1、1点 阵 式 LED显 示 屏 的 Proteus仿 真 设 计摘要LED 显示屏(Light Emitting Diode pane 1)是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的用来显示文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息的平面式显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD 节目以及现场实况。LED 显示屏具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、立体感强，静如油画，动如电影以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的用于公交
2、汽车、商店、体育场馆、车站、学校、银行、高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传。近几年很多公共场所已用 LED 显示屏替代原始的广告牌、牌匾，并且很多大屏幕也由LED 显示屏取代液晶显示屏。为了满足更多用户需求，实现显示屏使用的简单化，本系统下位机采用 AT89C51 单片机作为控制器，74HC154 组成 LED 显示屏行扩展电路， LED 显示屏屏幕由 8 X 8 的 LED 点阵基础模块组成，每个发光二极管的直径 3.75mm，点阵基础模块中心距 4.75mm。本系统设计点阵屏幕尺寸为 64X32 即 64 列、32 行，每 4 块 LED 点阵基础模块行程一个汉字的屏幕，本系统屏幕共需
3、要 32 块 LED 基础模块。单片机控制显示屏显示 8 个 16 X 16 点阵规格汉字，同时显示字符和数字。上位机设计 LED 显示屏管理系统，实现汉字二进制字模代码的生成，显示汉字的字体变化，串口发送数据给单片机，及 LED 显示屏内容的更换。上位机系统可以控制同时生成一到四个字的点阵代码，其中包括字母及数字的点阵代码生成。通过设置单片机串行通信端口号，单片机与计算机交换数据的波特率，实现单片机和计算机的通信。通过 VB （Visual Basic）和 C 语言编写代码，并使用 Proteus 仿真调试，实现了 LED 显示屏实时时间显示，汉字静态显示和动态显示，按键切换显示内容的显示状
4、态。本系统绘制了 LED 显示屏原理图，制作了 PCB ( Print Circuit Board )板，连接调试成功。本系统可以应用在车站、银行、医院等场所，实现显示内容的循环显示。关键词：LED 显示屏 单片机 proteus2引言LED 显示屏作为节能产品在人们环保意识提高的今天得到了更多关注，而且随着广告业日新月异的发展，LED 作为新一代显示媒体，被称之为继电视、广播、报纸、杂志之后“第五大媒体” ，是广告商选择发布自己产品信息，塑造企业形象不错的选择。从全球来看，LED主要受到广泛关注的是照明领域，半导体照明产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导三足鼎立的产业分布与竞争格局。
5、LED 显示屏发展至今，己经在人们生活中起到了重要的作用，其造价低，以及屏幕尺寸大，可视性好等特点，使得其在以后的发展也会越来越广泛的。尤其是环保意识越来越高，节能灯的研究主要使用的就是 LED 灯，从 2004 年开始学生使用的充电式台灯 主要还是白炽灯，但是到 2006 年市面上的白炽灯充电台灯逐渐的下市，以 LED 为发光点的充电灯开始投入市面，LED 充电灯的体积小，发光的亮度高，充电时间短。现在 LED 显示屏高端产品主要是全彩色显示大屏幕，在上海世博会开幕式上展示的全球最大 LED 户外全彩显示屏，受到了众人瞩目。LED 显示屏随着发光二极管技术提高，显示屏显示特性也得到了长足发展
6、。因此，LED 的发展到现在，LED 显示屏的应用也会逐渐的替代传统的广告宣传，信息提示。本文共四章，所进行的主要工作和研究内容有:第一章介绍了 LED 显示屏的结构设计，详细阐述了 LED 显示屏的特点及显示屏的驱动电路的设计；第二章介绍了显示屏系统控制器的选择，主要是 AT89C51 的介绍，并给出了单片机的最小系统电路，以及功能电路键盘的设计说明；第三章主要说明了系统程序设计及硬件仿真。这次的课题主要用于解决点阵式 LED 显示屏动态显示系统技术，初步解决汉字滚动显示的方法，学会针对点阵 LED 显示屏汉字滚动控制系统进行实际设计和仿真。总结并形成基于AT89C51 单片机 LED 显示
