基于单片机的LED汉字显示屏设计与制作

Keywords : single chip ;L ED ;lattice ;Chinese character display
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 L ED 点阵显示图形和汉字 。L ED 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 ,L ED 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 、餐馆报价信息显示 、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 ,L ED 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 。
04 H ,04 H ,0C H ,06 H ,04 H ,04 H ,00 H ,00 H 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 。
收稿日期 :2007 - 03 - 09
描驱动电路 (74 HC154) 、16 ×16 L ED 点阵 5 部分组成 ,如 图 1 所示 。
其中 ,A T89C51 是一种带 4 kB 闪烁可编程可擦除只 读存 储 器 ( Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ,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 A TMEL 高密度非易失存 储器制造技术制造 ,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 A T89C51 芯片 。
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 RST 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 L ED 点阵 的行选线 ( 高电平驱动) , 同时在 P11 1 , P11 2 , P11 3 , P11 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 L CD 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获取方法
我们以 UCDOS 中文宋体字库为例 ,每一个字由 16 行
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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 A T89C51 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 。
关键词 :单片机 ;L ED ;点阵 ;汉字显示 中图分类号 : TP24 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 373X(2007) 13 - 185 - 04
L ED Chinese Character Display Screen Design and Making Based on Single Chip
LON G Anguo
( Yongzhou Professional Technology Institute , Yongzhou ,425006 ,China)
Abstract : This article based on sigle chip ( A T89C51) int roduces a kind of simple 16 3 16L ED Chinese character display screen design and making p rocess ,it includes t he hardware circuit of L ED Chinese character display screen ,design of p rint cir2 cuit board ,assemble language p rogrammer design and debugging and so o n ,it comes down to each tache of t he p rocess of de2 sign and manufact ure of sigle chip elect ronical manufact ure. It can help t he general elect ro nic loving knowing and understand2 ing t he p rinciple of Chinese lattice displaying ,also can help everybody to know t he basic st ruct ure ,t he p rinciple of work and t he applicatio n met hod of MCU ,and enhance t he utilizatio n ability of MCU knowledge and technology.
图 3 汉字显示原理 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 8 ×16 点阵组成 ,下部也由 8 ×16 点阵组成 。本例通过列 扫描方法首先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 : P01 0 灭 , P01 1 灭 , P01 2 灭 P01 3 灭 , P01 4 灭 , P01 5 亮 , P01 6 灭 , P01 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 00h 。依照这个方法转向第二列 、第三列 , …,直至第十六 列的扫描 ,一共扫描 32 个 8 位 ,可以得出汉字“大”的扫描 代码为 :
L ED 点阵显示屏采用 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断出该点阵的 引脚分布 ,如图 2 所示 。
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新型显示技术
龙安国 :基于单片机的 L ED 汉字显示屏设计与制作
图 1 硬件电路组成
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Байду номын сангаас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
4 元器件选择
本设计所需元器件如表 1 所示 。
表 1 元器件选择
元件编号
规格参数
作用简介
U1 L ED1
IC2 IC3 ,IC4
R1 R2 C1
A T89C51 16 ×16L ED 点阵
74 HC154 1 kΩ 排阻
200 Ω 1 kΩ 22μF/ 16 V
核心控制芯片 组成汉字显示屏 4 线 - 16 线译码器
上拉电阻
复位电路
K1 X1 C2 , C3
按键开关 12 M Hz 晶振
20 p F
时钟电路
PCB 板
10 cm 3 10 cm 环氧板
元件承载体
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
图 5 PCB 示图 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阶段 。制作与调 试时 ,在 A T89C2051 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 。
《现代电子技术》2007 年第 13 期总第 252 期
电子技术应用
04 H ,00 H ,04 H ,02 H ,04 H ,02 H ,04 H ,04 H
04 H ,08 H ,04 H ,30 H ,05 H ,0C0 H ,0 F E H ,00 H
05 H ,80 H ,04 H ,60 H ,04 H ,10 H ,04 H ,08 H
图 2 L ED 点阵显示屏底视图
我们把行列总线接在单片机的 IO 口 ,然后把上面分 析到的扫描代码送入总线 ,就可以得到显示的汉字了 。但 是若将 L ED 点阵的行列端口全部直接接入 89S51 单片 机 ,则需要使用 32 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 L ED 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 74 HC154 来选择控制 , 这样一来列选控制只使用了单片机的 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 41 7 kΩ 排电阻 作为上拉电阻 。
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 。