單片機LED點矩陣顯示技術教與學

摘要：單片機應用系統中，多用點矩陣顯示器（LED）作為顯示器件，其顯示特點是成本低、亮度高、壽命長、控制靈活，在生活中已經等到了廣泛的應用。本文主要針對高職高專院校，討論用單片機控制LED點陣顯示器顯示教學。

關鍵詞：單片機；LED點陣顯示；項目式教學法

【中圖分類號】G712

單片機應用系統中，常常需要進行信息顯示，用于顯示的器件有數碼管、點矩陣顯示器（LED）、液晶顯示器（LCD）等。其中點矩陣顯示器具有成本低、亮度高、壽命長、控制靈活等特點，已廣泛應用于火車站、公園、商場等場地做為信息發布或廣告顯示。本文主要針對高職高專院校，采用項目式教學法，討論點矩陣顯示器的顯示原理和控制方法教學。

一、教學方法

高職院校學生的學習特點是，學生理論知識薄弱，而思維比較活躍、實踐動手能力強。針對高職高專院校教學特點，LED點矩陣教學使用項目式教學法，以學生為中心，把學習過程分解為一個個具體的任務和步驟，鼓勵學生主動參與、自主協作、探索創新，注重對學生實踐能力的培養。

二、教學工具

1、采用PPT制作課件，將圖、文、聲、像等多種形式有機結合，表達和傳遞教學內容，將原本抽象的教學內容形象化、具體化、趣味化，提高教學效果。

2、把信息技術作為方法手段，結合在學科教學中。本課程使用PROTEUS和KEILC軟件來進行單片機系統的動態模擬、仿真和調試，培養了學生的實踐能力。

三、教學過程

1、任務引入

在課程開始就告訴學生基本任務：利用單片機控制一個8×8點矩陣顯示器，顯示出字符\"大\"。

2、任務分析

明確任務后，引導學生進行任務分析。任務基本目標是用單片機控制LED點陣顯示器，顯示特定字符、圖形。要完成這個任務，必須掌握以下知識：

（1）掌握LED點陣顯示器工作原理及使用方法；

（2）掌握單片機控制LED點陣顯示器的程序設計方法；

（3）熟悉單片機應用系統分析和軟硬件設計的基本方法，建立單片機系統設計的基本概念；

3、相關知識講解

（1）LED點陣顯示器結構

LED點陣顯示器是把多個LED發光二極管按矩陣方式排列在一起，通過對每個LED進行發光控制，完成各種字符或圖形的顯示。點矩陣顯示器分類方法有多種，根據每行或每列所包含的LED個數不同，可分為5*7、8*8、16*16等類型。

（2）LED點陣顯示原理

點陣顯示器顯示原理如圖所示，8*8點陣顯示器共由64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。

對應行置1，列置0，則相應交叉點上的的二極管正向導通點亮。

（3）點陣顯示器的掃描與驅動

控制點陣顯示器陣列中不同位置LED點亮，就可以組成數字、字母、圖形和漢字。點陣顯示器一般采用掃描方式顯示，一般有行掃描和列掃描兩種方法。

顯示字符\"大\"的過程如下：先給第一行送高電平（行高電平有效），同時給8列送11101111（列低電平有效）；然后給第二行送高電平，同時給8列送11101111，......最后給第八行送高電平，同時給8列送11111111。每行點亮延時一段時間，第八行掃描結束后，再從第一行開始掃描，重復循環。利用人的視覺駐留現象，就可以看到一個穩定的圖形。

根據每行掃描數據，可以建立漢字\"大\"的造型表數據庫，再用查表指令MOVC對其進行讀取。

4、系統設計

硬件電路部分：用P2口控制點陣的列，用P1口控制點陣的行。

軟件設計部分：

（1）初始化

設置點陣顯示掃描初始值，即R0=01H，準備掃描第一行；讓DPTR指向數據表首地址，把數據索引值送給A，準備進行查表。使R3=8，記錄行掃描次數。

（2）字符顯示

在查表時用查表指令MOVCA，@A+DPTR取出顯示數據，把數據送給A；接著把A的值送給用于控制數碼管顯示字形的P2口，即可在相應行上點亮對應LED。調用延時子程序是使點陣顯示器能夠穩定顯示相應的符號。最后DPTR+1，為下一個數字的顯示做準備。

四、系統仿真調試

系統仿真調試使用Proteus軟件實現。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件）。它的基本功能是軟件的仿真，它的特點是能仿真單片機的運行及外圍器件狀態。它是我們現在用到的最好的單片機及外圍器件仿真工具。在我國已受到從事單片機教學的教育工作者、單片機愛好者、以及致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。

在課堂上借助多媒體工具，可以直接讓學生看到Proteus的仿真模擬結果。在仿真時可以采用步進的方法，讓學生看到每次行掃描的結果，從而對掃描原理有更深刻的理解。

五、實踐應用

在實驗箱上連好硬件電路，將程序燒錄到AT89S51芯片內部，讓系統脫機運行，觀察實際應用結果。這時可以對學生進行能力拓展訓練，即給出進階任務，使單片機控制LED點矩陣顯示器實現動態顯示效果，如將字符\"大\"從右往左滾動顯示；或者多字符輪流顯示0，1，2，3......等。

本次課程教學采用多種先進的教育理念和教學方法，融\"教、學、做\"為一體，程培養了學生分析問題、解決問題的能力量，促進了學生創新意識的培養，課堂氣氛活躍，學生參與程度高，達到了預期的教學效果。