7、屏汉字滚动显示系的理论与方法，探索普通点阵 LED 显示屏动态显示系统的设计的途径与方法，优化传统 LED 显示控制系统的设计结构。3第一章 LED 显示屏结构设计l.l LED 显示屏的特点及其应用1.1.l LED 显示屏的概述LED 显示屏(LED panel )：LED 就是 light emitting diode，发光二极管的英文缩写，简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED 发光灯的外形由 PN 结、阳极引脚、阴极引脚和环氧树脂封装外壳组成。其核心部分是具有注入复合发光功能的 PN
8、结。环氧树脂封装外壳除具有保护芯片的作用外，还具有透光聚光的能力，以增强显示效果。当向 LED 器件施加正向电压时，器件内部的电子与空穴直接复合而产生能量，以光的形式释放出来，产生半导体发光。LED 器件种类繁多。早期 LED 产品是单个的发光灯，随着数字化设备的出现，LED 数码管和字符管得到了广泛的应用。其中 LED 显示屏就是一个现在应用最广泛的一个方向，LED显示屏就是将二极管按一定的排列方式，集成焊接在一起，组成一块不同规格的显示模块。按点阵数可以分为 5 X 7, 5 X 8, 8 X 8 以及 16 X 16 规格的显示屏模块，根据不同需求就可以拼接成不同尺寸的 LED 显示屏。
9、 LED 显示屏系统的分类：按使用环境，可分为室内显示屏和室外显示屏两类。室外显示屏要求亮度高，防水性能符合 IP40IP65 标准。室内屏的工作环境较好，亮度比室外屏的低。按显示颜色，可分为单基色 LED 屏、双基色 LED 屏和三基色全彩色 LED 屏。(1)单基色 LED 屏(Single-Color LED Panel )。主要用于显示文字、行情和单色图形、图像，造价便宜。常用颜色为红、黄、绿三种;(2)双基色 LED 屏(Double-Color LED Panel )。由红、绿两种颜色 LED 器件组成单个像素的显示屏。可显示各种文档资料、图形、动画和行情信息，也可显示色彩不完全(
10、缺蓝色)的电视图像;(3)三基色全彩 LED 屏(All-Color LEDPanel)每个像素由 R, G, B(即红、绿、蓝)三种颜色的发光二极管组成。可显示各种信息和电视图像。能显示数以万计的各种色彩，是真正的全彩色电视图像。在日常研究和一般应用场合，如银行，邮政等可选择单色室内屏；而在体育场，火车站以及一些广告媒体等应用场合可选用室外屏，至于单色、双色还是全彩要根据显内容进行选择。本设计选用室内单色屏，显示汉字信息，希望实现播出方式的一些特效果。按 LED 显示屏显示器件分为 LED 数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏。LED 数码显示屏主要应用在数字、简单母显示；图文显示屏可与计算机
11、同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏采用微计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信后还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD 节目以及现场实况。LED 显示屏显示面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。对于不同的应用场合有不同的屏可以选择，如作为室外应用则选用室外屏，选择就要注意屏体绝缘性、散热性能、雷电预防方面、密封性以及显示屏的亮度等问题。如果是作为一般的室内使用则应该选用室内屏，选择主要注意屏幕点距的距离，屏幕的寸，以及美观性等。如果是作为媒
12、体使用，有可能需要选择全彩屏，实现动画显示。LED 显示屏是由一个一个发光二极管组成的阵列，在物理连接上分共阴极连接和;4阳极连接。单一发光二极管的正向导通电压是 0.7V，LED 显示屏基础模块的每一行！阴极连接在一起，每一列的阳极共同连接在一起。针对 8 X 8 的 LED 模块，保证基础块字符显示正常同时导通的电压为 5V 左右，单片机的 P 口输出高电平电压即为 5V。在购买一块 8X8 规格的点阵模块时，为了检验引脚控制的行列问题，还有引脚应该接高电平还是低电平的问题，就可以将万用表量程的旋钮调到二极管测量的档，然后将红表笔接任意一个引脚，将黑表笔依次接到其他引脚，并观察模块中是否有
13、二极管点亮和第几行第几列点亮，检查时做好记录，如此就可以检验一个模块引脚的控制电平，和行列排列问题。1.1.2 LED 显示屏的特点和很多应用技术用语一样，LED 汉字屏并没有一个公认的严格定义，一般把显示文字的 LED 显示屏称为汉字屏。汉字显示屏的主要特征是只控制 LED 点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制 LED 的发光强弱。LED 器件的颜色可以是单色的、双色的，甚至还可以是多色的。LED 汉字显示屏的外观可以做成条形，叫做条形汉字显示屏，简称条屏；也可以按一定高宽比例做成矩形的平面汉字显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。不论
