基于單片機的字符顯示設計

楊慶坪 彭森

摘 要：無論在一些大小型的購物商場，還是在車站、醫(yī)院、賓館、銀行證券市場等公共場所都會看到LED顯示屏，它已經(jīng)分布在我們生活中的各個角落。本文主要介紹LED陣列字符顯示設計，以單片機AT89C52作為核心控制器件，該課題設計可實現(xiàn)對字符的顯現(xiàn)和移動屏顯示。該設計的通信模塊是ISP下載編程器，通過編程器實現(xiàn)PC機與單片機AT89C52的連接通信。該設計還有一個優(yōu)勢，就是對單片機的內(nèi)存和I /O口占用量很少，這樣就留出了很多的擴展空間以供后面功能擴展的使用。

關(guān)鍵詞：單片機AT89C52；字符顯示；通信模塊

1 引言

LED陣列字符顯示屏不但能夠顯示出漢字、字母數(shù)字、圖畫等變動的信息；還不局限于室內(nèi)和戶外的環(huán)境，哪怕在戶外的各種場合都能夠使用，這是液晶顯示屏、電視墻和投影儀無法具備的。

LED陣列字符顯示屏一般具有功耗較小、燈泡亮度較高、使用年限長、較低的工作電壓電流、微型化、穩(wěn)定性強和耐沖擊的優(yōu)點，正是這些優(yōu)勢使之能夠在信息領域快速發(fā)展并廣泛應用，在平板顯示這一塊已經(jīng)成為了主流產(chǎn)品。LED陣列字符顯現(xiàn)屏的發(fā)展將呈現(xiàn)逐步上升的趨勢，當前正朝著超高亮度、超高光密度、超高均勻性、耐氣候性超強、可靠性超強、全色化全方位化方向發(fā)展。LED陣列字符顯示屏的在市場上的應用涉及社會生活中的諸多領域，主要包括有：（1）廣告媒體廣告牌宣傳信息等。（2）商業(yè)貿(mào)易和證券交易。（3）機場等候廳飛機班次動態(tài)。（4）交通道路信息。（5）體育場館比賽信息。（6）調(diào)度控制指揮中心信息指引。（7）車站、海河港口指示信息。（8）電信通信、郵政服務、購物商場等一些服務領域信息。

2 系統(tǒng)方案選擇

目前市面上絕大部分LED陣列顯示屏的都是應用在戶外，為了適應需求，就必須對硬件的質(zhì)量要求非常嚴格。我們對硬件電路的設計一般是采取分模塊的方式，當然這就要求設計的硬件電路能夠兼容系統(tǒng)又能達到模塊功能所需的要求，采用模塊電路最初的想法也是為了維護和檢修的便捷。

2.1控制端部分選擇

在實時顯示當中，LED陣列顯示屏能夠及時反應PC機上的內(nèi)容，能夠隨著PC機上的內(nèi)容變化而變化。多用于實時播報體育賽事和新聞，但是這種顯示對硬件、通信系統(tǒng)這一塊要求很高，且制作工藝很復雜，各方面開銷都很大，就需要付出很高的成本。而存儲顯示雖然在實時實效性沒有實時顯示那么強，但是對硬件和通信系統(tǒng)方面要求不是很高，所以成本相對而言低很多。針對本設計對各方面顯示要求沒有那么高，且顯示的內(nèi)容也不是很多，所以我這次就選擇了以PC機存儲顯示的方式來顯示LED陣列顯示屏上的內(nèi)容。

2.2通信模塊方案選擇

通信模塊一般要滿足有快速通信、系統(tǒng)穩(wěn)定、且簡單容易實現(xiàn)的設計要求。一般情形下PC機和LED陣列顯示屏的距離比較近，所以對通信距離這里就不做太多的考慮。ISP下載編寫程序用于通信部分的程序編寫，通過傳輸線直接對安裝好的器件進行編寫，這給現(xiàn)代電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)帶來了重大的革命性改變。此設計我采用將USB總線和單片機聯(lián)合起來進行ISP下載編程的方式。

2.3 控制模塊方案選擇

單片機的操作也非常的簡便，對技術(shù)本身的要求也較低，這給很多的初學者的了解和學習帶來了便利。之所以此次選擇AT89C52系列的單片機，在于它的I/O端口的設置與使用都是非常便捷的，作輸入使用時，置為高電平，作為輸出使用時，高低電平都可以，而在復位時，只需都置高電平即可。

