基于单片机的字符显示设计

杨庆坪 彭森

摘 要：无论在一些大小型的购物商场，还是在车站、医院、宾馆、银行证券市场等公共场所都会看到LED显示屏，它已经分布在我们生活中的各个角落。本文主要介绍LED阵列字符显示设计，以单片机AT89C52作为核心控制器件，该课题设计可实现对字符的显现和移动屏显示。该设计的通信模块是ISP下载编程器，通过编程器实现PC机与单片机AT89C52的连接通信。该设计还有一个优势，就是对单片机的内存和I /O口占用量很少，这样就留出了很多的扩展空间以供后面功能扩展的使用。

关键词：单片机AT89C52；字符显示；通信模块

1 引言

LED阵列字符显示屏不但能够显示出汉字、字母数字、图画等变动的信息；还不局限于室内和户外的环境，哪怕在户外的各种场合都能够使用，这是液晶显示屏、电视墙和投影仪无法具备的。

LED阵列字符显示屏一般具有功耗较小、灯泡亮度较高、使用年限长、较低的工作电压电流、微型化、稳定性强和耐冲击的优点，正是这些优势使之能够在信息领域快速发展并广泛应用，在平板显示这一块已经成为了主流产品。LED阵列字符显现屏的发展将呈现逐步上升的趋势，当前正朝着超高亮度、超高光密度、超高均匀性、耐气候性超强、可靠性超强、全色化全方位化方向发展。LED阵列字符显示屏的在市场上的应用涉及社会生活中的诸多领域，主要包括有：（1）广告媒体广告牌宣传信息等。（2）商业贸易和证券交易。（3）机场等候厅飞机班次动态。（4）交通道路信息。（5）体育场馆比赛信息。（6）调度控制指挥中心信息指引。（7）车站、海河港口指示信息。（8）电信通信、邮政服务、购物商场等一些服务领域信息。

2 系统方案选择

目前市面上绝大部分LED阵列显示屏的都是应用在户外，为了适应需求，就必须对硬件的质量要求非常严格。我们对硬件电路的设计一般是采取分模块的方式，当然这就要求设计的硬件电路能够兼容系统又能达到模块功能所需的要求，采用模块电路最初的想法也是为了维护和检修的便捷。

2.1控制端部分选择

在实时显示当中，LED阵列显示屏能够及时反应PC机上的内容，能够随着PC机上的内容变化而变化。多用于实时播报体育赛事和新闻，但是这种显示对硬件、通信系统这一块要求很高，且制作工艺很复杂，各方面开销都很大，就需要付出很高的成本。而存储显示虽然在实时实效性没有实时显示那么强，但是对硬件和通信系统方面要求不是很高，所以成本相對而言低很多。针对本设计对各方面显示要求没有那么高，且显示的内容也不是很多，所以我这次就选择了以PC机存储显示的方式来显示LED阵列显示屏上的内容。

2.2通信模块方案选择

通信模块一般要满足有快速通信、系统稳定、且简单容易实现的设计要求。一般情形下PC机和LED阵列显示屏的距离比较近，所以对通信距离这里就不做太多的考虑。ISP下载编写程序用于通信部分的程序编写，通过传输线直接对安装好的器件进行编写，这给现代电子产品的研发和生产带来了重大的革命性改变。此设计我采用将USB总线和单片机联合起来进行ISP下载编程的方式。

2.3 控制模块方案选择

单片机的操作也非常的简便，对技术本身的要求也较低，这给很多的初学者的了解和学习带来了便利。之所以此次选择AT89C52系列的单片机，在于它的I/O端口的设置与使用都是非常便捷的，作输入使用时，置为高电平，作为输出使用时，高低电平都可以，而在复位时，只需都置高电平即可。

