基于单片机的LED点阵汉字显示

理工大学

《单片机应用与仿真训练》设计报告题目：LED点阵显示屏设计

姓名：吴 2

宋发旺 8

专业班级：电信08-3班

指导老师：高如新、珊

所在学院：电气工程与自动化学院

2011年11月26 日

摘要

此次设计是基于AT89S52的16×16 LED点阵显示，要求分时切换显示“理

工学电气学院”。

此次设计应用Proteus设计硬件电路原理图并进行仿真调试，实现了在计

算机中完成电路原理图设计、电路分析与仿真及系统测试。由于Proteus元件

库中没有AT89S52，本次仿真用AT89C51单片机作为主控制器，来实现对16×16 LED点阵汉字的分时切换显示。软件采用C51，由Keil uVision3来编写。

此次设计所需硬件有：AT89S52单片机一个、3线-8线译码器74HC138芯

片一片、数据传送器74HC574芯片四片、MATRIX-8X8-RED芯片四片、按键五个

以及晶振等。

此次设计利用四片MATRIX-8X8-RED芯片构成16×16 LED点阵，一片3线-8

线译码器74HC138芯片同时作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的行扫描，四片数据

传送器74HC574芯片分别作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的列扫描，来驱动四片MATRIX-8X8-RED芯片分时切换显示“理工学电气学院”。

此次设计有五个按键，一个复位按键，四个功能键，分别为暂停、下一个、上一个和黑屏。

目录

1 概述 (1)

1.1 LED电子显示屏 (1)

1.2 Proteus (2)

1.3 AT89S52 (2)

2 系统总体方案及硬件设计 (5)

2.1 系统总体方案及功能 (5)

2.2 硬件设计 (5)

3 软件设计 (8)

3.1 设计方案 (8)

3.2 程序流程图 (9)

4 Proteus软件仿真 (10)

4.1 仿真步骤 (10)

4.2 仿真结果 (10)

5课程设计体会 (10)

参考文献 (12)

附1：源程序代码 (14)

附2：系统原理图 (19)

1 概述

1.1 LED电子显示屏

近年来，LED显示屏由于具有亮度高，寿命长，功耗小，性能稳定，驱动

简单以及可视距离远等优点，已经成为新一代的信息传播媒体工具。目前，LED

显示屏应用十分广泛，如证券交易显示、金融信息显示、体育场馆显示比赛信息、广告，城市广场群显示、道路交通信息显示等领域。

显示汉字信息时，一般需要多个LED点阵显示组合，最常见的组合方式有

8x8，16×16，32×16等。由于显示屏的显示信息有限，当显示信息较多时，一

般需要进行分批显示或者滚动显示，显示方式有静态显示和动态显示两种。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地

利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率

高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。

以8×8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图1中,水平线

Y0、Y1……Y7叫做行线，接部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接

在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，竖直线X0、X1……X7叫做列线，

接部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。

在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会

有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。

图表 1.1 LED点阵原理图

1.2 Proteus

Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它

是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国推广刚起步，但已

受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技

工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实

现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设

计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、

HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。

Proteus具有丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的

连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总

线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

Protues提供了丰富的仿真资源。仿真元器件资源：仿真数字和模拟、

交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。仿真仪表资源：示波器、

逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随

意的调用。除了现实存在的仪器外，Protues还提供了一个图形显示功能，

可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器

相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输

入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。Protues还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括

模拟信号和数字信号。

1.3 AT89S52

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可

编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与

工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统

可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统

可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器

/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振及时钟电路。

另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。