基于單片機(jī)的LED電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◇咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 郝海燕 龔 杰

在科技先進(jìn)的時(shí)代，點(diǎn)陣顯示屏在市場(chǎng)上已被廣泛使用，比如機(jī)場(chǎng)，銀行等一些重要場(chǎng)所。本文以單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一種構(gòu)造簡(jiǎn)單的LED電子顯示屏。該點(diǎn)陣屏由微型單片機(jī)，時(shí)鐘電路，以及LED點(diǎn)陣等其余電路共同組成。該系統(tǒng)發(fā)展前景良好，應(yīng)用市場(chǎng)廣泛，值得研究和使用。

LED點(diǎn)陣電子顯示屏是由多個(gè)發(fā)光二極管陣列組成，顯示屏的內(nèi)容通過相應(yīng)位置的亮暗來控制。其顯示內(nèi)容的顏色可由選用的半導(dǎo)體材料的不同而產(chǎn)生差異。目前應(yīng)用的是紅，綠，黃三種色彩。LED屏顯示的種類包括漢字，圖像和視頻，用途十分廣泛，特別是在公共場(chǎng)合使用點(diǎn)陣式顯示屏。

LED點(diǎn)陣顯示屏相對(duì)于我們傳統(tǒng)意義上的顯示屏，它的亮度更高、體型更小、能耗更低，并且其使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，抗沖擊性強(qiáng)。就此，傳統(tǒng)意義上的LED顯示屏無法比擬，所以點(diǎn)陣屏在信息顯示方面被大家認(rèn)可和使用。

1 總體方案

點(diǎn)陣LED顯示屏系統(tǒng)體現(xiàn)的性能包含顯示漢文和字符等。由于STC89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送和存儲(chǔ)方便，這就為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。時(shí)鐘芯片DS1302主要性能在于顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，同時(shí)74HC154芯片驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的行，74HC595芯片驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的列，系統(tǒng)的控制模塊選擇STC89C52單片機(jī)。構(gòu)造框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片選擇

STC89C52是一個(gè)8位的COMS單片機(jī)，片上8KB的flash內(nèi)存可以被系統(tǒng)重寫或編程，同時(shí)，它擁有32個(gè)GPIO、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)全雙工的串行端口等等，也屬于89C52單片機(jī)的內(nèi)部資源。同時(shí)，此芯片也具有低功耗（低速模式，空閑模式，掉電模式）、大容量（最大2048B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）、寬工作電壓（2.4V～3.8V，3.8～5.5V）等優(yōu)良特點(diǎn)。此外，89C52單片機(jī)還可以通過軟件配置成空閑或掉電模式來降低功耗。

2.2 74HC154芯片簡(jiǎn)介

由于點(diǎn)陣屏的型號(hào)選擇了1088BX的8*8LED點(diǎn)陣，行驅(qū)動(dòng)必須輸出高電平，這樣LED點(diǎn)陣的所有行才會(huì)被選中，介于74HC154芯片的輸出是低電平有效，所以在每個(gè)輸出端口要使用74HC04芯片進(jìn)行取反才能將行選通。

2.3 74HC595芯片簡(jiǎn)介

該芯片是8位串行輸入，8位串行或并行漏極開路輸出，同時(shí)輸出端口是三態(tài)輸出的形式。它的功能就是可以把串聯(lián)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行并聯(lián)的輸出。

2.4 時(shí)鐘芯片DS1302簡(jiǎn)介

DS1302芯片它的突出特點(diǎn)為能夠在任何時(shí)間內(nèi)清楚地顯示年、月、日、時(shí)、分、秒等詳細(xì)時(shí)間信息。時(shí)鐘也可以有兩種設(shè)置，分別顯示24小時(shí)和12小時(shí)。該芯片引腳間配備有大容量晶振（容量為32.768KHZ）。與DS1202相比，該時(shí)鐘芯片具備雙電源管腳，此外還增加了7個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器。需要指出的是，單片機(jī)在與DS1302進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)寫入DS1302的順序是先低字節(jié)后高字節(jié)。

2.5 8*8LED點(diǎn)陣顯示屏

所謂LED點(diǎn)陣就是將多個(gè)二極管按照一定的方式進(jìn)行排列組合成一個(gè)陣列實(shí)現(xiàn)的。目前比較常見的類型有5*5，5*7，8*8等。對(duì)于本設(shè)計(jì)來說，使用8個(gè)8*8的點(diǎn)陣，排列成兩行四列的形式，便形成了該設(shè)計(jì)中的16*32LED顯示屏。為了編程的方便好用，本設(shè)計(jì)中采用了串并聯(lián)轉(zhuǎn)換器74HC154，他的輸出引腳數(shù)正好對(duì)應(yīng)點(diǎn)整顯示屏的引腳數(shù)，同時(shí)也擁有使用少量的線路傳輸大量的數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。