2.4 显示模块方案选择

显示模块主要由驱动电路和LED阵列显示屏构成，单片机的I/O口是非常有限的，所以一般我们不直接引用I/O口，而是对单片机的I/O口进行外部扩展以增强其双向输入输出的能力，进而对LED阵列显示屏进行驱动。目前构成LED阵列显现屏有两种方式，其中一种是许多个二极管直接焊接成。其二是采用单个发光二极管组成的小LED阵列模块拼接到一起构成一个大的LED阵列显示屏，现在我们比较常用的是8×8和16×16两种模块。第1种是单个发光二极管直接组成的LED阵列显现屏，优势是其中某个LED灯泡有问题时，直接更换坏的那个即可，极大的减低了检修的成本，缺点就是最初的连线焊接毕节复杂，当然在组成大屏LED显示屏时是不采用的，小屏幕时还是理想的。第2种由小点阵模块构成LED阵列显示屏则相反，解决了连线焊接所遇到的困难，但在成本上却存在硬伤，某个LED灯泡出现问题，则必须换掉全部小模块，大大加重了成本。

综合考虑俩种方式的优缺点，以及这次课题设计所使用的LED阵列显示屏尺寸，我决定采用单个发光二极管组成一个16×16LED阵列显示屏的方式，节约成本，多花点时间在连线焊接上，刚好也有利于对我焊接技术的锻炼。

3 电路设计

3.1系统整体设计

显示系统的组成主要由单片机AT89C52、PC机、显示驱动电路、通信系统模块、译码电路和一块16×16的阵列字符显示屏六部分组成。

最终通过网上查找资料和翻阅书籍画出硬件原理图如下图1所示。

整个硬件系统的功能和要求主要有下面几点：

（1）译码的I/O频率和译码电路对高电平、低电平区别能力能够达到显示驱动电路的工作要求。（2）微控制器可以在没有特别供电电源情况下，ISP下载线可以为其供电。（3）整个LED阵列字符显示屏的尺寸最少要满足能够正常显示一个汉字，且清晰明了。

3.2 控制单元设计

控制电路模块设计采用的单片机系统最少要满足一个最小系统标准。一般单片机AT89C52最小系统都包含有复位与时钟电路，一些输入输出端口也可以命令端口。依据要实现的功能选取单片机端口对外部器件进行添加。

3.3列驱动单元设计

该设计采用74HC595芯片对列进行驱动，内含有8位输出锁存器和8位串进并出的移位寄存器，并且这个输出锁存器和移位寄存器它们是相互独立工作，独立控制。显示内容数据会在SH_CP的上升沿阶段进行输入，也是在这个时候将数据存储到存储寄存器中。

整个的工作流程为：首先单片机输送一个八位数据内容到其中一个74HC595芯片的移位寄存器，经过处理，又会输送到输出寄存器进行输出等待，等待输出控制指令下达后进行数据内容输出。对74HC595芯片的13引脚OE端口进行低电平输入，10引脚MR端口进行高电平输入时，数据内容会在SHCP处于上升沿阶段输送到移位寄存器，在STCP处于上拉阶段传送至双向口。

4 结束语

如今我们国家的信息产业这一块发展迅猛，而作为主流平面显示介质的LED阵列字符显示屏的应用也越来越广，对于相关的专业人员需要也是越来越大。尽管如此，我们国家LED阵列字符显示屏的发展技术离世界的领先水平还有很大的距离。因此选了LED阵列字符显示屏这个课题，在今后不论对我个人找工作还是对我国发展LED显示技术都有一定的现实意义。

参考文献

[1]江世明.黄同成等.单片机原理及应用[M].北京：中国铁道出版社，2010年12月.

[2]江世明.单片机原理及应用实验教程[M].北京：中国铁道出版社，2010年12月.

[3]何立民.单片机高级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004年7月.

[4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2003年5月.

[5]王迎旭.单片机原理及及应用[M].北京：机械工业出版社，2010年12月.

作者简介

杨庆坪，邵阳学院信息工程学院电子科学与技术专业学生