楊慶坪 彭森

摘 要：無論在一些大小型的購物商場，還是在車站、醫(yī)院、賓館、銀行證券市場等公共場所都會(huì)看到LED顯示屏，它已經(jīng)分布在我們生活中的各個(gè)角落。本文主要介紹LED陣列字符顯示設(shè)計(jì)，以單片機(jī)AT89C52作為核心控制器件，該課題設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)字符的顯現(xiàn)和移動(dòng)屏顯示。該設(shè)計(jì)的通信模塊是ISP下載編程器，通過編程器實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)AT89C52的連接通信。該設(shè)計(jì)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是對(duì)單片機(jī)的內(nèi)存和I /O口占用量很少，這樣就留出了很多的擴(kuò)展空間以供后面功能擴(kuò)展的使用。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C52；字符顯示；通信模塊

1 引言

LED陣列字符顯示屏不但能夠顯示出漢字、字母數(shù)字、圖畫等變動(dòng)的信息；還不局限于室內(nèi)和戶外的環(huán)境，哪怕在戶外的各種場合都能夠使用，這是液晶顯示屏、電視墻和投影儀無法具備的。

LED陣列字符顯示屏一般具有功耗較小、燈泡亮度較高、使用年限長、較低的工作電壓電流、微型化、穩(wěn)定性強(qiáng)和耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)，正是這些優(yōu)勢(shì)使之能夠在信息領(lǐng)域快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用，在平板顯示這一塊已經(jīng)成為了主流產(chǎn)品。LED陣列字符顯現(xiàn)屏的發(fā)展將呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，當(dāng)前正朝著超高亮度、超高光密度、超高均勻性、耐氣候性超強(qiáng)、可靠性超強(qiáng)、全色化全方位化方向發(fā)展。LED陣列字符顯示屏的在市場上的應(yīng)用涉及社會(huì)生活中的諸多領(lǐng)域，主要包括有：（1）廣告媒體廣告牌宣傳信息等。（2）商業(yè)貿(mào)易和證券交易。（3）機(jī)場等候廳飛機(jī)班次動(dòng)態(tài)。（4）交通道路信息。（5）體育場館比賽信息。（6）調(diào)度控制指揮中心信息指引。（7）車站、海河港口指示信息。（8）電信通信、郵政服務(wù)、購物商場等一些服務(wù)領(lǐng)域信息。

2 系統(tǒng)方案選擇

目前市面上絕大部分LED陣列顯示屏的都是應(yīng)用在戶外，為了適應(yīng)需求，就必須對(duì)硬件的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。我們對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)一般是采取分模塊的方式，當(dāng)然這就要求設(shè)計(jì)的硬件電路能夠兼容系統(tǒng)又能達(dá)到模塊功能所需的要求，采用模塊電路最初的想法也是為了維護(hù)和檢修的便捷。

2.1控制端部分選擇

在實(shí)時(shí)顯示當(dāng)中，LED陣列顯示屏能夠及時(shí)反應(yīng)PC機(jī)上的內(nèi)容，能夠隨著PC機(jī)上的內(nèi)容變化而變化。多用于實(shí)時(shí)播報(bào)體育賽事和新聞，但是這種顯示對(duì)硬件、通信系統(tǒng)這一塊要求很高，且制作工藝很復(fù)雜，各方面開銷都很大，就需要付出很高的成本。而存儲(chǔ)顯示雖然在實(shí)時(shí)實(shí)效性沒有實(shí)時(shí)顯示那么強(qiáng)，但是對(duì)硬件和通信系統(tǒng)方面要求不是很高，所以成本相對(duì)而言低很多。針對(duì)本設(shè)計(jì)對(duì)各方面顯示要求沒有那么高，且顯示的內(nèi)容也不是很多，所以我這次就選擇了以PC機(jī)存儲(chǔ)顯示的方式來顯示LED陣列顯示屏上的內(nèi)容。

2.2通信模塊方案選擇

通信模塊一般要滿足有快速通信、系統(tǒng)穩(wěn)定、且簡單容易實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)要求。一般情形下PC機(jī)和LED陣列顯示屏的距離比較近，所以對(duì)通信距離這里就不做太多的考慮。ISP下載編寫程序用于通信部分的程序編寫，通過傳輸線直接對(duì)安裝好的器件進(jìn)行編寫，這給現(xiàn)代電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)帶來了重大的革命性改變。此設(shè)計(jì)我采用將USB總線和單片機(jī)聯(lián)合起來進(jìn)行ISP下載編程的方式。

2.3 控制模塊方案選擇

單片機(jī)的操作也非常的簡便，對(duì)技術(shù)本身的要求也較低，這給很多的初學(xué)者的了解和學(xué)習(xí)帶來了便利。之所以此次選擇AT89C52系列的單片機(jī)，在于它的I/O端口的設(shè)置與使用都是非常便捷的，作輸入使用時(shí)，置為高電平，作為輸出使用時(shí)，高低電平都可以，而在復(fù)位時(shí)，只需都置高電平即可。