14、显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED 器件发光。通常我们先把需要显示的文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式显示数据。对于只控制通断的汉字显示屏来说，每个 LED 发光器件占据数据中的 1位（1bit），在需要该 LED 器件发光的数据中相应的位填 1，否则填 0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。这样依照所需显示的汉字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有1616、2424、3232、4848 等不同规格。
15、 用点阵方式构成文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式汉字显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 条屏常用于简短明确的信息，例如显示车站、机场的车次、航班信息，或者商厦的欢迎词，或写字楼的办公区的简短通知等等。平面显示屏多用来显示比较复杂的信息，如车站显示多列列车的到开时刻、机场显示各航班运行情况以及证券交易场所显示股票行情等。点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上布置了 LED 器件。而像数码管一类的 LED 显示器只在需要发光的七段
16、位置上布置 LED 器件，其它位置是空白。因此，点阵显示器在相同面5积情况下，其价格要比数码管贵。另一方面，由于数码管可显示的信息有限，只有09（或再扩展到 AF）几个字符，这些字符的变化是靠组合 7 段 LED 的发光与否实现的，由于段数不多，所以其显示数据和控制电路都比较简单。而点阵显示器，它要对点阵上 LED进行控制，并能生成所有可能显示的图形文字，其显示数据和控制电路自然要复杂的多。因此，在有些场合显示信息虽然需要变化，但其特点或格式有一定变化范围的限制，也就是说不要求显示任意变化的信息。这时，我们不一定非得采用点阵显示方式不可。例如，在证券交易所的股票行情信息显示屏上，主要显示内容可
17、以分成两大部分：一部分是股票名称，另一部分是股票行情。前者因为千变万化，所以必须采用点阵显示方式；而后者是由数字、小数点及正负号组成，因而完全可以使用数码管等器件进行显示。这时，在一个屏上混合使用数码管和点阵显示单元，这种屏称之为混合屏。显然，在同等条件下，混合屏的造价要低于点阵屏。还有一种情况，虽然显示的图形或文字比较复杂，但不需要变化，这时可以直接把LED 发光灯按所需显示的图文布置在印刷电路板上，全部 LED 发光灯一齐控制，要么全部点燃，要么全部熄灭，控制电路自然非常简单。汉字显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色汉字显示屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色 LED 点阵
18、单元。双色显示屏和多色显示屏，在 LED 点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED 发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色汉字显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。 1.2 LED 显示屏的动态扫描一个 LED 数码管需要一个七段显示译码器驱动，多个 LED 组成的多为显示电路就需要给每个 LED 都用一个译码器驱动，这通常称为静态显示。所谓动态显示，就是让给为 LED 按照一定的顺序轮流地
19、发光显示。只要扫描频率大于 50Hz，就观察不到闪烁现象，人眼看起来很稳定。与静态驱动显示相比，动态扫描显示具有以下优点：第一、能显著降低 LED 的功耗，这对于采用电池供电的便携式数字仪表尤为重要；第二、能大大减少 LED 的外部引线，给印制板的设计和安装带来方便；第三、能采用 BCD 码多路输出的方式，不仅使译码、驱动电路大为简化，还可以与 PC相连等。目前，动态扫描显示技术己被广泛用于新型数字仪表、智能仪器和智能显示屏中。数字动态扫描显示电路在数字显示领域中有良好的应用价值，数字动态扫描显示电路，在数字显示领域中的应用越来越广泛，有简单的，也有复杂的；有用中规模集成电路实现的，也有用大规
