1、1基于单片机的 8*8LED 点阵显示屏的设计随着单片机在各个领域的广泛应用， 许多用单片机作控制 驱动 LED 显示屏也应运产生。本系 统设计使用单片机 MCS-51 控制扫 描方法实现 LED 点阵显示器的字符的 显示，介绍了用单片机进行显示系统开发的方法，单片机软件、硬件调试技术，还有点阵显示驱动扩 展的一般方法。1.引言1.1 研究的目的、意义LED 因其体积小，耗电量低，亮度及环保等优点而被广泛应用于公共场所的大屏显示上，LED 点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。本设计作品的用途正是在于实现大屏显示的核心功能，即汉字的显示，可实际应用于简单的显
2、示系统中，如简单的排队叫号显示屏，电梯显示屏等。通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。 1.2 本设计所要做的工作为了完成该设计实现，经过考虑论证，决定分为以下几个阶段进行：(1)对课题进行全面的分析，明确系统要实现的功能，大致了解要解决的问题，制定总的设计方案；(2)根据论证设计硬件系统并画出电路图，并根据电路图在面包板上连接电路图；(3)在硬件的基础上设计软件程序；(4)利用仿真器编译软件程序，进行调试仿真；(5)把调试成功的程序利用烧入器烧入到芯片中去；(6)把固化好程序的芯片插入到实际应用系统，投入到实际使用。2系统设计方案2.1 系
3、统构成框图 23 硬件电路设计3.1 主要器件介绍3.1.1 LED 点阵LED 点阵显示屏采用 1 个 8*8 共 64 个象素的点阵，通过 LED 点阵资料判断出该点阵的引脚分布，如图 3.1 所示。8*8 的 LED 点阵为单色共阳模块，单点的工作电压为正向(Vf)=1.8v,正向电流(if)=8-10MA。静态点亮器件时(64 点全亮)总电流为 640mA。总电压为 1.8v,总功率为 1.15w.动态时取决于扫描频率(1/8 或 1/16 秒),单点瞬间电流可达 80-160mA。CPU晶振复位74HC5738*8LED点阵显示屏 列行3LED 点阵16 15 14 13 12 11
4、 10 91 2 3 4 5 6 7 8图 3.1点阵 LED 扫描法介绍点阵 LED 一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：(1) 点扫描(2) 行扫描(3) 列扫描若使用第一种方式，其扫描频率必须大于 16*64=1024HZ，周期小于 1MS 即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于 16*8=128HZ，周期小于 7.8MS 即可符合视觉暂留要求。此外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。我们把行列总线接在单片机的 IO 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
5、 AT89S52 单片机，单片机无法提供可以让LED 点亮的电流。因此，我们在实际应用中是将 LED 点阵的 8 条行线直接接在 74hc573，至于列选扫描信号则是由 AT89S52 单片机 IO 口来选择控制。汉字或字母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 AT89S52 按照设定的程序在行接口输出与内部汉字对应的代码电平送至 LED 点阵的行选线，同时在单片机接口输出列选扫描信号，从而选中相应的象素 LED 发光，并利用人眼的视觉暂留特性
6、合成整个汉字的显示。3.1.2 锁存器 74hc573M54HC563/74HC563/M54HC573/74HC573 的八个锁存器都是透明的 D 型锁存器，当使能（ G）为高时，Q 输出将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工作寄存器。数据锁存当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持； 这个概念在并行数据扩展中经常使用到。OE
7、 1 20 VccD0 2 19 Q0D1 3 18 Q1D2 4 17 Q24D3 5 16 Q3D4 6 15 Q4D5 7 14 Q5D6 8 13 Q6D7 9 12 Q7GND 10 11 LEOE LE D QL H H HL H L LL L X Q0H X X Z1 脚三态允许控制端低电平有效1D8D 为数据输入端1Q8Q 为数据输出端74HC573 引脚图LE 为锁存控制端;OE 为使能端。3.2 硬件设计思想及电路图 3.2.1 硬件设计思想由单片机进行处理，并将行列信号分别通过显示驱动输入点阵屏，控制点阵的显示。 （1） 单片机： 采用 AT89c52 单片机芯片作为主控
