基于单片机的led滚动汉字显示器设计

基于单片机的led滚动汉字显示器设计内容摘要：

如果 将 LED 点阵的行列端口全部直接接入 AT89C51单片机， 则需要使用 32条 I/O口，这样会造成 I/O资源的耗尽，系统也再无扩充的余地 ，因此，我在 设计 中 将 LED 点阵的 16条 行 线 与两片 74HC595 的并行输出端之间通过 的电阻连接 ， 列 选扫描信号 由 416 线译码器 74HC154来选择控制，这样一来列选控制 和行选控制共 使用了单片机的 8个 I/O口，节约了很多 I/O资源，为系统扩 展 提供了条件。 总体设计 通过 节的工作原理，我画出该系统的框图。 总体设计框图如图 : 图 总体设计框图 单 片 机 LED显示屏 列驱动器 行 驱动器 时钟电路 复位电路 电源 电路 第 3 章 系统硬件设计 AT89C51 芯片的 简要 介绍 AT89C51 是一种带 4kB 闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS型 8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 公司高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行 1 000 次写／擦循环，数据保留时间为 10 年。 他是一种高效微型控制器，它灵活性高，价格低廉，常用于嵌入式控制系统。 因此，在智能化电子设计与 制作过程中经常用到 AT89C51 芯片。 其引脚分配见图。 图 AT89C51引脚图 AT89C51 拥有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双工串行通信口。 AT89C51可以按 照常规方法进行编程，也可以在线编程。 其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C51 的主要性能参数： （ 1）与 MCS51 产品指令系统完全兼容； （ 2） 4k字节可重擦写 Flash 闪速存储器； （ 3） 1000 次擦写周期； （ 4） 128*8 字节内部 RAM； （ 5） 32个可编程 I /O 口线； （ 6）低功耗空闲和掉电模式； （ 7） 6个中断源。 在这次设计中所用到的 AT89C51 管脚说明： P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O口， P1 口缓冲器能接出 4 个 TTL 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 口作为第八位地址接收。 P3 口： P3 口管脚是 8个内部带上拉电阻的双向 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，这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 所示。 表 P3口的特出功能 管脚号 管脚名 备选功能 RXD 串行输入口 TXD 串行输出口 /INT0 外部中断 0 /INT1 外部中断 1 T0 记时器 0外部输入 T1 记时器 1外部输入 /WR 外部数据存储器写选通 /RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。 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。 时钟电路 时钟电路是 为单片机提供精确定时的内置电路， 其基本功能 是 用于计时、 通讯时钟发生器、时间中断源等。 本设计的时钟电路由 AT89C51 的 18,19 脚的时钟端（ XTAL1 及 XTAL2） 以及12MHz 晶振 X瓷片电容 C2， C3 组成，采用片内振荡方式。 图 时钟电路图 复位电路 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。 为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。 本设计采用简易的上电复位电路，主要由电阻 R1， R2，电容 C1，按键开关组成，分别接至 AT89C51 的 RST 复位输入端。 图 复位电路图 驱动电路设计 行驱动电路设计 为节省 I/O 口资源，方便于扩展，行驱动电路采用串口输入。 本设计电路中行 方向由 两片 74HC595 完成扫描， 它 由 AT89C51 的 控制， 将 LED点阵的 16条 行 线 与两片 74HC595 的并行输出端之间通过 的电阻连接。 74HC595 是一款低噪声、低功耗、高速的 COMS 移位寄存器，能够驱动 15 个 TTL 的负载。 该器件包含一个 8位串行输入，并行输出的移位寄存器及带有三态输出控制的 8位 D型存储器。 移位寄存器和存储器分别由独立的时钟提供信号。 移位寄存器内置直接清零，串行输入和用于级联的串行输出功能。 时钟的上升沿触发移位寄存器和存储器。 如果同一个时钟提供信号，则移位寄存器的状态必须比存储器提前一个脉冲信号。 74HC595 的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位 的过程中，输 出端的数据可以保持不变。 这在串行速度慢的场合很有用处，数码管 显示不会产生 闪烁感。 74HC595 有很多功能，在点阵显示中用到的串行输入并行输出是其中的一个功能，是通过寄存器 选择 的。 对于动态显示， 行扫描主要处理字模，需要把整个字的字模都打入到 595 芯片，通过 595 来处理，通过子模各个位的移动来实现要显示的字。 