基于89C52單片機的LED顯示器設計

于娟　唐瑞

摘 要：以STC公司生產的40引腳單片機STC89C52為核心，簡要介紹了將它作為控制系統LED點陣電子顯示屏的動態設計和開發過程，詳細闡述了LED點陣顯示的軟硬件設計思路，包括硬件電路各個部分的功能、原理，相應的軟件程序設計和使用說明等。通過單片機控制74HC573芯片行列掃描，能夠在LED屏幕上顯示出圖像、文字等。電子顯示屏可以顯示出各種字體的文字或單色圖像，全屏能顯示4個漢字，動態循環顯示。

關鍵詞：STC89C52；LED顯示器；74HC573；動態顯示

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.008

隨著LED顯示屏在廣告領域的廣泛應用，控制系統也在逐步發展。由于控制系統是基于嵌入式微處理器而開發的，所以，單片機在其中占有非常重要的位置。LED顯示屏的控制比較復雜，特別是其特殊效果的顯示，比如循環移動、覆蓋霓虹燈效果，對處理器的運算速度和執行效率提出了很高的要求，因此，很多控制器生產廠家都采用高端嵌入式系統進行設計。這樣做，雖然能在一定程度上提高數據的處理速度，但并不能完全滿足所有顯示效果的要求，而且開發成本和產品成本也會成倍增長，甚至由于設計不當還可能會在顯示時出現畫面抖動、閃爍和重影等情況。歸根結底，在LED顯示屏控制器的設計中，硬件是很重要的因素之一，同時，還要考慮顯示數據的組織方式，采用軟硬件結合的方法設計一款性價比比較高的控制器。本文簡要介紹了基于普通52單片機實現LED顯示屏控制的原理和方法。該處理器運算速度快、執行效率高，顯示畫面時不會出現抖動、閃爍和重影等情況，光彩絢爛奪目，讓人有一種視覺上的享受。

1 系統總體方案設計

該設計將STC89C52作為控制芯片，數據掃描采用8位74HC573鎖存器驅動芯片，電源輸入部分采用3種不同的方式供電，電源部分采用穩定的+5 V直流電，可以通過開關選擇供電方式。這個系統是利用單個LED元器件來顯示需要顯示的內容，有效延長了作品的使用年限。

控制系統和外圍電路主要由STC89C52單片機最小系統、電源電路、濾波電路、74HC573驅動電路和LED顯示電路構成。硬件設計如圖1所示。

2 硬件部分的設計

2.1 LED的驅動電路和掃描電路

在設計過程中，嚴密計算每個LED的最佳亮度電流和74HC573每個輸入/輸出口的最大電流，從而設計出LED顯示部分的驅動電路和顯示電路。為了避免元件被損壞，還設計了保護電路。此次采用的是8位74HC573芯片，其數據傳輸非常方便，能夠很好地驅動LED顯示，使單個LED達到最佳的亮度。掃描部分利用74HC573三態總線驅動輸出，當鎖存使能高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）；當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存，8行8列的掃描也會順利進行。與此同時，使能輸入還具有改善抗擾度的滯后作用，以至于顯示出的畫面不會出現抖動、閃爍和重影等情況。

2.2 電源電路

該系統的有效運行需要借助穩定的+5 V直流電壓。電源電路分為3部分，即由mini USB常用數據線直接供+5 V電，但是，這種供電方式必須配合使用電流為2 A的電源適配器；由+9～+12 V電源適配器供電輸入，然后經2個過濾波電路和1個穩壓電路輸出穩定的+5 V電源，以此給系統供電；直接接入AC220 V電源，經開關電源電路獲得+5 V電源供電。在此過程中需要注意的是，這三種方式可以自由切換，使用者可以根據實際情況使用相應的電源。其中，74HC573芯片和STC89C52單片機是電源直接供電，能夠保證供電的穩定性。電源設計使用LM7805穩壓芯片作為穩壓電路的主要芯片，并通過多次濾波保證電壓轉換的穩定性和抗干擾性，從而為系統運行提供穩定的電源。

2.3 系統電路設計

使用Altium Designer Summer 2009軟件設計系統電路原理圖和PCB圖，具體如圖2、圖3所示。

3 軟件部分的設計

軟件部分主要分為使能輸出、行列掃描和顯示三大部分。因為需要2個行掃描的74HC573芯片和8個列掃描的74HC573芯片，所以，使能端高電、低電輸入順序的排布算法十分重要。顯示部分的內容是通過取模軟件轉換為16進制的格式存放在數組中的，方便使用。軟件設計流程如圖4所示。

4 系統聯調

程序是利用Keil 4軟件編寫、調試的，而需要調試的主要有顯示屏刷新頻率和行列掃描兩部分。在行列掃描部分要特別注意74HC573芯片的啟動和停止情況，否則會出現大量的亂碼。通過對硬件和軟件的多次聯調得出了圖5所示的效果（在滾動中拍攝截圖）。

5 結論

綜上所述，在目測條件下，LED顯示屏的各點亮度均勻、充足，可以顯示圖形和文字，并且顯示的圖形和文字穩定、清晰，無串擾、抖動、閃爍和重影等情況發生。

參考文獻

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[3]張瑾，張偉.Protel 99SE入門與提高[M].北京：人民郵電出版社，2007.

作者簡介：于娟（1983—），女，四川宣漢人，實驗師，碩士，主要從事控制理論與控制工程、電工電子技術方面的研究。唐瑞（1992—），男，四川閬中人，攀枝花學院電氣信息工程學院測控技術與儀器專業學生。

〔編輯：白潔〕