精品基于单片机的LED汉字显示屏的设计与Proteus仿真定.docx

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精品基于单片机的LED汉字显示屏的设计与Proteus仿真定

基于单片机的LED汉字显示屏的设计与Proteus仿真

时间：

2009-05-0509:

42:

04来源：

电子技术作者：

唐霞1谢利民21.上海交通大学2.江苏联合职业技术

摘要：

研究了基于AT89C51单片机16×16LED汉字滚动显示屏的设计与运用Proteus软件的仿真实现。

主要介绍了LED汉字显示屏的硬件电路、汇编程序设计与调试、Proteus软件仿真等方面的内容，本显示屏的设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易实现等优点。

能帮助广大电子爱好者了解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结构、工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。

关键词：

单片；LED；点阵；汉字显示

O引言

   LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。

它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。

并广泛的用于公交汽车、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。

LED显示屏发展较快，本文讲述了基于AT89C51单片机16×16LED汉字点阵滚动显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编写与调试、Proteus软件仿真等基本环节和相关技术。

1硬件电路组成及工作原理

   本产品采用以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（74HCl54）、16×16LED点阵5部分组成，如图1所示。

其中，AT89C51是一种带4kB闪烁可编程可擦除只读存储器（FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，FPEROM）的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，工业标准的MCS一5l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，能够进行1000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，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AT89C5l的18，19脚的时钟端（XTAIl及XTAL2）以及12MHz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复位输入端。

LED点阵显示屏采用16×16共256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／0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。

但是若将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／0口，这样会造成I／0口资源的耗尽，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16条行线直接接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由4—16线译码器74HCl54来选择控制，这样一来列选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。

考虑到P0口必需设置上拉电阻，我们采用4．7kΩ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C、C3、X以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照设定的程序在P0和P2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（高电平驱动），同时在P1．1，P1．2，P1．3，P1．4接口输出列选扫描信号（低电平驱动），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。

2汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法

   我们以UCDOS中文宋体字库为例，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。

如查用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线由8位，一个字需要拆分为2个部分，如图2所示

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8×16点阵组成，下部也由8×16点阵组成。

本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00～P07口，方向为P00到P07，显示汉字“我”时，为全灭，第一列的下半部分也为全灭。

第二列的上半部分P06、点亮，由上往下排列，为：

PO．0灭，PO．1灭，P0．2灭PO．3灭，PO．4灭，P0．5灭，P0．6亮，P0．7灭。

即二进制00000010，转换为十六进制为02h。

上半部第二列完成后，继续扫描下半部的第二列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从图3可以看到，这一列P23亮，即为00001000，十六进制则为08h。

依照这个方法转向第三列、第四列，……，直至第十六列的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“我”的扫描代码为：

   00H，02H，08H，06H，28H，02H，24H，22H

   0FCH，3FH，24H，21H，20H，10H，3CH，08H

   0E2H，07H，20H，0AH，0E4H，11H，0A8H，20H

   20H，30H，00H，00H，00H，00H，00H，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。

上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。

为此，我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图3所示。

   可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。

为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16×64—1024Hz，周期小于1ms即可。

行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16×8一128Hz，周期小于7．8ms即可，但是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。

3在Keil环境中程序设计与调试

   软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。

其中主程序的流程图如图4所示。

下面的程序能够用来实现滚动显示“我爱你一一祖国”。

汉字的显示。

程序清单如下：

时间：

2009-05-0509:

42:

04来源：

电子技术作者：

唐霞1谢利民21.上海交通大学2.江苏联合职业技术

   在keil软件中完成程序编写、调试和编译之后，生成能让单片机运行的Hex文件，如图5所示。

4元器件选择

   本设计所需元器件如表1所示。

5运用Proteus软件仿真LED汉字显示屏

   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16×16LED汉字滚动显示屏的设计已运用Proteus软件仿真实现，如图6所示。

   虽然本设计只使用了一块16×16LED点阵，电路简单，但是已经包涵了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10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。

汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。

本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用8*8的点阵发光管模块，而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。

同时为了降低制作难度，仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。

1汉字显示的原理：

我们以UCDOS中文宋体字库为例，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像素，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像素范围内的任何图形。

用8位的AT89C51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。

一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。

在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00---p07口。

方向为p00到p07,显示汉字“大”时，p05点亮,由上往下排列，为p0.0灭，p0.1灭,p0.2灭p0.3灭,p0.4灭,p0.5亮,p0.6灭,p0.7灭。

即二进制00000100，转换为16进制为04h.。

上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，16进制则为00h。

然后单片机转向上半部第二列，仍为p05点亮，为00000100，即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21点亮，为二进制00000010，即16进制02h.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为：

04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,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它的扫描代码从而显示在屏幕上。

不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，我们就不必自己去画表格算代码了。

软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。

我们把行列总线接在单片机的i0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。

在这个例子里，由于一共用到16行，16列，如果将其全部接入89c51单片机，一共使用32条io口，这样造成了io资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。

实际应用中我们使用4-16线译码器74ls154来完成列方向的显示。

而行方向16条线则接在p0口和p2口。

程序清单：

ORG00HLOOP:

MOVA,#0FFH；开机初始化，清除画面MOVP0,A；清除P0口ANLP2,#00；清除P2口MOVR2,#200D100MS:

MOVR3,#250；延时100毫秒DJNZR3,$DJNZR2,D100MSMOV20H,#00H；取码指针的初值l100:

MOVR1,#100；每个字的停留时间L16:

MOVR6,#16；每个字16个码MOVR4,#00H；扫描指针清零MOVR0,20H；取码指针存入R0L3:

MOVA,R4；扫描指针存入AMOVP1,A；扫描输出INCR4；扫描指针加1，扫描下一个MOVA,R0；取码指针存入AMOVDPTR,#TABLE；取数据表的上半部分的代码MOVCA,@A+DPTRMOVP0,A；输出到P0INCR0；取码指针加1，取下一个码。

MOVA,R0MOVDPTR,#TABLE；取数据表下半部份的代码MOVCA