在 LED 点阵 显示 屏中， 74HC595 的主要作用应该为： （ 1） 驱动， CMOS 的 74HC595 驱动 LED 点阵 显示 屏没有问题。 （ 2） 串 行输入 转并 行输出 ，非常节约资源，从而可以降低对处理器的 I/O资源 的需求量。 （ 3） 具有三态输出锁存。 （ 4） 多个级联，可以很方便的用于更大的 LED 点阵屏驱动。 74HC595 引脚见图。 图 74HC595引脚图 表 74HC595的真值表 输入 输出 功能 SHCP STCP /OE /MR DS Q7’ Qn X X L ↓ X L NC MR 为低电平时仅影响移位寄存器空移位寄存器到输出寄存器 X ↑ L L X L L 空移位寄存器到输出寄存器清空移位寄存器，并行输出为高阻态 X X H L X L Z 清空移位寄存器，并行输出为高阻态 ↑ X L H H Q6’ NC 逻辑高电平移入移位寄存器状态 0，包含所有的移位寄存器状态移入，例如，以前的状态为 Q6 出现在串行输出位。 X ↑ L H X NC Qn 移位寄存器的 内容到达保持寄存器并从并口输出 ↑ ↑ L H X Q6’ Qn 移位寄存器内容移入，先前的内容到达保持寄存器并输出 74HC595 引脚见图 ，其引脚功能为 : Q1～ Q7: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的 8个段。 Q739。 : 级联输出端 ， 它 可 接下一个 595 的 SI端。 /MR：主复位端，低电平有效位端， 低点平时将移位寄存器的数据清零。 SHCP： 移位寄存器时钟输入 ， 上升沿时数据寄存器的数据移位 ， 下降沿移位寄存器数据不变。 STCP： 存储寄存器时钟输入 ， 上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。 通常将 RCK 置为低电平，当移位结束后，在RCK 端产生一个正脉冲，更新显示数据。 /OE： 低电平 时 输出 ， 高电平时禁止输出（高阻态）。 如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。 比通过数据端移位控制要省时省力。 DS： 串行数据输入。 SI: 串行数据输入端。 Q0：锁存器输出端。 VCC：接 电源。 GND：接地。 列驱动电路设计 列驱动电路 的选择 如果 采取并口输入， 会 占用大量 I/O 口资源。 而 选取串口输入， I/O 口资源使用较少。 所以我选用串口输 入。 本设计中列方向 由 4— 16 译码器 74HC154 完成扫描，它由 AT89C51 的 控制。 74HC154 是一种 单片 4 线 — 16 线译码器 ， 非常适合用于 高性能存储器的译码器。 只要控制端 /E /E2 任意一个为高电平， A、 B、 C、 D 任意电平输入都无效。 /E /E2 必须都为低电平才能操作芯片。 当两个选通输入 /E1 和 /E2 为低时 , 它可将 4 个二进制编码的输入译成 16 个互相独立的输出之一。 实现解调功能的办法是：用 4 个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。 当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高。 表 74HC154的真值表 输入 选定输出（ L） /E1 /E2 D C B A L L L L L L Y0 L L L L L H Y1 L L L L H L Y2 L L L L H H Y3 L L L H L L Y4 L L L H L H Y5 L L L H H L Y6 L L L H H H Y7 L L H L L L Y8 L L H L L H Y9 L L H L H L Y10 L L H L H H Y11 L L H H L L Y12 L L H H L H Y13 L L H H H L Y14 L L H H H L Y15 X H X X X X NONE H X X X X X NONE 图 74HC154引脚图 74HC154 引脚说明： /Y0/Y15：输出端。 GND：接地。 /E1， /E2：使能输入端，低电平有效。 AOA3：地址输入端。 VCC：接电源。 图 74HC154引脚图 74HC154 是 4 线 16 线译码器 /解调器 ，其功能为： （ 1） 将 4 个二进制编码输入译成 16个彼 此 独立的输出之一。 （ 2） 将数据从一个输入线分配到 16个输出的任意一个而实现解调功能。 （ 3） 输入箝位二极管简化了系统设计。 （ 4） 与大部分 TTL 和 DTL 电路完全兼容。 电源模块设计 由于点阵系统耗电量较大 ,如果 采用干电池作为 LED 点阵系统的电源， 使用干电池需经常换电池，不符合节约型 社会 的要求。 采用一片 LM7805 三端稳压器，耗电电流为 100Ma 左右的电源作为系统电源，功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我决定采用 LM7805三端稳压器电源作为系统电源 ，见图。 图 电源模块图 点阵式 LED 汉字显示屏设计 点阵式 LED 显示屏设计 显示部分是本次设计 最 核 心的部分，本设计的 16*16LED 点阵显示屏通过四个 8*8LED 点阵显示屏扩展而成，见图。 图 16*16LED显示屏图 对于 8*8 LED点阵显示有以下两种方案： 静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0 和 1 表示 ,若为。