20、模集成电路实现的；有用纯硬件电路直接实现的，也有软硬件结合实现的。本章小结：本章主要介绍了 LED 显示屏国内外的发展状况，显示屏的特点、分类及应用，通过介绍对 LED 显示屏有一定的了解。然后，阐述了 LED 显示屏的控制方法，主要体现动态扫描。6第二章单片机控制电路的设计2.1 单片机的概述单片微型计算机（简称单片机，又称微控制器）作为微型计算机发展中的一个分支。它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是将微处理器（计算机的中央处理单元 CPUCentral Processing Unit） 、一定容量的 RAM 和 ROM 以及 I/0 接口、定时等电路集成在一片芯片上。单片机诞生于 20 世
21、纪 70 年代末，经历了 SCM（Single Chip Microcomputer)，MCU(Microprogrammed Control Unit )，SoC ( System on a Chip)三大阶段。(1) SCM 即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没。(2) MCU 即微控制器 (Micro Controller Unit)阶段，主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控
22、制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展 MCU 方面，最著名的厂家当数 Philips 公司。 (3)单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向 MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 SoC ( Systemon a Chip)化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展，基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
23、单片机按应用领域可分为：家电类、工控类、通信类和个人信息终端类等；按总线结构可分为：总线型和非总线型；按指令运行的振荡周期可分为：标准型和改进型；按通用性可分为：通用型和专用型。通用型单片机，它的内部资源比较丰富、性能全面、可覆盖多种应用需求。如 Intel 公司的 MCS-51 系列产品 8031, 80C51 等通过不同的外围扩展就可以用在不同的设备中。专用型单片机是针对某一种产品或控制应用而专门设计的特定型号的单片机，设计时已使其机构最简、软硬件应用最优、可靠性及应用成本最佳。如电子体温计、计费电度表等。7单片机的应用“面向实时测控” ，特别适用于开发机电一体化的自动化、智能化产品。目前
24、已广泛应用于各个领域。它以一台独立的高性能的单片微型计算机嵌入到各个应用领域中，成为系统的控制和指挥中心，从而实现系统的高度自动化、智能化。单片机主要在智能仪器、家用电器、工业测控领域、通信技术以及军事装备中得到应用。单片机的种类繁多，但每一类单片机既有相似处也有不同点，在选择单片机的时候需要根据控制能力、系统需求、单片机的性能、成本、集成度、资源利用率、开发的难易程度以及功耗等因素进行综合考虑。单片机按通用性可分为:通用型和专用型。通用型单片机，它的内部资源比较丰富、性能全面、可覆盖多种应用需求。如 Intel 公司的 MCS-5I 系列产品8031， 80C51 等通过不同的外围扩展就可以
25、用在不同的设备中。专用型单片机是针对某一种产品或控制应用而专门设计的特定型号的单片机，设计时已使其机构最简、软硬件应用最优、可靠性及应用成本最佳。如电子体温计、计费电度表等。但是此类产品是有针对性的设计，不适合于广泛应用控制其他外围设备。单片机还有很多种分类，不同的单片机有不同的特点，在实际设计时应该根据具体的应用选择合适的单片机。2.2 单片机的特点和结构原理2.2.1 单片机的特点MCS-51 是 Intel 公司最早推出的 51 单片机，其代表产品就是 8051 系列单片机，其代表芯片包括 8051、8031、 8052、 8032、 8751 和 8752。单片一机属于集成芯片，它除了
