LED汉字显示屏设计与制作
LED汉字显示屏设计与制作
1 引言
在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。LED行业已成为一个快速进展的新兴产业，市场空间庞大，前景宽敞。随着信息产业的高速进展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆竞赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。明显，LED显示已成为都市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。
本文基于单片机(AT89C51)讲述了16×16 LED汉字点阵显示的差不多原理、硬件组成与设计、程序编译与下载等差不多环节和有关技术。
2 硬件电路组成及工作原理
本产品拟采纳以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，要紧由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154)、16×16 LED点阵5部分组成，如图1所示。
其中，AT89C51是一种带4 kB闪耀可编程可擦除只读储备器(Falsh Programmable and Erasabl e Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件
采纳ATMEL高密度非易失储备器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪耀储备器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写／擦循环，数据保留时刻为10年。他是一种高效微操纵器，为专门多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。
时钟电路由AT89C51的18，19脚的时钟端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、电容C 2，C3组成，采纳片内振荡方式。
复位电路采纳简易的上电复位电路，要紧由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分不接至AT89C51的RST复位输入端。
LED点阵显示屏采纳16×16共256个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判定出该点阵的引脚分布，如图2所示。
我们把行列总线接在单片机的IO口，然后把上面分析到的扫描代码送人总线，就能够得到显示的汉字了。然而若将LED点阵的行列端口全部直截了当接入89S51单片机，则需要使用32条I O口，如此会造成IO资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED 点阵的16条行线直截了当接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74HC154来选择操纵，如此一来列选操纵只使用了单片机的4个IO口，节约了专门多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0口必需设置上拉电阻，我们采纳4.7 kΩ排电阻作为上拉电阻。
汉字扫描显示的差不多过程是如此的：通电后由于电阻R1，电容C1的作用，使单片机的RS T复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C2，C3，X1以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照设定的程序在P0和P2接口输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行选线(高电平驱动)，同时在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选
中相应的象素LCD发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。
3 汉字的点阵显示原理及字库代码猎取方法
我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们能够把每一个点明白得为一个象素，而把每一个字的字形明白得为一幅图像。事实上那个汉字屏不仅能够显示汉字，也能够显示在256象素范畴内的任何图形。如查用8位的AT89C51单片机操纵，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分，如图3所示。
为了弄清晰汉字的点阵组成规律，第一通过列扫描方法猎取汉字的代码。汉字可拆分为上部和下部，上部由8×16点阵组成，下部也由8×16点阵组成。本例通过列扫描方法第一显示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00～P07口，方向为P00到P07，显示汉字“大”时，P05点亮，由上往下排列，为：P0.0灭，P0.1灭，P0.2灭P0.3灭，P0.4灭，P0.5亮，P0.6灭，P0.7灭。即二进制00000100，转换为十六进制为04h。上半部第一列完成后，连续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从图3能够看到，这一列全部为不亮，即为00000000，十六进制则为00h。按照那个方法转向第二列、第三列，…，直至第十六列的扫描，一共扫描32个8位，能够得出汉字“大”的扫描代码为：
由那个原理能够看出，不管显示何种字体或图像，都能够用那个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。
上述方法尽管能够让我们弄清晰汉字点阵代码的猎取过程，然而依靠人工方法猎取汉字代码是一件专门繁琐的情况。为此，我们经常采纳字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图4所示。
可见，汉字点阵显示一样有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16×64=1 024 Hz，周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16×8=128 Hz，周期小于7.8 ms即可，然而一次驱动一列或一行(8颗LED)时需外加驱动电路提升电流，否则LED亮度会不足。
4 元器件选择
本设计所需元器件如表1所示。
本电路对元件参数没有苛刻要求，只要元器件选择正确，无损坏，电路板制作工艺良好，把所有电子元件正确焊接装配后即可进入程序下载和调试工作时期。制作与调试时，在AT89C2051的位置应安装20脚的IC座，以便使单片机能够从电路板中拿下去烧写程序。
6 程序设计、烧录与调试
软件程序要紧由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图如图6和图7所示。
下面的程序能够用来实现“为中华之崛起而学习”等汉字的显示。程序清单如下：
在完成编写程序的编译和仿真之后，预备一台能够烧写AT89C51的编程器并与电脑主机硬件连接后即可对AT89C51芯片进行程序烧录下载，然后，将烧录好程序的AT89C51单片机装入到40脚的IC座上，通电即可调试和运行，由于本例电路对元件参数的要求不是专门高，只要元件较好，参数差不多符合要求，焊接装配后即可正常工作。
7 结语
尽管本设计只使用了一块16×16 LED点阵，电路简单，然而差不多包涵了LED显示屏的电路差不多原理和差不多程序，只要扩展单片机的IO接口，并增加一些LED点阵和有关芯片，就能设计出更大面积、更多花样的LED显示屏。因此本文对同类设计具有一定的理论和实践参考价值。