1、LED 点阵汉字屏的制作第 1 页 共 15 页LED点阵汉字屏的制作摘要：本文介绍了一款以单片机 AT89S51 为控制器的 LED 点阵显示屏系统的设计。该系统可实现中文字符的显示。并且可以通过编程的方式来增加显示内容。该系统仅对汉字做轮流显示，适当修改程序AT89S51 单片机处理显示代码，由显示驱动模块驱动一个 1632分辨率的 LED 点阵显示屏的扫描显示。除此之外，该系统只占用了单片机少量的 I /O 口和内存，为系统留下了功能扩展的空间。系统程序的下载使用 ISP 下载模式。该 LED 显示屏用途广泛，一般用于各种公共场所，作为宣传和广告的工具。对于公共设施服务有着极为重要的意义
2、。关键字：（单片机 LED 点阵）随着我国经济的高速发展，对公共场合发布信息的需求日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一市场需求。目前 LED 显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标LED 点阵汉字屏的制作第 2 页 共 15 页志。其已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等多种需要进行公告、宣传的场所。由 AT89C51 为核心的点阵式 LED 汉字显示屏，在公共场所的应用也是非常广泛的。LED 点阵显示器较为经济适用，它可以显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型，显示亮度高低，并且
3、对环境条件要求也比较低。LED 显示又可以分为单色显示和双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。本设计虽仅仅显示八个汉字，但通过扩展和程序编写，它可以显示更多的汉字。要求1、用单片机 AT89C51 及 LED 点阵显示器为核心器件，制作一个点阵式汉字电子显示屏。2、完成电路原理图、元器件采购、装配及调试工作。3、完成该系统的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。4、完成硬件与软件的综合调试，能实现预定的功能和主要技术指标。主要技术指标1、点阵式显示器能依次显示 8 个汉字。2、通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。单
4、片机概述单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的 RAM 和 ROM 以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。尽管目前单片机品种繁多，但其中最具有典型性的当数 Intel 公司的 MCS51 系列。MCS51 系列是在 MCS48 系列的基础上于 80 年代发展起来的，虽然它仍然是 8 位单片机，但其功能较 MCS48 有很大的增强。此外，LED 点阵汉字屏的制作第 3 页 共 15 页它还具有品种全，兼容性强，软硬件资源丰富的特点，因此应用较为广
5、泛，成为继 MCS48 之后最重要的单片机品种。直到现在，MCS51 仍不失为一种单片机是主流芯片。在单片机的基础上发展起来的嵌入式系统已成功进入商业市场。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软，硬件可裁减，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统。单片机具有以下特点：1）小巧灵活，成本低，易于产品化。它能方便的组合成各种智能化的控制设备及各种智能仪器与仪表。2）面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的价格性能比。4）可以很方便的实现多机和分布控制。使整个控制系统的效率和可靠性大幅度提高。单片机具有体积小、功耗低，价格便
6、宜等优点，近年来还还开发了一些以单片机母片为核（如 80C51） ，在 片中嵌入更多功能的专用型单片机（或者叫专用微控制器） ，因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。8051 是 MCS51 系列单片机的一个产品。MCS51 系列单片机是Intel 公司推出的通用型单片机，在本设计中我选用的是 ATMEL 公司的 89S52。方案论证显示部分:显示部分是本次设计最核心的部分，对于 LED8*8 点阵显示有以下两种方案：方案一：静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0 和 1 表示,若为 0 ,则表示 L ED 无电流 ,即暗状态;若为 1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二
7、极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有 L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。LED 点阵汉字屏的制作第 4 页 共 15 页方案二：动态显示是对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示。动态显示方式可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用译码器动态扫描显示方式。 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷
8、新频率(发光二极管的停闪频率) 为 50Hz, 发光二极管导通时间 1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感。 鉴于上述原因, 我们采用方案二 电源模块方案一：采用干电池作为 LED 点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。方案二：采用 5V 直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠基于以上分析，我们决定采用方案二显示接口芯片的选择 方案一：采取并口输入，占用大量 I/O 口资源方案二：选取译码器输入，使用较少。所以我们选用译码器输
9、入。74LS138，74LS164 两种芯片，考虑成本的问题故选用 74LS138来组成显示系统的驱动模块综合以上比较，我们选取方案二来驱动 LED 点阵。电路的基本组成由 AT89S52、4 片 74LS138、2 片 74HC245 及 LED 显示屏为核心组成的点阵式 LED 汉字显示屏。主要由时钟电路、复位电路、51 单片机、点阵列驱动电路、点阵行驱动电路、1632 显示屏 6 部分组成。该电路采用 AT89S52 单片机最小化应用设计，采用列扫描，直接送行显示码的方式工作。行线作为数据的输出采用 2 片 74HC245 对单LED 点阵汉字屏的制作第 5 页 共 15 页片机信号进行
