3。其中，RCK接單片機的P3.3端口；SCLR接單片機的P3.2端口；SCK接單片機的P3.3端口；SI接單片機的P3.4端口。串行移位寄存器7HC595也可以用74HC164。

圖3 LED行驅動電路圖Fig.3 Hardware circuit of LED row drive

圖4 LED列驅動電路圖Fig.4 Hardware circuit of LED column drive

1.2 譯碼器及驅動電路

單片機的P1口低四位的輸出，經4—16線譯碼器73HC154譯碼后，作為列選通信號線，再經過驅動器驅動對應的列線，一條列線上要驅動16個的led進行顯示，按每一個LED器件需要10 mA計算，16個LED同時發光時，需要160 mA電流，選用三極管8550作為驅動管可滿足要求。考慮減少PCB板的面積，也可以選擇uln2803驅動LED的列。

硬件電路連接如圖4所示。

1.3 16×16點陣 LED 屏

一個漢字32個字節需要16*16LED屏，由4個8*8LED組成，型號SD411988。LED點陣屏的極性，可以用數字萬用表的電阻檔來測試；萬用表的黑表棒測試LED的一個引腳，紅表棒放到其他的引腳，若有一個LED燈亮，說明黑表棒測試的引腳為負極，紅表棒測試的引腳為正極；此時，可以把黑表棒接的引腳作為行，紅表棒接的引腳作為列，當然，反過來也可以，行、列是相對的。

然后黑表棒測試的引腳不動，改換紅表棒測試的其他的引腳，測試結果如上述，這樣可以把一行的所有列控制的引腳確定；同理，也可以確定其他的行控制引腳。

16×16 LED屏的原理圖如圖5所示。

2 系統軟件設計

限于篇幅，這里沒有給出VB提取字模的程序，僅把單片機的主要程序列出。在調試下位機程序時，可以用取膜軟件PCtoLCD來提取漢字字模。“南京工程學院”的字模如下

圖5 LED屏的電路圖Fig.5 hardware circuit of led display

}；限于篇幅，僅給出一個漢字的字模。

移位寄存器有關控制位的定義 void wr_595（sindata）//寫移位寄存器74HC595函數

3 結 論

經過實際測試證明，本顯示屏可以作為信息顯示裝置，用于公共場所來進行信息顯示，而且具有工作穩定、字符清晰、亮度適中等特點。為了使顯示的內容豐富，可以使文字屏在顯示信息時滾動顯示。另外，本硬件電路可以在集成電路芯片上使用方面加以改進，用大規模的可編程邏輯器件代替中規模的邏輯電路譯碼器和移位寄存器，可以節約PCB的面積；本顯示屏只有一位LED顯示，再級聯多個移位寄存器，容易實現多位LED顯示。

[1]倪曉軍，章韻.單片機原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2]靳桅，鄔芝權，李騏，等.基于51系列單片機的LED顯示屏開發技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計.[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[4]74HC595 Data sheet[EB/OL].Philips Semiconductors http：//www.21icsearch.com/pdfdetil_E3AAB9D51275108B.html

[5]74HC154 Data sheet[EB/OL].Philips Semiconductors http：//www.21icsearch.com/pdfdetil_225964C6E9DBB286.html

[6]袁于程，王富東，王棟.基于VB下的漢字字模提取及其LED顯示系統[J].中國信息科技， 2008（22）：96.

YUAN Yu-cheng， WANG Fu-dong， WANG Dong.Design of the extraction of character font and the LED display system based on VB[J].Chinese Science and Technology Information，2008（22）：96.