26、具有集成芯片的特点外还有许多特点。（1）控制功能强。一般单片机的指令系统中均具有极丰富的转移指令、I/O 接口的逻辑操作及位处里功能，因而其控制灵活，方便容易满足工业控制的要求。（2）抗干扰能力强，可靠性高。单片机集成度高，体积小，内部采用总线结构，减少了芯片内部之间的连线，大大提高了单片机的可靠性也抗干扰能力，适于恶劣环境下工作。（3）性价比高。单片机功能丰富，而其价格仅为 530 元。（4）低功耗，低电压。一般单片机的功耗仅为 20100mW，电压仅为 26V（不同型号的数值不完全一样） ，便于生产便携式产品。（5）系统扩展容易。单片机的系统配置较典型、规范，容易进行并行串行系统扩展，可构
27、成各种规模的应用系统。2.2.2 单片机结构(1)内部结构框图和主要部件89C51 系列的各单片机的生产厂商和型号的不同，导致其 ROM, RAM、中断系统、外围功能模块以及处理器速度等方面有一定的不同，但是其基本结构相同，均包括算术逻辑单元ALU、片内 RAM、I/0 端口、定时器、中断系统等基本的功能单元。(1)算术逻辑单元 ALU (Arithmetic Logic Unit )。运算器是进行算术/逻辑运算的部件，包括存放操作数和运算结果的累加器和寄存器等。51 单片机包含一个 8 位的算术逻辑单元 ALU，它为用户提供了指令系统，在外部时钟频率为 12MHz 的情况下，多数指令的执行时
28、间仅为 1 us，乘法指令为 4us。它包括运算器、布尔处理器、累加器 A、寄存器 B、暂存器、程序状态字 PSW 寄存器等。(2)片内存储器。片内存储器包括数据存储器和程序存储器，即 RAM、ROM。51 单片机提供 128KB 片内 RAM 存储器，提供了 4KB 的片内 ROM 存储器。用于存储控制单片机执行操作的代码，或者进行运算的数据。8(3)并行 I/0 口。单片机共有 4 个 8 位并行 I/0 口 Pl、 P2、 P3 和 P4 共 32 根引脚，每个 I/O 口都有自己寄存器、驱动器和锁存器，保证数据的双向传输的稳定运行。其中 P3口具有第二功能，P3 口的每位引脚具有特殊功
29、能。AT89C51 单片机外形及引脚排列如下图所示(4)定时/计数系统和中断系统。51 单片机内部有两个 16 位的定时/计数器，通过设置寄存器，实现 4 种工作模式。中断系统包含 5 个中断源，即外部中断。 、外部中断 1、定时器/计数器 0 溢出中断、定时器/计数器 1 溢出中断和串口中断。计算机响应中断的先后顺序即中断优先级，系统有默认的级别定义，同时也可以人为设定。具体的 89C51 系列单片机主要包括的功能部件如下：(1) 1 个 8 位的 CPU；(2)片内 128/256 字节数据存储器 RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等；(3
30、)片内 4KB/8KB 程序存储器 ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；(4) 4 个 8 位双向 I/O 口，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出；(5) 2 或 3 个 16 位定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；9(6)具有 5 个或 6 个中断源、2 个中断优先级的中断控制系统；(7) 1 个全双工异步串行口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信；(8)片内振荡器和时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz ；(9)可寻址
31、外部程序存储器和数据存储器，最大范围均为 64KB ；(10)具有位寻址能力。从以上介绍的单片机的功能部件可以看出单片机可以实现基本的处理器功能，是计算机的微型化，但是单片机的体积小，集成化高，给设计电路带来了方便。2.3 各部分电路功能说明本设计采用以 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、88 LED 点阵 5 部分组成。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，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此
32、，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 AT89C51 的 18，19 脚的时钟端(XTAI 1 及 XTAL2)以及 12 MHz 晶振 X 、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 R ，R2，电容 C ，开关 K 组成，分别接至AT89C51 的 RST 复位输人端。LED 点阵显示屏采用 8*8 共 64 个象素的点阵，可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。我们把行列总线接在单片机的 I/O 口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。我们在实际应用中是将 LED
