89S51单片机的16×16点阵汉字显示的设计

汕尾市职业技术学校 张光建

针对LED点阵显示汉字需要占用单片机多个并行口的问题，提出了基于89S51单片机的16×16点阵汉字显示设计，利用74HC138和74HC595对单片机并行口进行扩展，从硬件设计、软件设计方案等关键环节，分别进行了详细讨论。

随着单片机技术的发展，LED点阵屏作为文字和图形显示的新型媒体，由于亮度高、耗能低、色彩鲜艳、寿命长等特点，迅速出现在学校、医院、车站等场所。但LED点阵显示需要占用单片机多个并行口，而通用移位寄存器74HC595T和译码器74HC138，可以实现对单片机IO的扩展，从而节约了大量的并口资源。本设计详细介绍了74HC138和74HC595芯片在1616×16点阵LED显示屏的应用。

1 电路总体设计

16×16点阵汉字显示电路如图1所示，它由一片16×16点阵LED显示屏、两片74HC138构成的行控制单元、两片74HC595构成的列控制单元及AT89S51单片机构成。列控制单元用于输入数据，而行控制单元用于逐行扫描。

图1 系统总体结构

1.1 16×16点阵工作原理

本设计采用的是共阴16×16点阵显示模块。它由256只发光二极管按一定规律安装成方阵，从内部结构如图2所示，可以看出，总共有16行和16列，每行的发光二极管阴极相连，每列的发光二极管阳极相连。在行和列的交叉处有一个发光二极管，要使其中任一个二极管发光，则其对应行为低电位，而对应的列为高电位即可。

1.2 行控制单元

行控制单元的控制原理是：先使第一行Y0为低电平，其余行为高电平，显示第一行数据；然后第二行Y1为低电平，其余行电平，显示第二行数据。按照这个规律每行以较快的速度不断进行刷新，由于发光二极管的余辉效应和人的视觉暂留现象两个因素，给人的印象就是一组静态的数据，不会产生闪烁感。动态显示能够节省I/O端口，且功耗低。

本设计采用74HC138三位译码器。此译码器的原理如图3所示。由于该译码器仅有8个输出，而16×16点阵显示模块有16行，故采用两片74HC138级联控制16×16点阵显示模块的行。

图2 共阴16×16点阵显示模块内部结构

图3 两片74HC138级联电路图

1.3 列控制单元

列控制单元采用两片74HC595级联，如图4所示。74HC595把串行输入信号转换成并行输出信号，其引脚功能如下：（1）串行输入端为DS；（2）8位并行输出端为Q0-Q7，SQ为串行输出端，它把数据输出到另一片74HC595的串行输入端；为移位寄存器清零端，当位低电位时能把移位寄存器的数据清零。一般接高电平；（4）RCK为数据输入时钟端。当该引脚上升沿时移位数据寄存器的数据移位，从Q0移到Q1，Q1移到Q2，最后Q6移到Q7。当为下降沿时移位数据寄存器的数据不变；（5）RCK为输出存储器锁存时钟端。该引脚信号上升沿时移位寄存器的数据进入存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变：为使能端，一般接地。

74HC595的工作如下：当SCK引脚有一个上升沿脉冲时，DS的数据送入移位寄存器一位，连续8个上升沿脉冲时，可以将一个8位数据送入到移位寄存器。同时SQ也串行输出移位寄存器的高位值。当RCK引脚有一个上升沿脉冲时，移位寄存器中的值锁到锁存寄存器中。当为低电平时，数据从Q0-Q7输出。U3的Q0-Q7端控制16×16点阵显示模块的X0-X7列，而U4的Q0-Q7端16×16点阵显示模块的X8-X15列。

图4 两片74HC595级联电路图

1.4 AT89S51的控制端口

AT89S51的P0.0-P0.4分别接行控制单元的A0、A1、A2、A3和EN四个端口，而P0.5-P0.7分接列控制单元的DS、RCK和SCK三个端口。

2 用字模软件获取汉字点阵字模数据

任何一个汉字或字符号都是多个点组成的，汉字可以由16×16点阵组成。目前点阵取模软件有多种，本设计采用PCtoL CD2002软件。参数设置为：点阵格式为“阳码”，取模方式为“逐行式”，取模走向为“顺向”，每行显示数据为“点阵16”。

3 绘制程序流程图

根据编程思路，该设计有四个模块：主程序模块、发送数据字节模块、数据锁存模块和列控制模块。主程序不断循环控制上半屏和下半屏的显示，实现汉字动态显示。剩下三个模块用于对列的控制和数据的传送。程序流程图如图5所示。

参考程序如下：

图5 主程序点阵汉字显示流程图

经过调试，显示效果如图6所示，达到了设计效果。

图6 调试后的效果图