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1、汉字点阵系统的制作与应用摘 要本文介绍一个点阵 LED 显示系统，该系统以美国 ATMEL 公司生产的 40 脚单片机AT89S51 为核心，采用串行传输、动态扫描技术。以 LED 屏的显示电路和单片机控制电路为核心，采用 C 语言编程通过串行通信接口对 LED 显示系统显示参数的设定，实现点阵LED 屏显示简单的数字、字母、汉字、图形等。该系统是通过 S51 芯片控制一个行驱动器74HC154 和四个列驱动器 74HC595 来驱动显示屏显示。设计过程中综合应用了数字电路，模拟电路，单片机等方面的知识，并且还要学习 protel 软件和新的器件。 该系统特点是电路设计新颖、显示效果好、实用性
2、强。理论与实际结合，本设计符合应用电子专业的培养目标。关键字：关键字：AT89S51 单片机； LED 点阵显示； 动态显示目 录引言.1 1 系统总体设计.2 2 系统硬件设计与制作.22.1 单片机的最小系统.22.2 系统总电路.32.3 1632 点阵屏.42.4 行驱动电路.42.5 列驱动电路.42.6 电源模块.52.7 系统 PCB 模块.6 3 程序流程图.7 4 结果调试与讨论.8 总结.9 致谢.10 参考文献.11 附 录.12附件 1 实物照片.121引言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
3、 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 AT89S51 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。本设计虽仅仅显示两个汉字，但
4、通过扩展和程序编写，它可以显示 8 到 10 个，甚至更多。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。21 系统总体设计本系统由 AT89S51、1 个 74HC154、4 个 74HC595 及 LED 显示屏为核心组成的点阵式LED 汉字显示屏，主要由 24MHZ 晶振电路、复位电路、51 单片机、点阵阳极驱动电路、点阵阴极驱动电路、1632 显示屏 6 部分组成。采用的 AT89S51 单片机最小化应用设计，P1 口作为 I/O 口，输出行数据和控制信号，P2 口作为 I/O 口，与“写”控制信号配合，输出列控制信号。LE
5、D 显示采用动态扫描方式实现，控制电路部分由 1 片 74HC154 和 4 片 74HC595 传输信号，传输出来的信号通过74HC595 输出。再通过编译最终达到依次显示汉字的目的。其系统设计框图如图 1 所示图 1 系统设计框2 系统硬件设计与制作2.1 单片机的最小系统AT89S51 是一个低功耗，高性能 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用
6、 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元。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，ATMEL 的 AT89C51 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。若将 LED 点阵的行列端口全部直接接入 89S51 单片机，则需要使用 32 条 I/O 口，这样会造成 I/O 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 4-16 线译码器 74HC154 来选择控制，至于列选扫描信号则是由 74HC59
7、5 译码器来选择，这样一来列选择控制只使用了单片机的 4 个 I/O 口，节约了很多 I/O 口资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。该电路总共用到 12 个 I/O 口，采用 P1 口作为输出行数据和控制信号。P2 口的 4 个口与“写”控制信号配合，输出列控制信号。P2 口的另外 4 个 I/O 口是用作按键开关。单片机模块电路如图 2 所示。3图 2 单片机模块电路2.2 系统总电路本系统采用 AT89S51 单片机最小应用系统作控制器，整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。总电路原理图如图 3 所示。图 3 总电路原理图42.3 1632 点阵屏采
8、用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。驱动器采用 74HC154。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。故在此我们采用 74HC595作为列驱动。当 74HC154 扫描到某一行时，74HC595 决定哪一列该亮，就这样快速扫描，就形成了图像。2.4 行驱动电路此电路采用 4/16 译码器 74HC154 作为点阵的行驱动。将从 RAM 输出四个信号分别输入到 74HC154 译码器，然后输出 1
9、6 位行信号，经过 16 个 1K 的电阻，再输入 16 个PNP8550 三极管的 B 极来进行对行信号的放大，其中所有的三极管的 E 极相连接+5V 的电源，所有的 C 极接 16 个 1K 欧姆的电阻，得到的信号作为点阵 LED 的行输入信号，通过对 154 的四个输入信号进行控制，改变行信号。由 154 和 595 的信号，控制二极管的亮、灭来显示出所要求的字符、汉字。每个 LED 管亮需要 7mA 的电流，那么 32 个同时亮就需要 224mA 的电流，所以我们要对行进行驱动，我们采用晶体管 8550 对行信号进行放大，使 LED 点阵能够正常显示。其行驱动电路如图 4 所示：图 4
10、 行驱动电路2.5 列驱动电路16 行32 列为一个基本单元，则列驱动需用 4 片 74HC595，其工作原理为：将八片74HC595 级连，共用一个串行时钟 CLK 及数据锁存信号 STR。当第一行需要显示的数据经过 84=32 个 CLK 时钟后将全部移入 74HC595 中，此时产生一个数据锁存信号 STR，使数据锁存在 74HC595 的后级锁存器中，同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行 LED 的正端都接高平，显然第一行 LED 管子的亮、灭取决于 74HC595中所锁存的信号；在第一行 LED 管子点亮的同时，在 74HC595 中移入第二行需要显示的5数据
11、，随后将其锁存，并同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行 LED 管子点亮以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像，其列驱动电路如图 5 所示：图 5 列驱动电路2.6 电源模块设计采用 5V 电源电压为其供电。直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波器电路以及稳压电路所组成。电源变压器是将交流电网 220V 的电压变为所需要的值，然后经过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须经过滤波电路加以滤波（一般有 10%左右的波动）负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压
12、电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。选用输出电压固定为+5V 的三端集成稳压器 7805.变压器将电网 220V 电压变为+6V 电压，经桥式整流后，送入 7805 的输入端，电容 C1 和 C2 用来实现频率补偿防止稳压器7805 产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰，C3 是点解电容，以减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。其电源电路图如图 6 所示：6图 6 电源电路图2.7 系统 PCB 模块本作品采用通用的 Protel 99SE 版软件完成 PCB 图的设计。本设计用的元件数量不算多，用到 2 块集成块、一片单片机与多个电阻和三极管及 16*32 的点阵屏，但是他们的连接却是相当复杂的，因此我们设计两块 PCB 图，即主控制电路图和点阵屏电路图。我们采用的是单面布线策略，多处还使用到跳线、排针与排线来连接。已设计好的 PCB图如图 7 所示。图 7 系统 PCB 图73 程序流程图程序在初始化后将存储在 ROM 内部的站点信息读出，送至单片机的 RAM，初步的进行汉字点阵转换，转换后的数据处理送至行驱动和列驱动，一般行的用
