基于单片机的LED汉字显示屏设计与制作

1、基于单片机的LED汉字显示屏设计与制作1引言在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展， LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场 所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、 餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显 然, LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。本文基于单片机(AT8

2、9C51)讲述了 16X16 LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编译 与下载等基本环节和相关技术。2硬件电路组成及工作原理本产品拟采用以 AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154、16X16 LED点阵5部分组成，如图1所示。广告插播信息维库最新热卖芯片：TPS61041DBVST39VF040-70-4C-VUTC1334ISVEPF10K100ABC601 NJM2072DS90CF563MTSMB5.0ATEL2470CS AT27C256R-20FX613DWK电LiJIClM I1F其中，

3、AT89C51是一种带4 kB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM的低电压、高性能 CMO型 8 位微处理器,俗称单片机。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出 管脚相兼容。由于将多功能 8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行 1 000次写/擦循环，数 据 保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到 AT89C51芯片。时钟电路由AT89C5

4、1的18，19脚的时钟端（XTALl及XTAL2）以及12 MHz晶振XI、电容C2, C3组成， 采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2,电容C1,开关K1组成，分别接至 AT89C51的RST复位输入端。LED点阵显示屏采用16X16共256个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该 点阵的引脚分布，如图 2所示。的LUU4i a t 71 a1 1f 1 t 7團2】“FTT电萍显示屏嚴就图我们把行列总线接在单片机的10 口，然后把上面分析到的扫描代码送人总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将LED点阵的行列端口全部直接接入 89S51单片机

5、，则需要使用 32条IO 口，这样会造成 IO资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0 口和P2 口，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74HC154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO 口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0 口必需设置上拉电阻，我们采用 4.7 k Q排电阻作为上拉电阻。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻R1，电容C1的作用，使单片机的 RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C2, C3, X1以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照

6、设定的程序在 P0和P2接口输岀与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行选线（高电平驱动），同时在P1.1 , P1.2 , P1.3 , P1.4接口输出列选扫描信号（低电平驱动），从而选中相应的象素 LCD发光，并利 用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。3汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法我们以UCDO叩文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事 实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256象素范围内的任何图形。如查用 8位的AT89C51单片机控制

7、，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为 2个部分，如图3所示。图？ 汉孚畫录詹坯为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可拆分为上部和下部，上部由8X16点阵组成，下部也由 8X16点阵组成。本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半 部分，即第0列的P00P07 口，方向为P00到P07，显示汉字“大”时，P05点亮，由上往下排列，为：P0.0 灭，P0.1 灭，P0.2 灭 P0.3 灭，P0.4 灭，P0.5 亮，P0.6 灭，P0.7 灭。即二进制 00000100，转换为 十六进制为04h。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便

8、，我们仍设计成由上往下扫描，即从 P27向P20方向扫描，从图 3可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，十六进制则为00h。依照这个方法转向第二列、第三列，直至第十六列的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为：04HtOll .04H.301I .Q&H tOCDH,OlEH*DOHf0H,OSH由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏 幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非 常繁琐的事情。为此，我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取

9、”，十六进 制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图 4所示。n 4 爭挥眞車甄睁可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16X64=1 024 Hz,周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于 16X8=128 Hz,周期小于7.8 ms即可，但是一次驱动一列或一行 （8颗LED）时需外加驱动电路提高电流, 否则LED亮度会不足。4元器件选择本设计所需元器件如表 1所示。a i元件薙舟尤井号ATS9CS1藝七握埜片LEDI1U27 4 HC154;a-0 *ift200RfCii kA2Z M- I* V廈便岂*KiAXr12a pFPCB抚ID Ctn 10 ctn 扛此盖5 PCB设计与元件装配本作品采用通用的 Protel 99SE板级EDA软件完成PCB图的设计，详细设计过程略。考虑到本设计用 到的元件数量不多，我们基本采用单面布线策略，只使用了少量的顶层跨接导线，以便于业余设计制作。已设计好的PCB图见图5所示。本电路对元件参数没有苛刻要求，只要元器件选择正确，无损坏，电路板