2.4 顯示模塊方案選擇

顯示模塊主要由驅(qū)動電路和LED陣列顯示屏構(gòu)成，單片機的I/O口是非常有限的，所以一般我們不直接引用I/O口，而是對單片機的I/O口進行外部擴展以增強其雙向輸入輸出的能力，進而對LED陣列顯示屏進行驅(qū)動。目前構(gòu)成LED陣列顯現(xiàn)屏有兩種方式，其中一種是許多個二極管直接焊接成。其二是采用單個發(fā)光二極管組成的小LED陣列模塊拼接到一起構(gòu)成一個大的LED陣列顯示屏，現(xiàn)在我們比較常用的是8×8和16×16兩種模塊。第1種是單個發(fā)光二極管直接組成的LED陣列顯現(xiàn)屏，優(yōu)勢是其中某個LED燈泡有問題時，直接更換壞的那個即可，極大的減低了檢修的成本，缺點就是最初的連線焊接畢節(jié)復雜，當然在組成大屏LED顯示屏時是不采用的，小屏幕時還是理想的。第2種由小點陣模塊構(gòu)成LED陣列顯示屏則相反，解決了連線焊接所遇到的困難，但在成本上卻存在硬傷，某個LED燈泡出現(xiàn)問題，則必須換掉全部小模塊，大大加重了成本。

綜合考慮倆種方式的優(yōu)缺點，以及這次課題設計所使用的LED陣列顯示屏尺寸，我決定采用單個發(fā)光二極管組成一個16×16LED陣列顯示屏的方式，節(jié)約成本，多花點時間在連線焊接上，剛好也有利于對我焊接技術(shù)的鍛煉。

3 電路設計

3.1系統(tǒng)整體設計

顯示系統(tǒng)的組成主要由單片機AT89C52、PC機、顯示驅(qū)動電路、通信系統(tǒng)模塊、譯碼電路和一塊16×16的陣列字符顯示屏六部分組成。

最終通過網(wǎng)上查找資料和翻閱書籍畫出硬件原理圖如下圖1所示。

整個硬件系統(tǒng)的功能和要求主要有下面幾點：

（1）譯碼的I/O頻率和譯碼電路對高電平、低電平區(qū)別能力能夠達到顯示驅(qū)動電路的工作要求。（2）微控制器可以在沒有特別供電電源情況下，ISP下載線可以為其供電。（3）整個LED陣列字符顯示屏的尺寸最少要滿足能夠正常顯示一個漢字，且清晰明了。

3.2 控制單元設計

控制電路模塊設計采用的單片機系統(tǒng)最少要滿足一個最小系統(tǒng)標準。一般單片機AT89C52最小系統(tǒng)都包含有復位與時鐘電路，一些輸入輸出端口也可以命令端口。依據(jù)要實現(xiàn)的功能選取單片機端口對外部器件進行添加。

3.3列驅(qū)動單元設計

該設計采用74HC595芯片對列進行驅(qū)動，內(nèi)含有8位輸出鎖存器和8位串進并出的移位寄存器，并且這個輸出鎖存器和移位寄存器它們是相互獨立工作，獨立控制。顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)會在SH_CP的上升沿階段進行輸入，也是在這個時候?qū)?shù)據(jù)存儲到存儲寄存器中。

整個的工作流程為：首先單片機輸送一個八位數(shù)據(jù)內(nèi)容到其中一個74HC595芯片的移位寄存器，經(jīng)過處理，又會輸送到輸出寄存器進行輸出等待，等待輸出控制指令下達后進行數(shù)據(jù)內(nèi)容輸出。對74HC595芯片的13引腳OE端口進行低電平輸入，10引腳MR端口進行高電平輸入時，數(shù)據(jù)內(nèi)容會在SHCP處于上升沿階段輸送到移位寄存器，在STCP處于上拉階段傳送至雙向口。

4 結(jié)束語

如今我們國家的信息產(chǎn)業(yè)這一塊發(fā)展迅猛，而作為主流平面顯示介質(zhì)的LED陣列字符顯示屏的應用也越來越廣，對于相關(guān)的專業(yè)人員需要也是越來越大。盡管如此，我們國家LED陣列字符顯示屏的發(fā)展技術(shù)離世界的領先水平還有很大的距離。因此選了LED陣列字符顯示屏這個課題，在今后不論對我個人找工作還是對我國發(fā)展LED顯示技術(shù)都有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]江世明.黃同成等.單片機原理及應用[M].北京：中國鐵道出版社，2010年12月.

[2]江世明.單片機原理及應用實驗教程[M].北京：中國鐵道出版社，2010年12月.

[3]何立民.單片機高級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004年7月.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003年5月.

[5]王迎旭.單片機原理及及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010年12月.

作者簡介

楊慶坪，邵陽學院信息工程學院電子科學與技術(shù)專業(yè)學生