點陣式LED滾動漢字顯示屏的Proteus仿真設(shè)計
1.引言
點陣式LED組成的漢字顯示屏在公共場所應(yīng)用非常廣泛。例如，車站發(fā)車時間提示、股票大廳中的股票價格顯示板、商場的活動廣告欄、候機廳的起飛時間表。點陣顯示器的特點是可以按照需要的大小、形狀和顏色進行組合，用單片機控制實行各種文字或圖型的變化，達到廣告宣傳和提示的目的。
Proteus是一款新穎的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計仿真平臺，特別適用于單片機仿真，能夠在線、實時仿真多種類型的單片機，諸如MCS-51系列單片機、PIC單片機、AVR單片機等，能夠像硬件仿真器一樣進行軟硬件調(diào)試，而沒必要花錢去購買和維護價格不菲的仿真器，對于初學(xué)單片機的人來說，既減少了學(xué)習(xí)成本，又達到了良好的學(xué)習(xí)效果。
2.硬件電路設(shè)計
點陣式LED滾動漢字顯示屏硬件電路設(shè)計框圖如圖1所示。電路包括單片機、電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、驅(qū)動電路和LED點陣電路等。本設(shè)計的核心是利用單片機讀取顯示字型碼，通過驅(qū)動電路對16×16 LED點陣進行動態(tài)列掃描，以實現(xiàn)漢字的滾動顯示。本設(shè)計選用的單片機為ATMEL公司的AT89C52，顯示屏采用16×16 LED點陣。電源電路通過變壓整流元件為單片機和其他電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓。時鐘電路是單片機的驅(qū)動電路，復(fù)位電路可在需要時，手動使單片機程序計數(shù)器復(fù)位清零。通過陽極驅(qū)動電路向16×16點陣送字型碼，本設(shè)計采用74LS273。通過陰極驅(qū)動電路對16×16點陣進行列掃描，本設(shè)計采用74HC138。
圖1 硬件電路設(shè)計框圖
利用Proteus軟件設(shè)計點陣式LED滾動漢字顯示屏硬件電路原理圖如圖2所示。在Proteus軟件中，單片機模型本身包含了工作電源和可改變的工作頻率，因此在仿真時無需設(shè)計電源電路和時鐘電路。需要說明的是在Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點陣模塊，本設(shè)計中采用Proteus軟件中現(xiàn)有的8×8點陣模塊組合成一個16×16點陣模塊。從圖2中可以看出，16×16點陣的陽極驅(qū)動由P0口經(jīng)輸出緩沖器74LS273構(gòu)成，在本設(shè)計中需要用兩片，分別送出上8行和下8行的字型碼。16×16點陣的陰極驅(qū)動由P2口經(jīng)74HC138譯碼后動態(tài)掃描16×16點陣的各列，本設(shè)計中需要四片74HC138譯碼器，循環(huán)掃描各列，顯示一個完整的漢字需要掃描32次。RP3為排阻，含有8個電阻，作P0口各位的上拉電阻，以保證P0口能夠輸出高電平。復(fù)位電路的作用是，在任何時刻可以手動復(fù)位單片機，使程序重新執(zhí)行。
圖2.硬件電路原理圖
3. 軟件設(shè)計
AT89C51單片機是8位機，每次只能送出8位數(shù)據(jù)，因此要向16×16點陣送出16行陽極驅(qū)動，需要送兩次，或先送上8行，或先送下8行，為了能夠?qū)崿F(xiàn)每一列字型碼的完整顯示，采用74LS273進行鎖存，否則會出現(xiàn)字型殘缺現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計要求并結(jié)合圖2的硬件連接進行程序設(shè)計，程序設(shè)計流程圖如圖3所示。
利用單片機C語言實現(xiàn)“2008北京歡迎您！”10個字的滾動顯示，阿拉伯?dāng)?shù)字和標(biāo)點符號按16×8點陣編碼，漢字按16×16點陣編碼， “2008北京歡迎您！”字型碼表如下：
[!--empirenews.page--]{0x00,0x00,0x0C,0x1C,0x10,0x24,0x10,0x24,0x10,0x44,0x10,0x84,0x0F,0x0E,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x08,0x10,0x04,0x10,0x04,0x08,0x08,0x07,0xF0,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x08,0x10,0x04,0x10,0x04,0x08,0x08,0x07,0xF0,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x0E,0x38,0x11,0x44,0x10,0x84,0x10,0x84,0x11,0x44,0x0E,0x38,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x0E,0x04,0x08,0x0C,0x08,0x0C,0x08,0x08,0x08,0x10,0xFF,0xFE,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x3F,0xFC,0x41,0x02,0x42,0x02,0x06,0x02,0x0E,0x06,0x0C,0x0C,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x20,0x04,0x20,0x08,0x27,0x98,0x24,0xB0,0x24,0x82,0xA4,0x81,0x64,0xFE},