2.4 顯示模塊方案選擇

顯示模塊主要由驅(qū)動(dòng)電路和LED陣列顯示屏構(gòu)成，單片機(jī)的I/O口是非常有限的，所以一般我們不直接引用I/O口，而是對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行外部擴(kuò)展以增強(qiáng)其雙向輸入輸出的能力，進(jìn)而對(duì)LED陣列顯示屏進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。目前構(gòu)成LED陣列顯現(xiàn)屏有兩種方式，其中一種是許多個(gè)二極管直接焊接成。其二是采用單個(gè)發(fā)光二極管組成的小LED陣列模塊拼接到一起構(gòu)成一個(gè)大的LED陣列顯示屏，現(xiàn)在我們比較常用的是8×8和16×16兩種模塊。第1種是單個(gè)發(fā)光二極管直接組成的LED陣列顯現(xiàn)屏，優(yōu)勢(shì)是其中某個(gè)LED燈泡有問題時(shí)，直接更換壞的那個(gè)即可，極大的減低了檢修的成本，缺點(diǎn)就是最初的連線焊接畢節(jié)復(fù)雜，當(dāng)然在組成大屏LED顯示屏?xí)r是不采用的，小屏幕時(shí)還是理想的。第2種由小點(diǎn)陣模塊構(gòu)成LED陣列顯示屏則相反，解決了連線焊接所遇到的困難，但在成本上卻存在硬傷，某個(gè)LED燈泡出現(xiàn)問題，則必須換掉全部小模塊，大大加重了成本。

綜合考慮倆種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，以及這次課題設(shè)計(jì)所使用的LED陣列顯示屏尺寸，我決定采用單個(gè)發(fā)光二極管組成一個(gè)16×16LED陣列顯示屏的方式，節(jié)約成本，多花點(diǎn)時(shí)間在連線焊接上，剛好也有利于對(duì)我焊接技術(shù)的鍛煉。

3 電路設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

顯示系統(tǒng)的組成主要由單片機(jī)AT89C52、PC機(jī)、顯示驅(qū)動(dòng)電路、通信系統(tǒng)模塊、譯碼電路和一塊16×16的陣列字符顯示屏六部分組成。

最終通過網(wǎng)上查找資料和翻閱書籍畫出硬件原理圖如下圖1所示。

整個(gè)硬件系統(tǒng)的功能和要求主要有下面幾點(diǎn)：

（1）譯碼的I/O頻率和譯碼電路對(duì)高電平、低電平區(qū)別能力能夠達(dá)到顯示驅(qū)動(dòng)電路的工作要求。（2）微控制器可以在沒有特別供電電源情況下，ISP下載線可以為其供電。（3）整個(gè)LED陣列字符顯示屏的尺寸最少要滿足能夠正常顯示一個(gè)漢字，且清晰明了。

3.2 控制單元設(shè)計(jì)

控制電路模塊設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)系統(tǒng)最少要滿足一個(gè)最小系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。一般單片機(jī)AT89C52最小系統(tǒng)都包含有復(fù)位與時(shí)鐘電路，一些輸入輸出端口也可以命令端口。依據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能選取單片機(jī)端口對(duì)外部器件進(jìn)行添加。

3.3列驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用74HC595芯片對(duì)列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，內(nèi)含有8位輸出鎖存器和8位串進(jìn)并出的移位寄存器，并且這個(gè)輸出鎖存器和移位寄存器它們是相互獨(dú)立工作，獨(dú)立控制。顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)會(huì)在SH_CP的上升沿階段進(jìn)行輸入，也是在這個(gè)時(shí)候?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)寄存器中。

整個(gè)的工作流程為：首先單片機(jī)輸送一個(gè)八位數(shù)據(jù)內(nèi)容到其中一個(gè)74HC595芯片的移位寄存器，經(jīng)過處理，又會(huì)輸送到輸出寄存器進(jìn)行輸出等待，等待輸出控制指令下達(dá)后進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容輸出。對(duì)74HC595芯片的13引腳OE端口進(jìn)行低電平輸入，10引腳MR端口進(jìn)行高電平輸入時(shí)，數(shù)據(jù)內(nèi)容會(huì)在SHCP處于上升沿階段輸送到移位寄存器，在STCP處于上拉階段傳送至雙向口。

4 結(jié)束語

如今我們國家的信息產(chǎn)業(yè)這一塊發(fā)展迅猛，而作為主流平面顯示介質(zhì)的LED陣列字符顯示屏的應(yīng)用也越來越廣，對(duì)于相關(guān)的專業(yè)人員需要也是越來越大。盡管如此，我們國家LED陣列字符顯示屏的發(fā)展技術(shù)離世界的領(lǐng)先水平還有很大的距離。因此選了LED陣列字符顯示屏這個(gè)課題，在今后不論對(duì)我個(gè)人找工作還是對(duì)我國發(fā)展LED顯示技術(shù)都有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡介

楊慶坪，邵陽學(xué)院信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生