1.引言

點(diǎn)陣式LED組成的漢字顯示屏在公共場(chǎng)所應(yīng)用非常廣泛。例如，車站發(fā)車時(shí)間提示、股票大廳中的股票價(jià)格顯示板、商場(chǎng)的活動(dòng)廣告欄、候機(jī)廳的起飛時(shí)間表。點(diǎn)陣顯示器的特點(diǎn)是可以按照需要的大小、形狀和顏色進(jìn)行組合，用單片機(jī)控制實(shí)行各種文字或圖型的變化，達(dá)到廣告宣傳和提示的目的。

Proteus是一款新穎的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，特別適用于單片機(jī)仿真，能夠在線、實(shí)時(shí)仿真多種類型的單片機(jī)，諸如MCS-51系列單片機(jī)、PIC單片機(jī)、AVR單片機(jī)等，能夠像硬件仿真器一樣進(jìn)行軟硬件調(diào)試，而沒(méi)必要花錢去購(gòu)買和維護(hù)價(jià)格不菲的仿真器，對(duì)于初學(xué)單片機(jī)的人來(lái)說(shuō)，既減少了學(xué)習(xí)成本，又達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。電路包括單片機(jī)、電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、驅(qū)動(dòng)電路和LED點(diǎn)陣電路等。本設(shè)計(jì)的核心是利用單片機(jī)讀取顯示字型碼，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)16×16 LED點(diǎn)陣進(jìn)行動(dòng)態(tài)列掃描，以實(shí)現(xiàn)漢字的滾動(dòng)顯示。本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為ATMEL公司的AT89C52，顯示屏采用16×16 LED點(diǎn)陣。

電源電路通過(guò)變壓整流元件為單片機(jī)和其他電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，復(fù)位電路可在需要時(shí)，手動(dòng)使單片機(jī)程序計(jì)數(shù)器復(fù)位清零。通過(guò)陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電路向16×16點(diǎn)陣送字型碼，本設(shè)計(jì)采用74LS273。通過(guò)陰極驅(qū)動(dòng)電路對(duì)16×16點(diǎn)陣進(jìn)行列掃描，本設(shè)計(jì)采用74HC138。

圖1 硬件電路設(shè)計(jì)框圖

利用Proteus軟件設(shè)計(jì)點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏硬件電路原理圖如圖2所示。在Proteus軟件中，單片機(jī)模型本身包含了工作電源和可改變的工作頻率，因此在仿真時(shí)無(wú)需設(shè)計(jì)電源電路和時(shí)鐘電路。需要說(shuō)明的是在Proteus軟件目前版本中還沒(méi)有16×16點(diǎn)陣模塊，本設(shè)計(jì)中采用Proteus軟件中現(xiàn)有的8×8點(diǎn)陣模塊組合成一個(gè)16×16點(diǎn)陣模塊。

從圖2中可以看出，16×16點(diǎn)陣的陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)由P0口經(jīng)輸出緩沖器74LS273構(gòu)成，在本設(shè)計(jì)中需要用兩片，分別送出上8行和下8行的字型碼。16×16點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動(dòng)由P2口經(jīng)74HC138譯碼后動(dòng)態(tài)掃描16×16點(diǎn)陣的各列，本設(shè)計(jì)中需要四片74HC138譯碼器，循環(huán)掃描各列，顯示一個(gè)完整的漢字需要掃描32次。RP3為排阻，含有8個(gè)電阻，作P0口各位的上拉電阻，以保證P0口能夠輸出高電平。復(fù)位電路的作用是，在任何時(shí)刻可以手動(dòng)復(fù)位單片機(jī)，使程序重新執(zhí)行。

圖2.硬件電路原理圖

3. 軟件設(shè)計(jì)

AT89C51單片機(jī)是8位機(jī)，每次只能送出8位數(shù)據(jù)，因此要向16×16點(diǎn)陣送出16行陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)，需要送兩次，或先送上8行，或先送下8行，為了能夠?qū)崿F(xiàn)每一列字型碼的完整顯示，采用74LS273進(jìn)行鎖存，否則會(huì)出現(xiàn)字型殘缺現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并結(jié)合圖2的硬件連接進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

利用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)“2008北京歡迎您！”10個(gè)字的滾動(dòng)顯示，阿拉伯?dāng)?shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)按16×8點(diǎn)陣編碼，漢字按16×16點(diǎn)陣編碼， “2008北京歡迎您！”字型碼表如下：

{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）主程序流程圖 （b）中斷服務(wù)程序流程圖

圖3. 程序流程圖

動(dòng)態(tài)掃描顯示程序代碼如下：

while （1）

{for （i=0;i《8;i++） //顯示左半邊屏幕

{ P0=*（p+offset+2*i）;

P2=i|0x90; //P2.4=1，P2.3=0 選中U3， 輸出掃描碼給U7

delay（）;

P0=*（p+offset+2*i+1）;

P2=i|0x08; //P2.4=0，P2.3=1 選中U2， 輸出掃描碼給U6

delay（）; }

for （i=8;i《16;i++） //顯示右半邊屏幕

{ P0=*（p+offset+2*i）;

P2=（i-8）|0xC0; //P2.6=1 P2.5=0， P2.4=0 選中U5，輸出掃描碼U9

delay（）;

P0=*（p+offset+2*i+1）;

P2=（i-8）|0x20; //P2.5=1 P2.4=0， P2.3=0 選中U4，輸出掃描碼U8

delay（）;

} }

4. 調(diào)試與仿真

Proteus仿真時(shí)，單片機(jī)需要加載程序，加載程序?yàn)?HEX文件。本設(shè)計(jì)利用Keil μVision2， 在新建Keil項(xiàng)目時(shí)選擇AT89C52單片機(jī)作為CPU，將C語(yǔ)言源程序?qū)?，在“Options For Target”對(duì)話窗口中，選中“Output”選項(xiàng)中的“Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，選中AT89C52并單擊鼠標(biāo)左鍵，對(duì)AT89C52進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時(shí)鐘頻率為12MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。

對(duì)單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開始仿真了。仿真過(guò)程中如有硬件問(wèn)題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問(wèn)題可在Keil μVision2中直接修改，通過(guò)Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結(jié)果。本設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4. 仿真結(jié)果

5.結(jié)論

利用Proteus實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏的仿真，完成了“2008北京歡迎您！”10個(gè)字的滾動(dòng)顯示，達(dá)到了良好的設(shè)計(jì)效果。該仿真電路接近實(shí)際電路，可以直接由該電路利用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)印制電路板，加上電源電路和時(shí)鐘電路，就可以制作出實(shí)際的點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏。通過(guò)前期仿真縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，達(dá)到事半功倍之成效。

6.本文作者創(chuàng)新點(diǎn)

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在于：在深入研究嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)Proteus的基礎(chǔ)上，成功完成了對(duì)點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏的設(shè)計(jì)仿真，為單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)提供了一種新的方法和手段。

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