{0x24,0x80,0x24,0x80,0x24,0xA0,0x27,0xB0,0x60,0x1C,0x20,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x28,0x04,0x24,0x08,0x22,0x32,0x21,0xC2,0x26,0xC2,0x38,0x34,0x04,0x04,0x18,0x08},
{0xF0,0x30,0x17,0xC0,0x10,0x60,0x10,0x18,0x14,0x0C,0x18,0x06,0x10,0x04,0x00,0x00},
{0x02,0x02,0x82,0x04,0x73,0xF8,0x20,0x04,0x00,0x02,0x3F,0xE2,0x20,0x42,0x40,0x82},
{0x40,0x02,0x3F,0xFA,0x20,0x02,0x20,0x42,0x20,0x22,0x3F,0xC2,0x00,0x02,0x00,0x00},
{0x01,0x00,0x02,0x04,0x0C,0x1C,0x3F,0xC0,0xC0,0x1C,0x09,0x02,0x16,0x02,0x60,0x92},
{0x20,0x4A,0x2F,0x82,0x20,0x02,0x24,0x0E,0x22,0x00,0x31,0x90,0x20,0x0C,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x00,0x08,0x1F,0xDC,0x3F,0x08,0x3C,0x00,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}。
a）主程序流程圖 （b）中斷服務(wù)程序流程圖
圖3. 程序流程圖
動態(tài)掃描顯示程序代碼如下：
while (1)
{for (i=0;i<8;i++) //顯示左半邊屏幕
{ P0=*(p+offset+2*i);
P2=i|0x90; //P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7
delay();
P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=i|0x08; //P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6
delay(); }
for (i=8;i<16;i++) //顯示右半邊屏幕
{ P0=*(p+offset+2*i);
P2=(i-8)|0xC0; //P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U9
delay();
P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=(i-8)|0x20; //P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8
delay();
} }
4. 調(diào)試與仿真
Proteus仿真時，單片機需要加載程序，加載程序為.HEX文件。本設(shè)計利用Keil μVision2， 在新建Keil項目時選擇AT89C52單片機作為CPU，將C語言源程序?qū)?，在“Options For Target”對話窗口中，選中“Output”選項中的“Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，選中AT89C52并單擊鼠標(biāo)左鍵，對AT89C52進行設(shè)置，設(shè)置單片機時鐘頻率為12MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對單片機設(shè)置完畢后就可以開始仿真了。仿真過程中如有硬件問題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問題可在Keil μVision2中直接修改，通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結(jié)果。本設(shè)計的仿真結(jié)果如圖4所示。
圖4. 仿真結(jié)果
5.結(jié)論
利用Proteus實現(xiàn)了對點陣式LED滾動漢字顯示屏的仿真，完成了“2008北京歡迎您！”10個字的滾動顯示，達到了良好的設(shè)計效果。該仿真電路接近實際電路，可以直接由該電路利用相關(guān)軟件設(shè)計印制電路板，加上電源電路和時鐘電路，就可以制作出實際的點陣式LED滾動漢字顯示屏。通過前期仿真縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，達到事半功倍之成效。
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