基于51單片機(jī)的16*16 LED滾動(dòng)式點(diǎn)陣顯示研究

俞宏霖 李明明 陳旭標(biāo) 白炳斌

嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于51單片機(jī)的16*16 LED滾動(dòng)式點(diǎn)陣顯示研究

俞宏霖 李明明 陳旭標(biāo) 白炳斌

嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院

以51單片機(jī)為主要芯片，通過16*16 LED點(diǎn)陣顯示展開研究。首先簡(jiǎn)要介紹了16*16 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路，詳細(xì)描述了16*16 LED點(diǎn)陣顯示的設(shè)計(jì)過程，著重描述了軟件延時(shí)、循環(huán)滾動(dòng)顯示的函數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)16*16 LED點(diǎn)陣顯示的功能。

單片機(jī) LED點(diǎn)陣 滾動(dòng)顯示

1 引言

LED點(diǎn)陣廣告牌在日常生活中隨處可見，其設(shè)計(jì)原理相對(duì)簡(jiǎn)單：?jiǎn)纹瑱C(jī)為主芯片，通過LED點(diǎn)陣顯示點(diǎn)亮顯示屏。但是，傳統(tǒng)的點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)大都為8*8點(diǎn)陣，這類點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)重點(diǎn)在于硬件驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和硬件優(yōu)化方面。如何通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示是當(dāng)前單片機(jī)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一。

大量研究證明，LED點(diǎn)整設(shè)計(jì)方案的研究側(cè)重點(diǎn)主要有以下分類：基于有線設(shè)備的、基于無線設(shè)備的；基于AT89C51單片機(jī)的、基于AT89S51單片機(jī)的、基于STC單片機(jī)的；基于74LS245驅(qū)動(dòng)的、基于74HC154驅(qū)動(dòng)的。其中，以無線傳輸為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，但是尚未實(shí)現(xiàn)文字的滾動(dòng)顯示而則基于8*8顯示屏幕實(shí)現(xiàn)了文字的滾動(dòng)顯示，其顯示范圍難以適用與較大點(diǎn)陣屏幕的需求。滿足了LED點(diǎn)陣屏16*64的顯示系統(tǒng)，卻沒有實(shí)現(xiàn)文字的滾動(dòng)顯示。

綜上所述，設(shè)計(jì)一款點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)能滿足廣泛需求的點(diǎn)陣、同時(shí)提供文字顯示、單片機(jī)芯片簡(jiǎn)單易操作的顯示系統(tǒng)，具有一定的必要性。因此，首先設(shè)計(jì)了16*16點(diǎn)陣顯示的硬件電路，包括點(diǎn)陣顯示的字模設(shè)計(jì)和接線設(shè)計(jì)；其次，通過引入多個(gè)指針變量實(shí)現(xiàn)延時(shí)、循環(huán)和滾動(dòng)文字顯示；最終完成16*16滾動(dòng)點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

以ATMEL AT89C51作為核心控制元件，4個(gè)8*8的LED模塊作為顯示元件實(shí)現(xiàn)16*16的點(diǎn)陣序列，增加一個(gè)74HC154作為列驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)的元件邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)元件邏輯結(jié)構(gòu)圖

為了實(shí)現(xiàn)漢字的顯示，采用字模軟件來完成漢字的顯示。在16*16 LED點(diǎn)陣顯示中，漢字以16行16列的LED矩陣式排列顯示出來。例如“分”這個(gè)字，如圖2所示。

圖2 16*16字模案例

將這個(gè)字的字模(C語言格式)復(fù)制到軟件中可以實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的漢字顯示。但是，在AT89C51單片機(jī)的仿真平臺(tái)Proteus中只有8*8的LED，以“分”為例，見圖3。如何實(shí)現(xiàn)16*16 LED呢？

圖3 16*16點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的單片機(jī)引腳接口

根據(jù)AT89C51單片機(jī)并行口的特點(diǎn)：以8位形式控制，單個(gè)端口為8位，如果一個(gè)漢字需要分為上、下兩個(gè)部分（兩部分都是由8×16組成）。

則采用8*8 LED實(shí)現(xiàn)16*16 LED點(diǎn)陣如圖4所示。保持原始位置放至在虛擬臺(tái)上，先向左旋轉(zhuǎn)九十度，左邊的引腳對(duì)應(yīng)的是8位行，右邊的引腳對(duì)應(yīng)的是列。將后面三個(gè)連接完成后，為了美觀，將4塊板靠緊，不留縫隙。

圖4 16*16仿真電路接線規(guī)則

為了能夠?qū)崿F(xiàn)顯示功能，需要一個(gè)信號(hào)譯碼器，選擇74CH159芯片的目的在于：使用74HC154作為4—16線譯碼器，可以將信號(hào)解碼輸入并以低態(tài)掃描信號(hào)輸出，74CH159芯片的硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 74CH159芯片

3 軟件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的點(diǎn)陣顯示實(shí)驗(yàn)以硬件驅(qū)動(dòng)效果為主，尚未在軟件設(shè)計(jì)方面做出較大改進(jìn)。為了有效實(shí)現(xiàn)16*16點(diǎn)陣顯示的滾動(dòng)效果，在軟件設(shè)計(jì)部分，基于傳統(tǒng)的點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)增加了指針變量、偏移量，以實(shí)現(xiàn)不同延時(shí)和滾動(dòng)效果。

3.1 系統(tǒng)主功能

通過設(shè)定指針變量p和偏移量movevalue實(shí)現(xiàn)圖像的滾動(dòng)顯示。當(dāng)偏移量增加，*(p+movevalue)會(huì)指向下一個(gè)數(shù)據(jù)，從而滿足滾動(dòng)要求，程序設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)主函數(shù)

3.2 延時(shí)函數(shù)

為了控制閃爍持續(xù)時(shí)間和滾動(dòng)速度而設(shè)定延時(shí)函數(shù)。設(shè)置當(dāng)前延時(shí)為20s，如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)延時(shí)函數(shù)

3.3 循環(huán)滾動(dòng)設(shè)置

實(shí)現(xiàn)文字在LED上重復(fù)不斷的顯示。為實(shí)現(xiàn)控制每次移位LED的閃次數(shù)設(shè)定total。當(dāng)total為x時(shí)，每移位一次，LED閃爍x次。程序設(shè)計(jì)結(jié)果如圖8所示。

圖8 循環(huán)滾動(dòng)設(shè)置

4 結(jié)論

基于傳統(tǒng)的8*8 LED點(diǎn)陣廣告牌設(shè)計(jì)的不足，提出16*16 LED點(diǎn)陣顯示的設(shè)計(jì)和研究，考慮滾動(dòng)設(shè)置、漢字顯示兩個(gè)功能，通過硬件設(shè)計(jì)與軟件研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了漢字滾動(dòng)顯示的功能。下一步研究工作將著手于實(shí)現(xiàn)16*64 LED漢字滾動(dòng)顯示的研究。

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