10、功率放大。列线的扫描采用 4 片 74LS138 译码器控制开关管，从而控制列线的扫描。硬件电路设计硬件设计主框图时钟电路电源电路单片机点阵显示器阳极驱动电路点阵显示器阴极驱动电路3216 点阵LED 显示器硬件电路设计框图该硬件电路设计框图如图 2.1 所示：硬件电路结构由 6 个部分组成：时钟电路、电源电路、51 单片机、点阵显示器阳极驱动电路、阴极驱动电路和 1632 点阵显示器电路。时钟电路用 12MHZ 晶振。电源电路采用 7805 对电路供电。在单片机电路中，阳极驱动电路由 P0口输出上半部分行数据，P2 口输出下半部分行数据。2 片 74HC245对单片机信号进行放大后输出数据。
11、阴极驱动电路由 4 片 74LS138及三极管 S8550 组成，4 片 74LS138 作为 1632 点阵 LED 显示器的数据锁存器。三极管为增大驱动能力。考虑到元器件的成本。故没有直接采用 4-16 线译码 74LS154,而是用两片 3-8 译码器组合而成1 片 4-16 线译码器选用的。LED 显示屏的驱动原理：8 片 8*8LED 点阵，组成两行 4 列。每一只 74LS138 驱动一片8*8LED 点阵。74LS138 的 8 位并口 Q0Q 7 分别对应 8*8LED 点阵公共阴极我们是通过列扫描实现全屏显示。同一时刻只能将信号加到LED 点阵汉字屏的制作第 6 页 共 15
12、 页某一列，使该列的 LED 通过所对应的信号将其点亮。我们要把信号加到指定的那一列是由 74LS138 的移位脉冲控制的，当我们低电平脉冲移到下一位时，我们的 LED 点阵下一位公共阴极就被驱动，信号也就加到了该列，这样便实现了扫描。只要扫描速度足够快，利用人眼的视觉残留特性。就能显示图像或者汉字了。16*32 点阵电源驱动硬件连接图单片机与 74LS138 的硬件连接（列驱动）LED 点阵汉字屏的制作第 7 页 共 15 页两片 74LS138 组成的 4-16 线译码器。输入端接在单片机的 P1 口。输出端接控制点阵开关的三极管上且都有对应的使能控制信号来决定译码器的工作状态。单片机与
13、74HC245 的硬件连接（行驱动）元气件清单AT89S52 1 片74LS138 4 片74HC245 2 片8*8 点阵 8 个S8550 三极管 32 个1K 电阻 32 个100 欧姆电阻 12 个7805 1 片电容 10UF 1 个电容 30PF 2 个12MHZ 晶振 1 个插接线 4 个导线 若干LED 点阵汉字屏的制作第 8 页 共 15 页9V 变压器 一个万能 PCB 2 片软件设计点阵的显示原理在 UCDOS 中文宋体字库中，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。如果用 8 位我们以 UCDOS 中文宋体字库为例，每一个字由 16行 16 列的点阵组成显示。即国
14、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像素，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 像素范围内的任何图形。我们用 89S51 单片机控制， 由于单片机的总线为 8 位一个字需要拆分为 2 个部分。 一般我们把它拆分为上部和下部，上部由 8*16点阵组成， 下部也由 8*16 点阵组成。 在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第列的 p00-p07 口。方向LED 点阵汉字屏的制作第 9 页 共 15 页为 p00 到 p07 ,显示汉字“大”时，p05 点亮,由上往下排列，为 p0.0灭，p
15、0.1 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 16 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，我们仍设计成由上往下扫描，即从 p27 向 p20 方向扫描，这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21 点亮，为二进制 00000010，即 16 进制 02h. 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描 32 个 8 位,可以得出汉字“大” ，它的扫描代码为：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H
16、,0FEH,00H,05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H,04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H 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它的扫描代码从而显示在屏幕上。程序流程图初始化开左半点阵第一列P0 口送第一列左上半部分数据P0 口送第一列左下半部分数据延时判断前 16 列是否送完 是 否继续选中下一列直到 16 列送完为止开右半点阵第一列P0 口送第一列右上半部分数据LED 点阵汉字屏的制作第 10 页 共 15 页P0 口送第一列右下半部分数据延时判断后 16 列是否送完是 否从新开始 继续选中下一列直
17、到 16 列送完为止故障分析因为软件设计部分相对容易，所以焊接及其调试是本次设计我最关心和重视的一部分。这部分的制作花费了我大部分的时间。重点介绍硬件制作过程中遇到的问题及我个人认为有待改进的地方。首先，在焊接过程中出现了很多的问题，如：虚焊、假焊、搭焊、拉尖、沙眼、气泡和引脚的焊锡碰到了导线引起的短路等等。这些都需要细心地检测和调试后才能发现，所以在调试之前要对硬件上所有的元器件进行检查。其次，制作完硬件后，焊上插槽要检查导线是否导通以及是否有虚焊等问题，这可以借助 5V 电源和万用表来检测。如：元器件的引脚上已经焊好了焊锡，但是如果用万用表测量他的引脚和旁边的导线，有时会发现本来应该导通的，却不导通，这就有可能是虚焊，这是我们经常出现的问题。以下是我设计中遇到的问题及分析解决的办法：1、电路的焊接在买好元器件后,为了安全起见,我把每一个元器件，无论大小都认真地检测了一下,在确保良好的情况下,安装到通用板上,由于电路板上焊接的空间比较小,致使我在焊接的过程中出了点小问题,通