點(diǎn)陣式LED顯示屏的功能是顯示圖形或文字等信息，可以起到很好的宣傳作用。點(diǎn)陣屏封裝類型很多，適用于不同的需求或場(chǎng)合，用于顯示西方字符的顯示屏多為7*9、5*7的結(jié)構(gòu)形式，而中文字符的顯示通常采用8*8的結(jié)構(gòu)[7]

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要由LED點(diǎn)陣、單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、行控和列控幾大板塊構(gòu)成。具體的硬件電路如圖2所示。

圖2 硬件電路圖

3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

復(fù)位電路在系統(tǒng)中尤為重要，無論是調(diào)試還是程序運(yùn)行，復(fù)位功能必不可少。這次復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是初級(jí)的手動(dòng)復(fù)位，它可以順利地做到程序的初始設(shè)置，也節(jié)約了大量的調(diào)試時(shí)間。

3.2 晶振電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路一般分為外部時(shí)鐘電路和內(nèi)部時(shí)鐘電路兩種，其中外部時(shí)鐘電路主要由RC振蕩電路和石英晶體振蕩電路。由于RC振蕩的精度不是很高，而石英晶振又能提供較高精度的時(shí)鐘和相對(duì)較好的穩(wěn)定性，所以一般會(huì)優(yōu)先選擇石英晶振。

實(shí)物中最好使用頻率為12MHZ的晶體振蕩進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外基于振蕩的穩(wěn)定性和振蕩頻率的考慮并參考多種電路設(shè)計(jì)，最終確定電容容值取33uf。

3.3 控制單元設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路三個(gè)部分共同構(gòu)成了該設(shè)計(jì)的控制單元。而整個(gè)電路的設(shè)計(jì)的核心控制器是STC89C52，在仿真中沒有找到該芯片，就用相同功能的80C52做了替換。

3.4 按鍵電路

按鍵電路中包括設(shè)置鍵，切換鍵，減鍵，加鍵。仿真時(shí)，若設(shè)置鍵只按一下，則進(jìn)入萬(wàn)年歷的修改模式。由于系統(tǒng)的時(shí)間可能會(huì)與時(shí)間的時(shí)間存在偏差，所以此項(xiàng)步驟是必須要進(jìn)行的。一旦修改完成，之后的多次仿真就不必在再進(jìn)行修改。首先按動(dòng)切換鍵進(jìn)入年份的修改，如果存在偏差這時(shí)可以按動(dòng)加減鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)；再次按動(dòng)切換鍵進(jìn)入月份的修改。由此類推，日期，小時(shí)，分鐘，秒數(shù)的修改也這樣進(jìn)行。修改完成，則可進(jìn)入仿真模式。將設(shè)置鍵按兩次，則仿真開始，LED點(diǎn)陣屏將會(huì)顯示特定的漢字、字符以及萬(wàn)年歷。

4 主程序流程圖（見圖3）

圖3 主程序流程圖

5 系統(tǒng)調(diào)試

基于C語(yǔ)言通俗易懂，可移植性好以及自身對(duì)編程語(yǔ)言的掌握情況，最終選擇了C語(yǔ)言作為程序語(yǔ)言。開發(fā)平臺(tái)選擇的編譯軟件keil4，Keil4編譯生成.hex格式的文件，這個(gè)文件用于Proteus仿真和實(shí)物下載本設(shè)計(jì)的仿真軟件選擇Proteus。該軟件的最大優(yōu)點(diǎn)便是操作簡(jiǎn)單，并集成了很多元器件，對(duì)電路的開發(fā)提供了很大的方便。仿真搭建的過程還是比較簡(jiǎn)單，首先從庫(kù)中調(diào)取所需要的元器件，并進(jìn)行引腳間的連線；而后雙擊仿真中的單片機(jī)加載由keil產(chǎn)生的文件；最后點(diǎn)擊仿真屏幕左下角的“三角號(hào)”運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的LED電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)已順利完成，其設(shè)計(jì)達(dá)到相關(guān)要求。該系統(tǒng)發(fā)展前景良好，應(yīng)用市場(chǎng)廣泛，值得研究和使用。