基于AT89C2051的四字LED显示屏的设计

摘要：针对现今LED广告屏的广泛使用，应用AT89C2051的可编程功能和串口通信功能，设计一个与计算机通信，可控的LED显示系统。上位机为计算机，下位机为单片机控制16块8×8LED显示屏构成的电路，下位机通过串口与上位机通信，改变显示内容。除了分析其设计思路外，还给出硬件原理图与软件流程图。系统具有设计简单、显示清晰、可靠性高的特点。
关键词：单片机；串口通信；LED；显示

0 引言
    LED显示屏是简单的汉字显示器，其具有耗电少、成本低、易获得、寿命长和显示的灵活性等特点，近年来迅速成为最受欢迎的宣传手段之一。在学校、公路、广场、商店等都能看到其身影，相对于传单、海报等一些传统的宣传手法其优势比较突出。本文将详细地介绍一种LED显示屏的制作。

1 硬件电路
    本设计是以PC机作为上位机，编辑显示汉字，通过串口通信输送到89C2051上储存并显示。硬件电路的设计主要是以单片机与16块8× 8LED点阵显示屏构成。鉴于89C2051引脚数量的限制，本系统采用74HC595作串入并出，同时显示列，行扫描则由两片74LS138作译码扫描(如图1)。

1．1 LED显示屏电路
    如图2所示的8×8单色点阵行共阳，列共阴的点阵LED屏。其工作原理为只要列输入低电平，行输入高电平，行跟列相结合，相对应的二极管就点亮。采用行扫描形式时，行输入依次为100000000、01000000、00100000……逐行扫描。列输入为该行需要亮的二极管为高电平，需要暗的二极管为低电平。利用人眼的视觉暂留效应，每行的刷新速率大于50 Hz，就可以达到整个8×8点阵LED屏的显示。显示一个汉字需要四块8×8点阵LED屏(如图2)，A与B行相连，C与D行相连，依次扫描行，能同时选择A、B或C、D的同一行，达到一行16个二极管。A与C列相连，B与D列相连，列的输入为相对一行要点亮的二极管。这样就形成了一个16×16的点阵用于显示—个汉字。本设计是—个四字的显示系统，把四个字的行相连形成—个16x64的点阵显示屏。

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1．2 驱动与扫描电路
    本系统是采用行动态扫描的方式，相对于16×64LED显示屏输入口数量，单片机I／O口数量不足。所以行扫描用两片74LS138译码器串联，根据单片机的控制原理，分配P1．0～P1．2作译码器的输入信号，P1．3、P1．4作级联信号。由于单片机I／O口的驱动能力有限，本系统在单片机I／O口与74LS138之间加入排阻作上拉电阻，提高I／O口的驱动电压。74LS138的译码输出是低电平有效，而LED显示屏的行驱动是高电平有效，在74LS138的输出端接一相反相器，可用74HC04。74HC04是内含6组相同的反相器，需要三片74HC04(如图3)。

    列上用74LS595串口转并口的移位寄存器。DS是串行数据输入端；Q0～Q7是8位并行输出端；Q7’是级联输出端；／MR是移位置存器清零控制信号，低电平有效；SH_CP是移位脉冲输入端，上升沿有效，当上升沿到来，Q0→Q1→Q2……→Q7。ST_CP是移位寄存器进入数据存储器的控制信号，上升沿有效。／OE是使能控制信号，禁止Q0～Q7输出，高电平有效。8片74LS595的／MR都接高电平，／OE接低电平；将8片74L-S595进行级联(图4为两片74LS595级联)。第一片的DS接P1．5，后面的74LS595的DS接上一片的Q7’，显示数据从DS输入到74LS595里。并行输出端接16×64LED显示屏的列输入端。SH_CP共用一个移位脉冲信号，经过8×8=64个脉冲就把由DS输入的要显示的一行数据全部移到8片的74 LS595的移位寄存器。8片的74LS595的ST_CP共用一个控制信号，把移位寄存器的数据并行输出，结合行的选通信号，显示LED显示屏的一行数据。

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1．3 单片机及串口通信电路
    单片机上除有晶振电路和复位电路外，还有串口通信电路(如图5)。考虑到成本的问题，没有用MAX232，而是改用三极管的开关作用来进行电源电平转换，使单片机的控制电平能转换到PC机串口的3 V到15 V或-3 V到-15 V之间。单片机的TXD为高电平时Q2导通，PC的RXD为低电平。单片机的TXD为低电平时Q2截止，PC的TXD为高电平。单片机的RXD与PC的TXD之间的电平转换原理相当。

2 软件设计
    本系统上位机的软件用汉字字库把需要显示的字翻译成16进制的数据，再用串口调试助手进行发送。单片机流程图如图6。

3 结束语
    本系统经过实物验证，显示清晰，可靠，造价低廉。并可实时变换显示内容。只要稍作修改把点阵扩大，便可用于公共场所显示信息。