基于單片機的LED電子顯示屏系統設計

◇咸陽師范學院物理與電子工程學院 郝海燕 龔 杰

在科技先進的時代，點陣顯示屏在市場上已被廣泛使用，比如機場，銀行等一些重要場所。本文以單片機為基礎，設計出一種構造簡單的LED電子顯示屏。該點陣屏由微型單片機，時鐘電路，以及LED點陣等其余電路共同組成。該系統發展前景良好，應用市場廣泛，值得研究和使用。

LED點陣電子顯示屏是由多個發光二極管陣列組成，顯示屏的內容通過相應位置的亮暗來控制。其顯示內容的顏色可由選用的半導體材料的不同而產生差異。目前應用的是紅，綠，黃三種色彩。LED屏顯示的種類包括漢字，圖像和視頻，用途十分廣泛，特別是在公共場合使用點陣式顯示屏。

LED點陣顯示屏相對于我們傳統意義上的顯示屏，它的亮度更高、體型更小、能耗更低，并且其使用壽命長，性能穩定，抗沖擊性強。就此，傳統意義上的LED顯示屏無法比擬，所以點陣屏在信息顯示方面被大家認可和使用。

1 總體方案

點陣LED顯示屏系統體現的性能包含顯示漢文和字符等。由于STC89C52單片機的數據傳送和存儲方便，這就為系統的實現提供了可能性。時鐘芯片DS1302主要性能在于顯示實時時間，同時74HC154芯片驅動LED點陣的行，74HC595芯片驅動LED點陣的列，系統的控制模塊選擇STC89C52單片機。構造框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

2 系統硬件設計

2.1 主控芯片選擇

STC89C52是一個8位的COMS單片機，片上8KB的flash內存可以被系統重寫或編程，同時，它擁有32個GPIO、3個16位定時器/計數器和一個全雙工的串行端口等等，也屬于89C52單片機的內部資源。同時，此芯片也具有低功耗（低速模式，空閑模式，掉電模式）、大容量（最大2048B片內數據存儲器）、寬工作電壓（2.4V～3.8V，3.8～5.5V）等優良特點。此外，89C52單片機還可以通過軟件配置成空閑或掉電模式來降低功耗。

2.2 74HC154芯片簡介

由于點陣屏的型號選擇了1088BX的8*8LED點陣，行驅動必須輸出高電平，這樣LED點陣的所有行才會被選中，介于74HC154芯片的輸出是低電平有效，所以在每個輸出端口要使用74HC04芯片進行取反才能將行選通。

2.3 74HC595芯片簡介

該芯片是8位串行輸入，8位串行或并行漏極開路輸出，同時輸出端口是三態輸出的形式。它的功能就是可以把串聯輸入的數據進行并聯的輸出。

2.4 時鐘芯片DS1302簡介

DS1302芯片它的突出特點為能夠在任何時間內清楚地顯示年、月、日、時、分、秒等詳細時間信息。時鐘也可以有兩種設置，分別顯示24小時和12小時。該芯片引腳間配備有大容量晶振（容量為32.768KHZ）。與DS1202相比，該時鐘芯片具備雙電源管腳，此外還增加了7個字節的存儲器。需要指出的是，單片機在與DS1302進行數據傳輸的過程中，數據寫入DS1302的順序是先低字節后高字節。

2.5 8*8LED點陣顯示屏

所謂LED點陣就是將多個二極管按照一定的方式進行排列組合成一個陣列實現的。目前比較常見的類型有5*5，5*7，8*8等。對于本設計來說，使用8個8*8的點陣，排列成兩行四列的形式，便形成了該設計中的16*32LED顯示屏。為了編程的方便好用，本設計中采用了串并聯轉換器74HC154，他的輸出引腳數正好對應點整顯示屏的引腳數，同時也擁有使用少量的線路傳輸大量的數據的優點。

點陣式LED顯示屏的功能是顯示圖形或文字等信息，可以起到很好的宣傳作用。點陣屏封裝類型很多，適用于不同的需求或場合，用于顯示西方字符的顯示屏多為7*9、5*7的結構形式，而中文字符的顯示通常采用8*8的結構[7]

3 系統硬件電路設計

硬件電路主要由LED點陣、單片機最小系統、按鍵電路、行控和列控幾大板塊構成。具體的硬件電路如圖2所示。

圖2 硬件電路圖

3.1 復位電路設計

復位電路在系統中尤為重要，無論是調試還是程序運行，復位功能必不可少。這次復位電路的設計是初級的手動復位，它可以順利地做到程序的初始設置，也節約了大量的調試時間。

3.2 晶振電路設計

時鐘電路一般分為外部時鐘電路和內部時鐘電路兩種，其中外部時鐘電路主要由RC振蕩電路和石英晶體振蕩電路。由于RC振蕩的精度不是很高，而石英晶振又能提供較高精度的時鐘和相對較好的穩定性，所以一般會優先選擇石英晶振。

實物中最好使用頻率為12MHZ的晶體振蕩進行設計，此外基于振蕩的穩定性和振蕩頻率的考慮并參考多種電路設計，最終確定電容容值取33uf。

3.3 控制單元設計

單片機最小系統，復位電路，時鐘電路三個部分共同構成了該設計的控制單元。而整個電路的設計的核心控制器是STC89C52，在仿真中沒有找到該芯片，就用相同功能的80C52做了替換。

3.4 按鍵電路

按鍵電路中包括設置鍵，切換鍵，減鍵，加鍵。仿真時，若設置鍵只按一下，則進入萬年歷的修改模式。由于系統的時間可能會與時間的時間存在偏差，所以此項步驟是必須要進行的。一旦修改完成，之后的多次仿真就不必在再進行修改。首先按動切換鍵進入年份的修改，如果存在偏差這時可以按動加減鍵進行調節；再次按動切換鍵進入月份的修改。由此類推，日期，小時，分鐘，秒數的修改也這樣進行。修改完成，則可進入仿真模式。將設置鍵按兩次，則仿真開始，LED點陣屏將會顯示特定的漢字、字符以及萬年歷。

4 主程序流程圖（見圖3）

圖3 主程序流程圖

5 系統調試

基于C語言通俗易懂，可移植性好以及自身對編程語言的掌握情況，最終選擇了C語言作為程序語言。開發平臺選擇的編譯軟件keil4，Keil4編譯生成.hex格式的文件，這個文件用于Proteus仿真和實物下載本設計的仿真軟件選擇Proteus。該軟件的最大優點便是操作簡單，并集成了很多元器件，對電路的開發提供了很大的方便。仿真搭建的過程還是比較簡單，首先從庫中調取所需要的元器件，并進行引腳間的連線；而后雙擊仿真中的單片機加載由keil產生的文件；最后點擊仿真屏幕左下角的“三角號”運行。

6 結語

基于單片機的LED電子顯示屏系統設計已順利完成，其設計達到相關要求。該系統發展前景良好，應用市場廣泛，值得研究和使用。