基于单片机的LED电子显示屏系统设计

◇咸阳师范学院物理与电子工程学院 郝海燕 龚 杰

在科技先进的时代，点阵显示屏在市场上已被广泛使用，比如机场，银行等一些重要场所。本文以单片机为基础，设计出一种构造简单的LED电子显示屏。该点阵屏由微型单片机，时钟电路，以及LED点阵等其余电路共同组成。该系统发展前景良好，应用市场广泛，值得研究和使用。

LED点阵电子显示屏是由多个发光二极管阵列组成，显示屏的内容通过相应位置的亮暗来控制。其显示内容的颜色可由选用的半导体材料的不同而产生差异。目前应用的是红，绿，黄三种色彩。LED屏显示的种类包括汉字，图像和视频，用途十分广泛，特别是在公共场合使用点阵式显示屏。

LED点阵显示屏相对于我们传统意义上的显示屏，它的亮度更高、体型更小、能耗更低，并且其使用寿命长，性能稳定，抗冲击性强。就此，传统意义上的LED显示屏无法比拟，所以点阵屏在信息显示方面被大家认可和使用。

1 总体方案

点阵LED显示屏系统体现的性能包含显示汉文和字符等。由于STC89C52单片机的数据传送和存储方便，这就为系统的实现提供了可能性。时钟芯片DS1302主要性能在于显示实时时间，同时74HC154芯片驱动LED点阵的行，74HC595芯片驱动LED点阵的列，系统的控制模块选择STC89C52单片机。构造框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

2.1 主控芯片选择

STC89C52是一个8位的COMS单片机，片上8KB的flash内存可以被系统重写或编程，同时，它拥有32个GPIO、3个16位定时器/计数器和一个全双工的串行端口等等，也属于89C52单片机的内部资源。同时，此芯片也具有低功耗（低速模式，空闲模式，掉电模式）、大容量（最大2048B片内数据存储器）、宽工作电压（2.4V～3.8V，3.8～5.5V）等优良特点。此外，89C52单片机还可以通过软件配置成空闲或掉电模式来降低功耗。

2.2 74HC154芯片简介

由于点阵屏的型号选择了1088BX的8*8LED点阵，行驱动必须输出高电平，这样LED点阵的所有行才会被选中，介于74HC154芯片的输出是低电平有效，所以在每个输出端口要使用74HC04芯片进行取反才能将行选通。

2.3 74HC595芯片简介

该芯片是8位串行输入，8位串行或并行漏极开路输出，同时输出端口是三态输出的形式。它的功能就是可以把串联输入的数据进行并联的输出。

2.4 时钟芯片DS1302简介

DS1302芯片它的突出特点为能够在任何时间内清楚地显示年、月、日、时、分、秒等详细时间信息。时钟也可以有两种设置，分别显示24小时和12小时。该芯片引脚间配备有大容量晶振（容量为32.768KHZ）。与DS1202相比，该时钟芯片具备双电源管脚，此外还增加了7个字节的存储器。需要指出的是，单片机在与DS1302进行数据传输的过程中，数据写入DS1302的顺序是先低字节后高字节。

2.5 8*8LED点阵显示屏

所谓LED点阵就是将多个二极管按照一定的方式进行排列组合成一个阵列实现的。目前比较常见的类型有5*5，5*7，8*8等。对于本设计来说，使用8个8*8的点阵，排列成两行四列的形式，便形成了该设计中的16*32LED显示屏。为了编程的方便好用，本设计中采用了串并联转换器74HC154，他的输出引脚数正好对应点整显示屏的引脚数，同时也拥有使用少量的线路传输大量的数据的优点。

点阵式LED显示屏的功能是显示图形或文字等信息，可以起到很好的宣传作用。点阵屏封装类型很多，适用于不同的需求或场合，用于显示西方字符的显示屏多为7*9、5*7的结构形式，而中文字符的显示通常采用8*8的结构[7]

3 系统硬件电路设计

硬件电路主要由LED点阵、单片机最小系统、按键电路、行控和列控几大板块构成。具体的硬件电路如图2所示。

图2 硬件电路图

3.1 复位电路设计

复位电路在系统中尤为重要，无论是调试还是程序运行，复位功能必不可少。这次复位电路的设计是初级的手动复位，它可以顺利地做到程序的初始设置，也节约了大量的调试时间。

3.2 晶振电路设计

时钟电路一般分为外部时钟电路和内部时钟电路两种，其中外部时钟电路主要由RC振荡电路和石英晶体振荡电路。由于RC振荡的精度不是很高，而石英晶振又能提供较高精度的时钟和相对较好的稳定性，所以一般会优先选择石英晶振。

实物中最好使用频率为12MHZ的晶体振荡进行设计，此外基于振荡的稳定性和振荡频率的考虑并参考多种电路设计，最终确定电容容值取33uf。

3.3 控制单元设计

单片机最小系统，复位电路，时钟电路三个部分共同构成了该设计的控制单元。而整个电路的设计的核心控制器是STC89C52，在仿真中没有找到该芯片，就用相同功能的80C52做了替换。

3.4 按键电路

按键电路中包括设置键，切换键，减键，加键。仿真时，若设置键只按一下，则进入万年历的修改模式。由于系统的时间可能会与时间的时间存在偏差，所以此项步骤是必须要进行的。一旦修改完成，之后的多次仿真就不必在再进行修改。首先按动切换键进入年份的修改，如果存在偏差这时可以按动加减键进行调节；再次按动切换键进入月份的修改。由此类推，日期，小时，分钟，秒数的修改也这样进行。修改完成，则可进入仿真模式。将设置键按两次，则仿真开始，LED点阵屏将会显示特定的汉字、字符以及万年历。

4 主程序流程图（见图3）

图3 主程序流程图

5 系统调试

基于C语言通俗易懂，可移植性好以及自身对编程语言的掌握情况，最终选择了C语言作为程序语言。开发平台选择的编译软件keil4，Keil4编译生成.hex格式的文件，这个文件用于Proteus仿真和实物下载本设计的仿真软件选择Proteus。该软件的最大优点便是操作简单，并集成了很多元器件，对电路的开发提供了很大的方便。仿真搭建的过程还是比较简单，首先从库中调取所需要的元器件，并进行引脚间的连线；而后双击仿真中的单片机加载由keil产生的文件；最后点击仿真屏幕左下角的“三角号”运行。

6 结语

基于单片机的LED电子显示屏系统设计已顺利完成，其设计达到相关要求。该系统发展前景良好，应用市场广泛，值得研究和使用。