33、点阵的 8 条列线通过驱动电路接在 PO 口 8条行线通过限流电阻接在 P2 口，考虑到 PO 口必需设置上拉电阻，我们采用 1k 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 R ，电容 cl 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 C、C3 、X 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机 AT89C51 按照设定的程序在 P2 和 P0 接口输出与内部汉字对应的代码电平送至 LED 点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的象素 LED 发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉字的滚动显示。点阵式 LED 滚
34、动汉字显示屏硬件电路设计框图如图 2.2 所示。电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和 LED 点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 1616 LED 点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为 ATMEL 公司的 AT89C51，显示屏采 1616 LED 点阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V 工作电压，时钟电路是单片机的驱动电路，复位电路可在需要时，手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向 1616 点阵送字型码，通过阴极驱动电路对 1616 点阵进行列扫描，本设计采用 74HC138
35、10图 2.2 硬件电路设计框图利用 Proteus 软件设计点阵式 LED 滚动汉字显示屏硬件电路。在 Proteus 软件中，单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率，因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。需要说明的是在 Proteus 软件目前版本中还没有 1616 点阵模块，本设计中采用Proteus 软件中现有的 88 点阵模块组合成一个 1616 点阵模块。1616 点阵的阳极驱动由 P0 口经输出缓冲器构成，在本设计中需要用两片，分别送出上 8 行和下 8 行的字型码。1616 点阵的阴极驱动由 P2 口经 74HC138 译码后动态扫描 1616 点阵的各列，本设计中需
36、要两片 74HC138 译码器，循环扫描各列 ,显示一个完整的汉字需要扫描 32 次。RP3 为排阻，含有 8 个电阻，作 P0 口各位的上拉电阻，以保证 P0 口能够输出高电平。复位电路的作用是，在任何时刻可以手动复位单片机，使程序重新执行。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 1616 LED 点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。本文所设计的目标是在 16x 16 LED 点阵上实现汉字显示。汉字点阵控制电路选用AT89C51。硬件电路图采用 oRCAD Pspice 105 进行绘制。选用 416 译码器 74HC138 作为行选址逻辑控制端，AT89C51 的
37、P0、P2 口作为列数据输入端。 用 Proteus 软件设计点阵式 LED 滚动汉字显示屏硬件电路。在 Proteus 软件中，单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率，因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。需要说明的是在 Proteus 软件目前版本中还没有 1616 点阵模块，本设计中采用 Proteus软件中现有的 88 点阵模块组合成一个 1616 点阵模块。1616 点阵的阳极驱动由 P0 口经输出缓冲器输出，在本设计中需要用两片，分别送出上 8 行和下 8 行的字型码。1616点阵的阴极驱动由 P2 口经 74HC138 译码后动态扫描 1616 点阵的各列，本设计中需要
