基于AT89C2051的四字LED顯示屏的設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)現(xiàn)今LED廣告屏的廣泛使用，應(yīng)用AT89C2051的可編程功能和串口通信功能，設(shè)計(jì)一個(gè)與計(jì)算機(jī)通信，可控的LED顯示系統(tǒng)。上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，下位機(jī)為單片機(jī)控制16塊8×8LED顯示屏構(gòu)成的電路，下位機(jī)通過串口與上位機(jī)通信，改變顯示內(nèi)容。除了分析其設(shè)計(jì)思路外，還給出硬件原理圖與軟件流程圖。系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡單、顯示清晰、可靠性高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；串口通信；LED；顯示

0 引言
    LED顯示屏是簡單的漢字顯示器，其具有耗電少、成本低、易獲得、壽命長和顯示的靈活性等特點(diǎn)，近年來迅速成為最受歡迎的宣傳手段之一。在學(xué)校、公路、廣場、商店等都能看到其身影，相對(duì)于傳單、海報(bào)等一些傳統(tǒng)的宣傳手法其優(yōu)勢比較突出。本文將詳細(xì)地介紹一種LED顯示屏的制作。

1 硬件電路
    本設(shè)計(jì)是以PC機(jī)作為上位機(jī)，編輯顯示漢字，通過串口通信輸送到89C2051上儲(chǔ)存并顯示。硬件電路的設(shè)計(jì)主要是以單片機(jī)與16塊8× 8LED點(diǎn)陣顯示屏構(gòu)成。鑒于89C2051引腳數(shù)量的限制，本系統(tǒng)采用74HC595作串入并出，同時(shí)顯示列，行掃描則由兩片74LS138作譯碼掃描(如圖1)。

1．1 LED顯示屏電路
    如圖2所示的8×8單色點(diǎn)陣行共陽，列共陰的點(diǎn)陣LED屏。其工作原理為只要列輸入低電平，行輸入高電平，行跟列相結(jié)合，相對(duì)應(yīng)的二極管就點(diǎn)亮。采用行掃描形式時(shí)，行輸入依次為100000000、01000000、00100000……逐行掃描。列輸入為該行需要亮的二極管為高電平，需要暗的二極管為低電平。利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，每行的刷新速率大于50 Hz，就可以達(dá)到整個(gè)8×8點(diǎn)陣LED屏的顯示。顯示一個(gè)漢字需要四塊8×8點(diǎn)陣LED屏(如圖2)，A與B行相連，C與D行相連，依次掃描行，能同時(shí)選擇A、B或C、D的同一行，達(dá)到一行16個(gè)二極管。A與C列相連，B與D列相連，列的輸入為相對(duì)一行要點(diǎn)亮的二極管。這樣就形成了一個(gè)16×16的點(diǎn)陣用于顯示—個(gè)漢字。本設(shè)計(jì)是—個(gè)四字的顯示系統(tǒng)，把四個(gè)字的行相連形成—個(gè)16x64的點(diǎn)陣顯示屏。

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1．2 驅(qū)動(dòng)與掃描電路
    本系統(tǒng)是采用行動(dòng)態(tài)掃描的方式，相對(duì)于16×64LED顯示屏輸入口數(shù)量，單片機(jī)I／O口數(shù)量不足。所以行掃描用兩片74LS138譯碼器串聯(lián)，根據(jù)單片機(jī)的控制原理，分配P1．0～P1．2作譯碼器的輸入信號(hào)，P1．3、P1．4作級(jí)聯(lián)信號(hào)。由于單片機(jī)I／O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，本系統(tǒng)在單片機(jī)I／O口與74LS138之間加入排阻作上拉電阻，提高I／O口的驅(qū)動(dòng)電壓。74LS138的譯碼輸出是低電平有效，而LED顯示屏的行驅(qū)動(dòng)是高電平有效，在74LS138的輸出端接一相反相器，可用74HC04。74HC04是內(nèi)含6組相同的反相器，需要三片74HC04(如圖3)。

    列上用74LS595串口轉(zhuǎn)并口的移位寄存器。DS是串行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q7是8位并行輸出端；Q7’是級(jí)聯(lián)輸出端；／MR是移位置存器清零控制信號(hào)，低電平有效；SH_CP是移位脈沖輸入端，上升沿有效，當(dāng)上升沿到來，Q0→Q1→Q2……→Q7。ST_CP是移位寄存器進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的控制信號(hào)，上升沿有效。／OE是使能控制信號(hào)，禁止Q0～Q7輸出，高電平有效。8片74LS595的／MR都接高電平，／OE接低電平；將8片74L-S595進(jìn)行級(jí)聯(lián)(圖4為兩片74LS595級(jí)聯(lián))。第一片的DS接P1．5，后面的74LS595的DS接上一片的Q7’，顯示數(shù)據(jù)從DS輸入到74LS595里。并行輸出端接16×64LED顯示屏的列輸入端。SH_CP共用一個(gè)移位脈沖信號(hào)，經(jīng)過8×8=64個(gè)脈沖就把由DS輸入的要顯示的一行數(shù)據(jù)全部移到8片的74 LS595的移位寄存器。8片的74LS595的ST_CP共用一個(gè)控制信號(hào)，把移位寄存器的數(shù)據(jù)并行輸出，結(jié)合行的選通信號(hào)，顯示LED顯示屏的一行數(shù)據(jù)。

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1．3 單片機(jī)及串口通信電路
    單片機(jī)上除有晶振電路和復(fù)位電路外，還有串口通信電路(如圖5)?？紤]到成本的問題，沒有用MAX232，而是改用三極管的開關(guān)作用來進(jìn)行電源電平轉(zhuǎn)換，使單片機(jī)的控制電平能轉(zhuǎn)換到PC機(jī)串口的3 V到15 V或-3 V到-15 V之間。單片機(jī)的TXD為高電平時(shí)Q2導(dǎo)通，PC的RXD為低電平。單片機(jī)的TXD為低電平時(shí)Q2截止，PC的TXD為高電平。單片機(jī)的RXD與PC的TXD之間的電平轉(zhuǎn)換原理相當(dāng)。

2 軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)上位機(jī)的軟件用漢字字庫把需要顯示的字翻譯成16進(jìn)制的數(shù)據(jù)，再用串口調(diào)試助手進(jìn)行發(fā)送。單片機(jī)流程圖如圖6。

3 結(jié)束語
    本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)物驗(yàn)證，顯示清晰，可靠，造價(jià)低廉。并可實(shí)時(shí)變換顯示內(nèi)容。只要稍作修改把點(diǎn)陣擴(kuò)大，便可用于公共場所顯示信息。