王文胜

摘 要：本文分为三大部分对汉字LED显示模块的制作进行介绍，一是系统总体设计思路，二是系统硬件设计，三是系统软件设计，其中重点阐述了基于AT89C51单片机控制的 16×16 LED汉字点阵显示的电路的设计方案、显示电路的工作原理、硬件電路设计与制作和控制程序编写等关键技术。

关键词：单片机；LED点阵；汉字显示

LED显示屏的应用已经十分广泛，在政府机关单位、学校、医院、商场、宣传栏门口用LED显示文字及图形，取代了传统的纸质或灯箱广告。LED作为一个新兴发展的行业，更换文字及图形方便快捷，可重复利用，越来越多的商家会采用LED广告屏。

1 LED控制系统设计思路

1.LED系统电路主要由AT89C51单片机、电源模块、驱动模块、显示模块构成，如图1所示。

2.总电路图如图2所示。P1口低4位接译码器74LS154译码输出经过三极管8550放大后作为行输出，其中P1.7口输出控制74LS154的工作。列方面采用74HC595集成芯片，P1.5、P1.6口信号作为时钟和清零脉冲控制，而串口的信号作为74HC595的工作选通和输出的移位控制。单片机通过程序同时控制行和列的扫描就能得到想要的文字或图形。

2 LED系统各模块电路工作原理

1.单片机控制模块

单片机采用AT89C51芯片。该芯片带4K字节可编程存储器、128字节内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断元、片内振荡电路及时钟电路。

（1）引脚功能说明

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

（2）单片机最小系统如图4所示，由时钟、复位电路构成。

2.驱动模块

（1）列驱动

列驱动电路设计如图5所示。采用两个74HC595芯片，每一个控制8列。74HC595内含8位串入、串/并出移位存储器和8位三态输出锁存器。具有速度快、功耗小、操作简单的特点，可以很方便地用于单片机接口进行驱动LED的操作。

（2）行驱动

电路设计如图6所示。74LS154把单片机P1.0-P1.3输出的二进制信号译码后生成16个选通信号线，再经过三极管驱动对应的行线，如图4所示。一个三极管要带动16列的LED发光显示，每一个发光二极管按8 mA电流计算，16个 LED同时发光时，需要128mA电流。

3.LED显示模块

（1） LED点阵显示屏中的每个发光二极管即代表一个像素，发光二极管的个数越多，像素越高，显示的内容越丰富。8X8的点阵只能显示一些比较简单的符号，显示一个汉字至少需要16 X16的点阵。 市面上很少16X16LED显示屏，可采用4个8X8LED组成16X16LED显示屏的方法。连接方法如图7所示，用四个点阵对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行16个LED，列线也相同。并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便连接其他驱动。单片机中点阵LED的显示原理和计算机中的图像和字符的显示原理类似，需要显示的数据以0和1来表示的。点阵LED显示模块由若干行列点阵组成一个显示矩阵。需要显示的图像和字符都以0或1组成的显示矩阵方式来保存，通过液晶显示控制器，在点阵上对0或1的信息以熄灭或点亮的方式进行显示，最终显示出整个图像和字符。

（2）字库提取，可从网上下载一个字模生成软件，设置好打开字库提取软件，输入汉字，点击检索，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把代码复制到程序中即可。字库代码获取方法如图8所示，

4.电源模块

电源的选取既要考虑电压的大小，还要考虑功率的需求。功率主要消耗在显示屏上，功率不够会导致发光亮度不足。本系统可采用100W/5V电源。

3 系统程序的设计与调试

系统主程序开始以后，先对系统复位，然后以“卷帘出”效果显示“河源技师学院”文字，停留约数秒后；接着向上滚动显示 “河源技师学院”文字，停留约数秒后；再向左跑马显示“河源技师学院”文字，然后以“卷帘入”效果隐去“河源技师学院”6个文字。停留时间的长短可以通过软件设置，由于单片机没有设置停机指令，系统程序会不断地循环执行上述显示效果，程序编写完成后在Proteus仿真软件中调试，然后在硬件电路中调试。程序流程图如图8所示。

参考文献

[1]金杰，郭宝生.基于Proteus仿真的单片机技能应用[M].北京：电子工业出版社，2014年

[2]蔡宝全，孙立津.STC单片机应用教程[M].北京：电子工业出版社，2014年

[3]潘永雄，伍军.单片机原理与应用（第三版）[M]..北京：电子工业出版社，2013年

[4]赵晓安.计算机硬件技术基础教程——MCS-51单片机原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2006年

[5]雷林均.单片机控制装置安装与调试[M].北京：电子工业出版社，2011年

[6]李志亰.单片机应用技能实训[M].南京：江苏教育出版社，2010年