汕尾市職業(yè)技術(shù)學(xué)校 張光建

針對LED點(diǎn)陣顯示漢字需要占用單片機(jī)多個并行口的問題，提出了基于89S51單片機(jī)的16×16點(diǎn)陣漢字顯示設(shè)計，利用74HC138和74HC595對單片機(jī)并行口進(jìn)行擴(kuò)展，從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計方案等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別進(jìn)行了詳細(xì)討論。

隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，LED點(diǎn)陣屏作為文字和圖形顯示的新型媒體，由于亮度高、耗能低、色彩鮮艷、壽命長等特點(diǎn)，迅速出現(xiàn)在學(xué)校、醫(yī)院、車站等場所。但LED點(diǎn)陣顯示需要占用單片機(jī)多個并行口，而通用移位寄存器74HC595T和譯碼器74HC138，可以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)IO的擴(kuò)展，從而節(jié)約了大量的并口資源。本設(shè)計詳細(xì)介紹了74HC138和74HC595芯片在1616×16點(diǎn)陣LED顯示屏的應(yīng)用。

1 電路總體設(shè)計

16×16點(diǎn)陣漢字顯示電路如圖1所示，它由一片16×16點(diǎn)陣LED顯示屏、兩片74HC138構(gòu)成的行控制單元、兩片74HC595構(gòu)成的列控制單元及AT89S51單片機(jī)構(gòu)成。列控制單元用于輸入數(shù)據(jù)，而行控制單元用于逐行掃描。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 16×16點(diǎn)陣工作原理

本設(shè)計采用的是共陰16×16點(diǎn)陣顯示模塊。它由256只發(fā)光二極管按一定規(guī)律安裝成方陣，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出，總共有16行和16列，每行的發(fā)光二極管陰極相連，每列的發(fā)光二極管陽極相連。在行和列的交叉處有一個發(fā)光二極管，要使其中任一個二極管發(fā)光，則其對應(yīng)行為低電位，而對應(yīng)的列為高電位即可。

1.2 行控制單元

行控制單元的控制原理是：先使第一行Y0為低電平，其余行為高電平，顯示第一行數(shù)據(jù)；然后第二行Y1為低電平，其余行電平，顯示第二行數(shù)據(jù)。按照這個規(guī)律每行以較快的速度不斷進(jìn)行刷新，由于發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)和人的視覺暫留現(xiàn)象兩個因素，給人的印象就是一組靜態(tài)的數(shù)據(jù)，不會產(chǎn)生閃爍感。動態(tài)顯示能夠節(jié)省I/O端口，且功耗低。

本設(shè)計采用74HC138三位譯碼器。此譯碼器的原理如圖3所示。由于該譯碼器僅有8個輸出，而16×16點(diǎn)陣顯示模塊有16行，故采用兩片74HC138級聯(lián)控制16×16點(diǎn)陣顯示模塊的行。

圖2 共陰16×16點(diǎn)陣顯示模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 兩片74HC138級聯(lián)電路圖

1.3 列控制單元

列控制單元采用兩片74HC595級聯(lián)，如圖4所示。74HC595把串行輸入信號轉(zhuǎn)換成并行輸出信號，其引腳功能如下：（1）串行輸入端為DS；（2）8位并行輸出端為Q0-Q7，SQ為串行輸出端，它把數(shù)據(jù)輸出到另一片74HC595的串行輸入端；為移位寄存器清零端，當(dāng)位低電位時能把移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。一般接高電平；（4）RCK為數(shù)據(jù)輸入時鐘端。當(dāng)該引腳上升沿時移位數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，從Q0移到Q1，Q1移到Q2，最后Q6移到Q7。當(dāng)為下降沿時移位數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)不變；（5）RCK為輸出存儲器鎖存時鐘端。該引腳信號上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變：為使能端，一般接地。

74HC595的工作如下：當(dāng)SCK引腳有一個上升沿脈沖時，DS的數(shù)據(jù)送入移位寄存器一位，連續(xù)8個上升沿脈沖時，可以將一個8位數(shù)據(jù)送入到移位寄存器。同時SQ也串行輸出移位寄存器的高位值。當(dāng)RCK引腳有一個上升沿脈沖時，移位寄存器中的值鎖到鎖存寄存器中。當(dāng)為低電平時，數(shù)據(jù)從Q0-Q7輸出。U3的Q0-Q7端控制16×16點(diǎn)陣顯示模塊的X0-X7列，而U4的Q0-Q7端16×16點(diǎn)陣顯示模塊的X8-X15列。

圖4 兩片74HC595級聯(lián)電路圖

1.4 AT89S51的控制端口

AT89S51的P0.0-P0.4分別接行控制單元的A0、A1、A2、A3和EN四個端口，而P0.5-P0.7分接列控制單元的DS、RCK和SCK三個端口。

2 用字模軟件獲取漢字點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)

任何一個漢字或字符號都是多個點(diǎn)組成的，漢字可以由16×16點(diǎn)陣組成。目前點(diǎn)陣取模軟件有多種，本設(shè)計采用PCtoL CD2002軟件。參數(shù)設(shè)置為：點(diǎn)陣格式為“陽碼”，取模方式為“逐行式”，取模走向?yàn)椤绊樝颉?，每行顯示數(shù)據(jù)為“點(diǎn)陣16”。

3 繪制程序流程圖

根據(jù)編程思路，該設(shè)計有四個模塊：主程序模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)模塊、數(shù)據(jù)鎖存模塊和列控制模塊。主程序不斷循環(huán)控制上半屏和下半屏的顯示，實(shí)現(xiàn)漢字動態(tài)顯示。剩下三個模塊用于對列的控制和數(shù)據(jù)的傳送。程序流程圖如圖5所示。

參考程序如下：

圖5 主程序點(diǎn)陣漢字顯示流程圖

經(jīng)過調(diào)試，顯示效果如圖6所示，達(dá)到了設(shè)計效果。

圖6 調(diào)試后的效果圖