基于單片機(jī)控制的漢字LED顯示模塊制作

王文勝

摘 要：本文分為三大部分對(duì)漢字LED顯示模塊的制作進(jìn)行介紹，一是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路，二是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，三是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)闡述了基于AT89C51單片機(jī)控制的 16×16 LED漢字點(diǎn)陣顯示的電路的設(shè)計(jì)方案、顯示電路的工作原理、硬件電路設(shè)計(jì)與制作和控制程序編寫(xiě)等關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；LED點(diǎn)陣；漢字顯示

LED顯示屏的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，在政府機(jī)關(guān)單位、學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)、宣傳欄門(mén)口用LED顯示文字及圖形，取代了傳統(tǒng)的紙質(zhì)或燈箱廣告。LED作為一個(gè)新興發(fā)展的行業(yè)，更換文字及圖形方便快捷，可重復(fù)利用，越來(lái)越多的商家會(huì)采用LED廣告屏。

1 LED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.LED系統(tǒng)電路主要由AT89C51單片機(jī)、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊構(gòu)成，如圖1所示。

2.總電路圖如圖2所示。P1口低4位接譯碼器74LS154譯碼輸出經(jīng)過(guò)三極管8550放大后作為行輸出，其中P1.7口輸出控制74LS154的工作。列方面采用74HC595集成芯片，P1.5、P1.6口信號(hào)作為時(shí)鐘和清零脈沖控制，而串口的信號(hào)作為74HC595的工作選通和輸出的移位控制。單片機(jī)通過(guò)程序同時(shí)控制行和列的掃描就能得到想要的文字或圖形。

2 LED系統(tǒng)各模塊電路工作原理

1.單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)采用AT89C51芯片。該芯片帶4K字節(jié)可編程存儲(chǔ)器、128字節(jié)內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷元、片內(nèi)振蕩電路及時(shí)鐘電路。

（1）引腳功能說(shuō)明

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。

/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。

（2）單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4所示，由時(shí)鐘、復(fù)位電路構(gòu)成。

2.驅(qū)動(dòng)模塊

（1）列驅(qū)動(dòng)

列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖5所示。采用兩個(gè)74HC595芯片，每一個(gè)控制8列。74HC595內(nèi)含8位串入、串/并出移位存儲(chǔ)器和8位三態(tài)輸出鎖存器。具有速度快、功耗小、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以很方便地用于單片機(jī)接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)LED的操作。

（2）行驅(qū)動(dòng)

電路設(shè)計(jì)如圖6所示。74LS154把單片機(jī)P1.0-P1.3輸出的二進(jìn)制信號(hào)譯碼后生成16個(gè)選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線，如圖4所示。一個(gè)三極管要帶動(dòng)16列的LED發(fā)光顯示，每一個(gè)發(fā)光二極管按8 mA電流計(jì)算，16個(gè) LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要128mA電流。

3.LED顯示模塊

（1） LED點(diǎn)陣顯示屏中的每個(gè)發(fā)光二極管即代表一個(gè)像素，發(fā)光二極管的個(gè)數(shù)越多，像素越高，顯示的內(nèi)容越豐富。8X8的點(diǎn)陣只能顯示一些比較簡(jiǎn)單的符號(hào)，顯示一個(gè)漢字至少需要16 X16的點(diǎn)陣。 市面上很少16X16LED顯示屏，可采用4個(gè)8X8LED組成16X16LED顯示屏的方法。連接方法如圖7所示，用四個(gè)點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的行線和列線分別進(jìn)行連接，使每一條行線引腳接一行16個(gè)LED，列線也相同。并注意要將行線和列線引出一定長(zhǎng)度的引腳，以便連接其他驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)中點(diǎn)陣LED的顯示原理和計(jì)算機(jī)中的圖像和字符的顯示原理類(lèi)似，需要顯示的數(shù)據(jù)以0和1來(lái)表示的。點(diǎn)陣LED顯示模塊由若干行列點(diǎn)陣組成一個(gè)顯示矩陣。需要顯示的圖像和字符都以0或1組成的顯示矩陣方式來(lái)保存，通過(guò)液晶顯示控制器，在點(diǎn)陣上對(duì)0或1的信息以熄滅或點(diǎn)亮的方式進(jìn)行顯示，最終顯示出整個(gè)圖像和字符。

（2）字庫(kù)提取，可從網(wǎng)上下載一個(gè)字模生成軟件，設(shè)置好打開(kāi)字庫(kù)提取軟件，輸入漢字，點(diǎn)擊檢索，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動(dòng)生成，把代碼復(fù)制到程序中即可。字庫(kù)代碼獲取方法如圖8所示，

4.電源模塊

電源的選取既要考慮電壓的大小，還要考慮功率的需求。功率主要消耗在顯示屏上，功率不夠會(huì)導(dǎo)致發(fā)光亮度不足。本系統(tǒng)可采用100W/5V電源。

3 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試

系統(tǒng)主程序開(kāi)始以后，先對(duì)系統(tǒng)復(fù)位，然后以“卷簾出”效果顯示“河源技師學(xué)院”文字，停留約數(shù)秒后；接著向上滾動(dòng)顯示 “河源技師學(xué)院”文字，停留約數(shù)秒后；再向左跑馬顯示“河源技師學(xué)院”文字，然后以“卷簾入”效果隱去“河源技師學(xué)院”6個(gè)文字。停留時(shí)間的長(zhǎng)短可以通過(guò)軟件設(shè)置，由于單片機(jī)沒(méi)有設(shè)置停機(jī)指令，系統(tǒng)程序會(huì)不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果，程序編寫(xiě)完成后在Proteus仿真軟件中調(diào)試，然后在硬件電路中調(diào)試。程序流程圖如圖8所示。

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