关于单片机的点阵式LED滚动汉字显示屏仿真设计

1.引言

点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如，车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的起飞时间表。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图型的变化，达到广告宣传和提示的目的。

Proteus是一款新颖的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，特别适用于单片机仿真，能够在线、实时仿真多种类型的单片机，诸如MCS-51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机等，能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。

2.硬件电路设计

点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如图1所示。电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对16×16 LED点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为ATMEL公司的AT89C52，显示屏采用16×16 LED点阵。

电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路，复位电路可在需要时，手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向16×16点阵送字型码，本设计采用74LS273。通过阴极驱动电路对16×16点阵进行列扫描，本设计采用74HC138。

图1 硬件电路设计框图

利用Proteus软件设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路原理图如图2所示。在Proteus软件中，单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率，因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。需要说明的是在Proteus软件目前版本中还没有16×16点阵模块，本设计中采用Proteus软件中现有的8×8点阵模块组合成一个16×16点阵模块。

从图2中可以看出，16×16点阵的阳极驱动由P0口经输出缓冲器74LS273构成，在本设计中需要用两片，分别送出上8行和下8行的字型码。16×16点阵的阴极驱动由P2口经74HC138译码后动态扫描16×16点阵的各列，本设计中需要四片74HC138译码器，循环扫描各列，显示一个完整的汉字需要扫描32次。RP3为排阻，含有8个电阻，作P0口各位的上拉电阻，以保证P0口能够输出高电平。复位电路的作用是，在任何时刻可以手动复位单片机，使程序重新执行。

图2.硬件电路原理图

3. 软件设计

AT89C51单片机是8位机，每次只能送出8位数据，因此要向16×16点阵送出16行阳极驱动，需要送两次，或先送上8行，或先送下8行，为了能够实现每一列字型码的完整显示，采用74LS273进行锁存，否则会出现字型残缺现象。根据设计要求并结合图2的硬件连接进行程序设计，程序设计流程图如图3所示。

利用单片机C语言实现“2008北京欢迎您！”10个字的滚动显示，阿拉伯数字和标点符号按16×8点阵编码，汉字按16×16点阵编码， “2008北京欢迎您！”字型码表如下：

{0x00，0x00，0x0C，0x1C，0x10，0x24，0x10，0x24，0x10，0x44，0x10，0x84，0x0F，0x0E，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x07，0xF0，0x08，0x08，0x10，0x04，0x10，0x04，0x08，0x08，0x07，0xF0，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x07，0xF0，0x08，0x08，0x10，0x04，0x10，0x04，0x08，0x08，0x07，0xF0，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x0E，0x38，0x11，0x44，0x10，0x84，0x10，0x84，0x11，0x44，0x0E，0x38，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x0E，0x04，0x08，0x0C，0x08，0x0C，0x08，0x08，0x08，0x10，0xFF，0xFE，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x3F，0xFC，0x41，0x02，0x42，0x02，0x06，0x02，0x0E，0x06，0x0C，0x0C，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x20，0x04，0x20，0x08，0x27，0x98，0x24，0xB0，0x24，0x82，0xA4，0x81，0x64，0xFE}，

{0x24，0x80，0x24，0x80，0x24，0xA0，0x27，0xB0，0x60，0x1C，0x20，0x08，0x00，0x00，0x00，0x00}，

{0x28，0x04，0x24，0x08，0x22，0x32，0x21，0xC2，0x26，0xC2，0x38，0x34，0x04，0x04，0x18，0x08}，

{0xF0，0x30，0x17，0xC0，0x10，0x60，0x10，0x18，0x14，0x0C，0x18，0x06，0x10，0x04，0x00，0x00}，

{0x02，0x02，0x82，0x04，0x73，0xF8，0x20，0x04，0x00，0x02，0x3F，0xE2，0x20，0x42，0x40，0x82}，

{0x40，0x02，0x3F，0xFA，0x20，0x02，0x20，0x42，0x20，0x22，0x3F，0xC2，0x00，0x02，0x00，0x00}，

{0x01，0x00，0x02，0x04，0x0C，0x1C，0x3F，0xC0，0xC0，0x1C，0x09，0x02，0x16，0x02，0x60，0x92}，

{0x20，0x4A，0x2F，0x82，0x20，0x02，0x24，0x0E，0x22，0x00，0x31，0x90，0x20，0x0C，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x00，0x08，0x1F，0xDC，0x3F，0x08，0x3C，0x00，0x30，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00}，

{0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00}。

（a）主程序流程图 （b）中断服务程序流程图

图3. 程序流程图

动态扫描显示程序代码如下：

while （1）

{for （i=0;i《8;i++） //显示左半边屏幕

{ P0=*（p+offset+2*i）;

P2=i|0x90; //P2.4=1，P2.3=0 选中U3， 输出扫描码给U7

delay（）;

P0=*（p+offset+2*i+1）;

P2=i|0x08; //P2.4=0，P2.3=1 选中U2， 输出扫描码给U6

delay（）; }

for （i=8;i《16;i++） //显示右半边屏幕

{ P0=*（p+offset+2*i）;

P2=（i-8）|0xC0; //P2.6=1 P2.5=0， P2.4=0 选中U5，输出扫描码U9

delay（）;

P0=*（p+offset+2*i+1）;

P2=（i-8）|0x20; //P2.5=1 P2.4=0， P2.3=0 选中U4，输出扫描码U8

delay（）;

} }

4. 调试与仿真

Proteus仿真时，单片机需要加载程序，加载程序为.HEX文件。本设计利用Keil μVision2， 在新建Keil项目时选择AT89C52单片机作为CPU，将C语言源程序导入，在“Options For Target”对话窗口中，选中“Output”选项中的“Create HEX File”，编译链接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，选中AT89C52并单击鼠标左键，对AT89C52进行设置，设置单片机时钟频率为12MHz，按照正确的文件路径加载.HEX文件。

对单片机设置完毕后就可以开始仿真了。仿真过程中如有硬件问题可在Proteus ISIS中直接修改，如有软件问题可在Keil μVision2中直接修改，通过Keil与Proteus的联合调试就可以得到满意的结果。本设计的仿真结果如图4所示。

图4. 仿真结果

5.结论

利用Proteus实现了对点阵式LED滚动汉字显示屏的仿真，完成了“2008北京欢迎您！”10个字的滚动显示，达到了良好的设计效果。该仿真电路接近实际电路，可以直接由该电路利用相关软件设计印制电路板，加上电源电路和时钟电路，就可以制作出实际的点阵式LED滚动汉字显示屏。通过前期仿真缩短了开发周期，降低了开发成本，达到事半功倍之成效。

6.本文作者创新点

本文作者创新点在于：在深入研究嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus的基础上，成功完成了对点阵式LED滚动汉字显示屏的设计仿真，为单片机设计开发提供了一种新的方法和手段。

参考文献

［1］。韩志军等。单片机应用系统设计［M］。机械工业出版社，2004

［2］。周润景等。 Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例［M］。电子工业出版社，2006

［3］。马忠梅等。单片机的C语言应用程序设计［M］。北京航空航天大学出版社，2006

［4］。刘树中，孙书膺，王春平。单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现［J］。微计算机信息，2007，02：137-138。

编辑：jq