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1、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发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。 随着信息产业的高速发展，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、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，LED 显示已成 为城市亮化、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 1616 LED
2、汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、 程序编译与下载等基本环节和相关技术。2 硬件电路组成及工作原理本产品拟采用以 AT89C51 单片机为核心芯片的电路来实现，主要由 AT89C51 芯片、时钟 电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154)、1616 LED 点阵 5 部分组成，如图 1 所示。其中，AT89C51 是一种带 4 kB 闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能 CMOS 型 8 位微处理器，俗 称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制
3、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。他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制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 C2，C3 组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻 R1，R2，电容 C1，开关 K1 组成，分别 接至 AT89C51 的 RST
4、 复位输入端。LED 点阵显示屏采用 1616 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 判断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，就可以得到 显示的汉字了。但是若将 LED 点阵的行列端口全部直接接入 89S51 单片机，则需要使用 3 2 条 IO 口，这样会造成 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 条行线直接接在 P0 口和 P2 口，至于列选扫描信号则是由 4-16 线译 码器 74HC154 来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的
5、 4 个 IO 口，节约了很多 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 用 4.7 k 排电阻作为上拉电阻。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻 R1，电容 C1 的作用，使单片机的 R ST 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
6、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获取方法我们以 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。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个 字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在 256 象素 范围内的任何图形。如查用 8 位的 AT89C51 单片机控制，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。为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可拆分为上部 和下部，上部由 816 点阵
7、组成，下部也由 816 点阵组成。本例通过列扫描方法首先显示 左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P00P07 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，继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 可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，十六进制则为 0 0h。依照这个方法转向第二列、
8、第三列，直至第十六列的扫描，一共扫描 32 个 8 位， 可以得出汉字“大”的扫描代码为：由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码 从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。为此，我们经常采用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，汉字点阵显示一般有点扫描、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 1664=1 024 Hz，周期
9、小于 1 ms 即可。行扫描和列扫描方法 的扫描频率必须大于 168=128 Hz，周期小于 7.8 ms 即可，但是一次驱动一列或一行(8 颗 LED)时需外加驱动电路提高电流，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。5 PCB 设计与元件装配本作品采用通用的 Protel 99SE 板级 EDA 软件完成 PCB 图的设计，详细设计过程略。考虑到本设计用到的元件数量不多，我们基本采用单面布线策略，只使用了少量的顶层跨接导 线，以便于业余设计制作。已设计好的 PCB 图见图 5 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
10、，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阶段。制作与调试时，在AT89 C2051 的位置应安装 20 脚的 IC 座，以便使单片机可以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主要由开始、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，准备一台可以烧写 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很 高，只要元件较好，参数基本符合要求，焊接装配后即可正常工作。7 结 语虽然本设计只使用了一块 1616 LED 点阵，电路简单，但是已经包涵了 LED 显示屏的电 路基本原理和基本程序，只要扩展单片机的 IO 接口，并增加一些 LED 点阵和相关芯片，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。.