89S51單片機的16×16點陣漢字顯示的設計

汕尾市職業技術學校 張光建

針對LED點陣顯示漢字需要占用單片機多個并行口的問題，提出了基于89S51單片機的16×16點陣漢字顯示設計，利用74HC138和74HC595對單片機并行口進行擴展，從硬件設計、軟件設計方案等關鍵環節，分別進行了詳細討論。

隨著單片機技術的發展，LED點陣屏作為文字和圖形顯示的新型媒體，由于亮度高、耗能低、色彩鮮艷、壽命長等特點，迅速出現在學校、醫院、車站等場所。但LED點陣顯示需要占用單片機多個并行口，而通用移位寄存器74HC595T和譯碼器74HC138，可以實現對單片機IO的擴展，從而節約了大量的并口資源。本設計詳細介紹了74HC138和74HC595芯片在1616×16點陣LED顯示屏的應用。

1 電路總體設計

16×16點陣漢字顯示電路如圖1所示，它由一片16×16點陣LED顯示屏、兩片74HC138構成的行控制單元、兩片74HC595構成的列控制單元及AT89S51單片機構成。列控制單元用于輸入數據，而行控制單元用于逐行掃描。

圖1 系統總體結構

1.1 16×16點陣工作原理

本設計采用的是共陰16×16點陣顯示模塊。它由256只發光二極管按一定規律安裝成方陣，從內部結構如圖2所示，可以看出，總共有16行和16列，每行的發光二極管陰極相連，每列的發光二極管陽極相連。在行和列的交叉處有一個發光二極管，要使其中任一個二極管發光，則其對應行為低電位，而對應的列為高電位即可。

1.2 行控制單元

行控制單元的控制原理是：先使第一行Y0為低電平，其余行為高電平，顯示第一行數據；然后第二行Y1為低電平，其余行電平，顯示第二行數據。按照這個規律每行以較快的速度不斷進行刷新，由于發光二極管的余輝效應和人的視覺暫留現象兩個因素，給人的印象就是一組靜態的數據，不會產生閃爍感。動態顯示能夠節省I/O端口，且功耗低。

本設計采用74HC138三位譯碼器。此譯碼器的原理如圖3所示。由于該譯碼器僅有8個輸出，而16×16點陣顯示模塊有16行，故采用兩片74HC138級聯控制16×16點陣顯示模塊的行。

圖2 共陰16×16點陣顯示模塊內部結構

圖3 兩片74HC138級聯電路圖

1.3 列控制單元

列控制單元采用兩片74HC595級聯，如圖4所示。74HC595把串行輸入信號轉換成并行輸出信號，其引腳功能如下：（1）串行輸入端為DS；（2）8位并行輸出端為Q0-Q7，SQ為串行輸出端，它把數據輸出到另一片74HC595的串行輸入端；為移位寄存器清零端，當位低電位時能把移位寄存器的數據清零。一般接高電平；（4）RCK為數據輸入時鐘端。當該引腳上升沿時移位數據寄存器的數據移位，從Q0移到Q1，Q1移到Q2，最后Q6移到Q7。當為下降沿時移位數據寄存器的數據不變；（5）RCK為輸出存儲器鎖存時鐘端。該引腳信號上升沿時移位寄存器的數據進入存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數據不變：為使能端，一般接地。

74HC595的工作如下：當SCK引腳有一個上升沿脈沖時，DS的數據送入移位寄存器一位，連續8個上升沿脈沖時，可以將一個8位數據送入到移位寄存器。同時SQ也串行輸出移位寄存器的高位值。當RCK引腳有一個上升沿脈沖時，移位寄存器中的值鎖到鎖存寄存器中。當為低電平時，數據從Q0-Q7輸出。U3的Q0-Q7端控制16×16點陣顯示模塊的X0-X7列，而U4的Q0-Q7端16×16點陣顯示模塊的X8-X15列。

圖4 兩片74HC595級聯電路圖

1.4 AT89S51的控制端口

AT89S51的P0.0-P0.4分別接行控制單元的A0、A1、A2、A3和EN四個端口，而P0.5-P0.7分接列控制單元的DS、RCK和SCK三個端口。

2 用字模軟件獲取漢字點陣字模數據

任何一個漢字或字符號都是多個點組成的，漢字可以由16×16點陣組成。目前點陣取模軟件有多種，本設計采用PCtoL CD2002軟件。參數設置為：點陣格式為“陽碼”，取模方式為“逐行式”，取模走向為“順向”，每行顯示數據為“點陣16”。

3 繪制程序流程圖

根據編程思路，該設計有四個模塊：主程序模塊、發送數據字節模塊、數據鎖存模塊和列控制模塊。主程序不斷循環控制上半屏和下半屏的顯示，實現漢字動態顯示。剩下三個模塊用于對列的控制和數據的傳送。程序流程圖如圖5所示。

參考程序如下：

圖5 主程序點陣漢字顯示流程圖

經過調試，顯示效果如圖6所示，達到了設計效果。

圖6 調試后的效果圖