基于89C52單片機(jī)的LED顯示器設(shè)計(jì)

于娟　唐瑞

摘 要：以STC公司生產(chǎn)的40引腳單片機(jī)STC89C52為核心，簡(jiǎn)要介紹了將它作為控制系統(tǒng)LED點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，詳細(xì)闡述了LED點(diǎn)陣顯示的軟硬件設(shè)計(jì)思路，包括硬件電路各個(gè)部分的功能、原理，相應(yīng)的軟件程序設(shè)計(jì)和使用說(shuō)明等。通過(guò)單片機(jī)控制74HC573芯片行列掃描，能夠在LED屏幕上顯示出圖像、文字等。電子顯示屏可以顯示出各種字體的文字或單色圖像，全屏能顯示4個(gè)漢字，動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示。

關(guān)鍵詞：STC89C52；LED顯示器；74HC573；動(dòng)態(tài)顯示

中圖分類號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.008

隨著LED顯示屏在廣告領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)也在逐步發(fā)展。由于控制系統(tǒng)是基于嵌入式微處理器而開(kāi)發(fā)的，所以，單片機(jī)在其中占有非常重要的位置。LED顯示屏的控制比較復(fù)雜，特別是其特殊效果的顯示，比如循環(huán)移動(dòng)、覆蓋霓虹燈效果，對(duì)處理器的運(yùn)算速度和執(zhí)行效率提出了很高的要求，因此，很多控制器生產(chǎn)廠家都采用高端嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣做，雖然能在一定程度上提高數(shù)據(jù)的處理速度，但并不能完全滿足所有顯示效果的要求，而且開(kāi)發(fā)成本和產(chǎn)品成本也會(huì)成倍增長(zhǎng)，甚至由于設(shè)計(jì)不當(dāng)還可能會(huì)在顯示時(shí)出現(xiàn)畫(huà)面抖動(dòng)、閃爍和重影等情況。歸根結(jié)底，在LED顯示屏控制器的設(shè)計(jì)中，硬件是很重要的因素之一，同時(shí)，還要考慮顯示數(shù)據(jù)的組織方式，采用軟硬件結(jié)合的方法設(shè)計(jì)一款性價(jià)比比較高的控制器。本文簡(jiǎn)要介紹了基于普通52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)LED顯示屏控制的原理和方法。該處理器運(yùn)算速度快、執(zhí)行效率高，顯示畫(huà)面時(shí)不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、閃爍和重影等情況，光彩絢爛奪目，讓人有一種視覺(jué)上的享受。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)將STC89C52作為控制芯片，數(shù)據(jù)掃描采用8位74HC573鎖存器驅(qū)動(dòng)芯片，電源輸入部分采用3種不同的方式供電，電源部分采用穩(wěn)定的+5 V直流電，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇供電方式。這個(gè)系統(tǒng)是利用單個(gè)LED元器件來(lái)顯示需要顯示的內(nèi)容，有效延長(zhǎng)了作品的使用年限。

控制系統(tǒng)和外圍電路主要由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、濾波電路、74HC573驅(qū)動(dòng)電路和LED顯示電路構(gòu)成。硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 硬件部分的設(shè)計(jì)

2.1 LED的驅(qū)動(dòng)電路和掃描電路

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)密計(jì)算每個(gè)LED的最佳亮度電流和74HC573每個(gè)輸入/輸出口的最大電流，從而設(shè)計(jì)出LED顯示部分的驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路。為了避免元件被損壞，還設(shè)計(jì)了保護(hù)電路。此次采用的是8位74HC573芯片，其數(shù)據(jù)傳輸非常方便，能夠很好地驅(qū)動(dòng)LED顯示，使單個(gè)LED達(dá)到最佳的亮度。掃描部分利用74HC573三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出，當(dāng)鎖存使能高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）；當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存，8行8列的掃描也會(huì)順利進(jìn)行。與此同時(shí)，使能輸入還具有改善抗擾度的滯后作用，以至于顯示出的畫(huà)面不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、閃爍和重影等情況。

2.2 電源電路

該系統(tǒng)的有效運(yùn)行需要借助穩(wěn)定的+5 V直流電壓。電源電路分為3部分，即由mini USB常用數(shù)據(jù)線直接供+5 V電，但是，這種供電方式必須配合使用電流為2 A的電源適配器；由+9～+12 V電源適配器供電輸入，然后經(jīng)2個(gè)過(guò)濾波電路和1個(gè)穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的+5 V電源，以此給系統(tǒng)供電；直接接入AC220 V電源，經(jīng)開(kāi)關(guān)電源電路獲得+5 V電源供電。在此過(guò)程中需要注意的是，這三種方式可以自由切換，使用者可以根據(jù)實(shí)際情況使用相應(yīng)的電源。其中，74HC573芯片和STC89C52單片機(jī)是電源直接供電，能夠保證供電的穩(wěn)定性。電源設(shè)計(jì)使用LM7805穩(wěn)壓芯片作為穩(wěn)壓電路的主要芯片，并通過(guò)多次濾波保證電壓轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和抗干擾性，從而為系統(tǒng)運(yùn)行提供穩(wěn)定的電源。

2.3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

使用Altium Designer Summer 2009軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路原理圖和PCB圖，具體如圖2、圖3所示。

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

軟件部分主要分為使能輸出、行列掃描和顯示三大部分。因?yàn)樾枰?個(gè)行掃描的74HC573芯片和8個(gè)列掃描的74HC573芯片，所以，使能端高電、低電輸入順序的排布算法十分重要。顯示部分的內(nèi)容是通過(guò)取模軟件轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制的格式存放在數(shù)組中的，方便使用。軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

程序是利用Keil 4軟件編寫(xiě)、調(diào)試的，而需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率和行列掃描兩部分。在行列掃描部分要特別注意74HC573芯片的啟動(dòng)和停止情況，否則會(huì)出現(xiàn)大量的亂碼。通過(guò)對(duì)硬件和軟件的多次聯(lián)調(diào)得出了圖5所示的效果（在滾動(dòng)中拍攝截圖）。

5 結(jié)論

綜上所述，在目測(cè)條件下，LED顯示屏的各點(diǎn)亮度均勻、充足，可以顯示圖形和文字，并且顯示的圖形和文字穩(wěn)定、清晰，無(wú)串?dāng)_、抖動(dòng)、閃爍和重影等情況發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：于娟（1983—），女，四川宣漢人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事控制理論與控制工程、電工電子技術(shù)方面的研究。唐瑞（1992—），男，四川閬中人，攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生。

〔編輯：白潔〕