38、两片 74HC138 译码器，循环扫描各列，显示一个完整的汉字需要扫描 32 次。RP3 为排阻，含有 8 个电阻，作 P0 口各位的上拉电阻，以保证 P0 口能够输出高电平。复位电路的作用是，在任何时刻可以手动复位单片机，使程序重新执行。 211译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。其功能是将给定的输入码组进行“翻译”，变换成对应的输入信号，对每一种可能的输入组合，使输出通道中相应的一路有信号输出,一个且仅一个输出信号为有效电位。74HC138 为变量译码器，也称二进制译码器，它是一种四线十六线译码器, 译码的输入端有 4 个，输出端有 16 个，并有两个选通端（使能端） ，当选通端 E
39、1、 2 均为低电平时，译码器处于工作状态，可将地址输入端（A0A3）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。 0Y 5为译码输出端，输出是低电平有效，即在选通时，每输入一个二进制代码将使对应的一个输出端为低电平，而其它输出端均为高电平的无效信号，也可以说对应的输出端被“译中” 。 2.4 单片机串行通信技术单片机与单片机，单片机与计算机之间进行信息互相传递，主要通过电线连接，而电线连接的接口就是单片机进行外部通讯的主要部件。单片机通信可以分并行通信和串行通信。并行通信按数据的位数分配导线，每位一根导线，数据同时传送出去，传输速度快，但是由于
40、这种通信需要大量的导线，当传输距离远或者信息量大的时候，传输数据的干扰大，架设导线需要的投资也很大，所以在非必要情况下不采用这种传输方式，而采用串行通信。串行通信的载体就是串行口，这种方式采用按位传输，每次发送/接收一位，需要一对导线就可以实现通信，传输速度没有并行通信快，但是传输距离远，传输数据的准确性较高，降低成本，本文着重介绍了串行通信技术。2.4.1 串行通信简介串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。所以无论多少位的数据，每次只能传送一位，不是“0”就是“1，保证数据传送的准确性。串行通信的传输方式通常有 3 种，即单工，全双工和半双工。单工的传输方式就是只允许数据向一个方向传
41、送，半双工是指数据发送和接收两个方向都可以传送，但是同一时间只允许发送或者接收，而全双工则是同一时间既可以发送数据，也可以接收数据。而无论是哪种传输方式，串行通信有两种基本的通信方式:异步通信和同步通信，在本文中主要介绍的是异步通信。异步通信是以帧的格式进行传输的，每帧的格式由四部分组成:起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。起始位是控制数据传送开始传送的数据位，当没有数据传送的时候该位一直发送“I，当传送数据的时候就变成“0” ，接收方检测到允许信号后，开始接收数据。数据位就是要传送的数据，长度从 5 到 8 位，数据的发送位从最低位开始。奇偶校验位是检测数据传送是否产生错误的数据位，它是检测
42、传送数据中 1 的个数，分奇校验和偶校验，顾名思义奇校验就是校验数据位和校验位中 1 的个数是奇数，偶校验就是检测数据中 1 的个数是偶数。停止位表示传送的数据结束，停止位一般有一位、一位半或者两位。计算机通信速度的单位是波特率，波特率的含义是每秒钟数据传送的位数，在异步串行通信中，两方的波特率要保持一样，数据才能交换成功。单片机的串行口分四种工作方式，每种工作方式都有它的波特率。模式 0 的波特率是单片机外接晶振的 1/12，模式 2 的波特率是通过 SMOD 寄存器控制的，SMOD=1，波特率等于振荡器频率除以 12，如果 SMOD=0，波特率就是第一种波特率的 1/2。而模式 1 和模式
43、 3 的波特率是由 SMOD 和定时器 1 的定时溢位率决定的。在通常情况下定时器 1 会被定义成模式 2 的定时自动载入功能，实际有技术功能12的计数器为 TL1，而 TH 1 则当成自动载入时的设置值。在使用串口通信的时候一般要先设置好串口的波特率，同时接收端也要设置成相同的波特率，这样在传输的时候会避免一些误差。一般单片机的晶振为 11.0592MHz，以波特率为9600b/s 与计算机通信。2.4.2 串行口的应用89C51 单片机内部有一个全双工串行通信接口，它支持四种工作方式，可以同过设置串口对应的寄存器选中相应的工作方式，并能通过软件设置多种波特率。单片机的 P3 口第二功能就包