8、，控制 LED 点阵显示。 （2）显示：采用 8x8 LED 点阵屏显示字母。 （3）显示驱动：考虑到驱动 LED 所需电流，采用 74HC573 芯片 8 位锁存器作行驱动芯片，AT89S52 的I/O 口作为列驱动。3.2.2 硬件电路图 5图 3.5 设计原理图112233445566D DC CB BA AT itleN um be r R e visionSizeBD a te : 2008-4-27 She e t of File : C :D oc um e nts a nd Se ttingsShe e t1.Sc hD oc D ra w n B y :1p1.0 2p1.1
9、3p1.2 4p1.356789R ST 10R X D11T X D 12131415161718X T A L 219X T A L 1 20vss 21 p2.022 p2.123p2.224 p2.325 p2.426p2.527 p2.628 p2.7293031E A323334353637383940V C C*B 1B 2B 3B 4B 5B 6A 8A 7A 6A 5A 4A 3A 2A 1V C CV C C1212M H Z30P FC 130pFC 21U FC 310KR 17V C C图 3.7 单片机控制电路图4.软件设计64.1 汉字的点阵显示原理及字库代码获取
10、方法我们先以简单的汉字显示为例，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。如用 8 位的 AT89S52 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，如图 4.1 所示。图 4.1 汉字“龙”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 816 点阵组成，下部也由 816 点阵组成。通过列扫描方法首先显示左上角的第 1 列
11、的上半部分，显示汉字“龙”时，P2.4 点亮，由上往下排列，为：P2.0 灭，P2.1 灭，P2.2 灭 P2.3 灭，P2.4 亮，P2.5 灭，P2.6 灭，P2.7 灭。即二进制 00001000，转换为十六进制为 08h。上半部一列完成后，继续扫描下半部的一列，为了方便，我们仍设计成由上往下扫描，从图 4.1 可以看到，这一列全部为不亮，即为 00000000，十六进制则为 00h。依照这个方法扫描 16 列，一共扫描 32 个 8 位，可以得出汉字“龙”的扫描代码为：00H,08H,08H,08H,08H,08H,0FFH,08H0FH,48H,28H,08H,08H,18H,08H
12、,00H00H,00H,02H,06H,30H,0C4H,04H,08H0FCH,24H,44H,84H,04H,04H,3CH,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他的扫描代码从而显示在屏幕上。本系统是设计龙岩学院字体的显示,使用这个方法可以分析出龙岩学院这几个字的代码。4.2 程序流程图软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图如图 4-2 和图 4-3 所示。7开始系统初始化R0=8,扫描 8 列R7=8，一个字母扫描 8 次载入第 1 个字的地址调用显示子程序载入第 2 个字的地址调用显示子程序载入第 3 个字的地址调
13、用显示子程序载入第 4 个字的地址调用显示子程序图 4-2 主程序流程图 8P1=0,列扫描计数R1=0,查表指针查表，送数据到 P2 口显示一列上边 8 位R1R1+1查表，送数据到 P2 口显示一列下边 8 位R1R1+1P1P1+18 位是否扫描完重置 R08一个字是否扫描 8 次重置 R78帧延时返回主程序开始NONOyesyes图 4-3 子程序流程图94.3 程序清单:5.设计结果在实际应用中，8*8 的点阵 LED 上，依次显示字母， 达到预期效果。虽然本设计只使用了88 LED 点阵，电路简单，但是已经包涵了 LED 显示屏的电路基本原理，只要扩展单片机的 IO 接口，并增加一些 LED 点阵和相关芯片，就能设计出更大面积、更多花样的 LED 显示屏。因此本文对同类设计具有一定的理论和实践参考价值。6论文小结