44、括串行口接口，分别是 P3.0 和 P3.1 对应着 RXD、TXD，接收到的数据从移位寄存器送到 SBUF 中，而发送出去的数据也是经由 SBUF 发送出去。单片机为串口准备了一个中断源，RI 和 TI 就是判断串口中断的中断标志位。R1 接收中断标志位，接收到数据后单片机置位 RI，申请中断，相应中断后由软件将接收中断标志位清零。TI 是发送中断标志位，当数据发送结束后，TI 被置位，查询发送中断标志位可以检测数据是否发送完，中断响应后，软件清零 TI。在单片机控制 LED 显示屏设计中，PC 机与单片机之间，单片机与显示屏之间都需要通信。对于电脑和单片机之间的通信，现在研究的技术主要针对
45、的是串口通信，也有一部分在研究无线通信。其中串口通信是采用 RS-232 接口连接，其传输距离最远可达到 50 米左右，也有采用 RS-485 实现通信的，其传输距离远，最远可达 3000 米。而对于无线通信使用的方法也有一些，其中有的是用 TC35 无线通信模块，利用 GSM 手机网，其优点是网络广，漫游方便，但是成本高。使用 POCSAG 寻呼网，只支持单向传送，只收不答。还有就是采用蓝牙等模块，但是需要自建通信协议，而且投资大。综合上述考虑本设计采用串行接口实现计算机和单片机之间的通信。单片机输出的逻辑电平是标准的 TTL ( Transistor-Transistor Logic)电平
46、，而 RS-232 通信协议要求的电平是 232 电平，计算机的 RS-232 电平的逻辑“0”是电压+3V+15V,逻辑“1”则是-3V-15V，而 TTL 电平规定+5V 为逻辑“1 “, 0V 为逻辑“0。因为 RS-232 电平是负逻辑，并且压差比较大，而单片机用的 TTL 电平变化比较小，不满足 232 通信的要求，因此在应用的时候常常要将 TTL 电平转换成 RS-232 电平。转化电平所使用的芯片是MAX232，它的典型电路可以将单片机的 TTL 电平机转换成计算机的 232 电平。通过这样的转换，单片机就可以实现在硬件接口上与计算机连接，再通过设置波特率，就可以实现两者之间的通
47、信。本设计主要应用串口传送字符和汉字的字模编码，并且是结合上位机联合设计的。并且同过串行口可以给 STC 系列的单片机下载程序，可以将编译好的程序生成的 HEX 文件加载到单片机内，支持 ISP (In System Programming)在系统编程。本章小结：本章主要介绍了 51 系列单片机的组成，和单片机的工作原理。采用单片机控制 LED 显示屏的显示电路，主要选用 STC 系列单片机，实现 ISP 编程下载程序的方法。其次，简单介绍了串口通信方面的知识，为第四章的串口发送部分上位机做理论基础。第三、给出了单片机工作的最小系统电路图以及 LED 显示屏系统的功能电路之一。13第三章系统程
48、序设计及硬件仿真3.1 Proteus 介绍Proteus 就是一款硬件仿真软件，它由英国 Labcenter 公司开发，集 51 单片机，PIC 单片机，MSP430 单片机，甚至是 ARM 和 AVR 单片机于一起，还配有虚拟仪器仿真平台。Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机 CPU 的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲 Proteus 仿真，基本接近与工程应用.本次基于 AT89C51 单片机 16 X 16LED 汉字滚动显示屏的设计
49、己运用14Proteus 软件仿真实现，本系统就是在该软件仿真环境下进行设计研发的，仿真结果与实际结果差别较小，操作灵活。虽然本设计只使用了一块 16 X 16 LED 点阵，电路简单，但是己经包涵了 LED 汉字滚动显示屏的电路基本原理、基本程序和 Proteus 软件仿真，只要扩展单片机的 I/O 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。本设计是以单片机为核心，设计时采用 Keil uVision3.0 进行 C 语言程序的设计，实现预定的功能，在研究阶段硬件部分在 Proteus 7 professional 环境下进行仿真。Keil uVision3.0 是由 Keil Software 公司推出的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，即8051 开发工具套件，具有编辑、编译、链接、定位、库管理、HEX 文件创建、仿真调试等多种功能，并支持汇编、PL/M 等多种语言，Proteus 软件使用户仅用一台 PC 在纯软件环境中完成系统设计与调试。目前 Proteus 支持 8051、AVR、 PIC 等多种单片机，系统库中包含有大量的模拟、数字、光电和机电类元器件，系统还提供了多种虚拟仪器，用 Keil C 开发的程序可以在用 Pro
