基于AT89S51单片机的LED点阵显示屏设计

【前言】基于AT89S51单片机的LED点阵显示屏设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。(1.Information Engineering Institute of Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2.Zhengzhou Electric Power College, Zhengzhou 450004, China) Abstract: LED electronic screen is the displayer with variable area displaying-board made by pixel u...

摘要：LED电子显示屏是利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，在信息显示领域得到了广泛的应用。实现显示屏的技术也有很多种。该文介绍了如何用51单片机实现LED点阵显示屏。结合几个具体的问题进行了阐述。

关键词：点阵LED；动态显示；屏幕滚动；51单片机

中图分类号：TP338文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)11-2706-02

Design of Dot-matrix LED Display Screen Based on Single Chip AT89S51

LI Zhao-jing1,2, HAN Chao2, GUO Lei-gang2

(1.Information Engineering Institute of Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2.Zhengzhou Electric Power College, Zhengzhou 450004, China)

Abstract: LED electronic screen is the displayer with variable area displaying-board made by pixel units or matrix modules that are made up with light-emitting diodes and has been widely used in the field of information-displayer. There are certain technologies for displaying. The paper introduces how to use 51 Single Chip to realize displaying of Dot-matrix and demonstrates the technology with some examples.

Key words: Dot-matrix LED; dynamic display; scrolling-displaying; 51 Single Chip

LED电子显示屏在许多公共场所及许多舞台的后方随处可见，LED组成的点阵显示屏也是单片机常见的控制设备，那么如何很好的用51单片机实现LED点阵显示屏的设计呢？这就需要两方面的工作：硬件设计和软件设计。本文所设计的是一个同等灰度的单色条形显示屏控制系统，该控制系统以AT89S51为控制器，采用RS-232/RS-485通信标准，可同时显示4个8×8点阵汉字或8个16×8点阵的汉字p字符或数字。显示方式有左移p右移p上移p下移p替换；显示状态包括移动速度p停留时间等。

1 LED的原理及技术

图1为LED点阵。

1.1 认识LED点阵

所谓LED点阵就是将多个LED以阵列方式排成一个器件，可分为单色、双色、三色三种。依LED的极性排列分为共阳型和共阴型两种类型。根据矩阵每行或每列所含LED个数的不同，又可分为5×7、8×8、16×16等类型。其中的LED的引脚有规律的连接，图1为共阳型和共阴型8×8LED阵列内部电路结构。

1.2 LED的静态显示

通常LED 的控制包括字形控制（显示什么字符）和位控制（哪些位显示）。在静态显示方式下，每一位显示的字形控制线是独立的，分别接到一个8位I/O口上，字位控制线也连接到另一个I/O口上。当想显示一个字符时，让相应的LED点亮即可。现在很多的广告牌都是这样做的。这种造价低也容易实现。

1.3 LED的动态显示

动态显示用的还是比较广泛的，所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮LED，在每一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，将出现多个字符“同时”显示的现象。即在每一瞬间，所有LED会显示相同的字符，要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符，在此瞬间，断选控制I/O口输出相应字符选码（字型码）。而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。例如要显示LL0-220时，I/O 1和I/O 2轮流送入段选码、位选码及显示状态如图2所示。段选码、位选码每送入一次延时1ms,因为人的视觉暂留时间位100ms，所以每位显示的时间间隔不能超过20ms，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个LED都在亮，且显示不同的内容。LED阵列的显示方式就是按显示数据编码的顺序，一行一行地显示。以高态扫描为例，若要显示第一行，则先将第一行的显示数据（00001000）送至LED阵列的列引脚，再将“10000000”扫描信号送至LED阵列的行引脚，即可显示第一行，此时其他行并不显示。同样地，若要显示第二行，则先将第二行的显示数据（00100100）送至LED阵列的列引脚，再将“01000000”扫描信号送至LED阵列的行引脚，即可显示第二行，此时其他行并不显示……依次类推，如图2所示。

2 硬件的设计

51单片机有四个I/O接口,经常外接许多的控制设备，当这四个接口不够使用时，经常外接许多扩展芯片用于连接外部的设备，在这里，LED点阵显示屏就不能直接接到I/O口上，就需要通过扩展芯片与8051连接。图3为8051与LED屏的连接电路。

3 软件编程中应该注意的问题

3.1 关于字模的一些问题

首先有一个取字模软件，可以吧一个个的汉字及图像分解为各自的字模，这些字模就是LED屏幕进行显示时所需要调用的字库，通过修改字库来修改所要显示的内容。取字模软件有很多。在网上也可以下载。该软件又有很多功能，横向取字模就可以进行左右移动，纵向取模可以进行上下移动等等。

3.2 如何控制字体的滚动及滚动速度

字体的滚动是多屏的连续显示，那么首先要知道如何显示一屏：一屏（满屏）的显示是逐行进行显示的，速度很快。使人产生了视觉误差，感觉整个屏幕都在亮。在逐行进行显示时，显示完一行要延时一会。（这里的延时时间t1就决定了每屏的显示时间，即动态显示的速度）。以16×16点阵屏为例，首先要逐行进行显示、延时，共显示16行。然后再把这16行重复显示若干次，才能更好的看到一屏的显示。（这里的若干次的次数n1也决定了显示的速度）。而改变延时时间t1或重复显示的次数n1就可以改变滚动的速度，当增大这两个值时，滚动的速度会变慢，当减小这两个值时，滚动的速度会加快。字体的滚动显示原理为逐屏显示，一个字体由多少屏组成，就进行多少屏的显示。

4 发展前景

从2000年起，LED草坪灯、交通信号灯、手电筒、地板灯、景观灯等开始进入市场，经过近几年的发展，规模上有较大增长。从应用产品的开发来说，首先是要把新应用研制出来。2008年4月在德国法兰克福照明展上，展出了80家公司采用Luxeon功能器件开发出的应用产品。然而考虑开发什么产品时，一定要从发挥LED本身优点方面出发，如从它的长寿命、防潮、耐振动特性出发，可开发室内照明灯、博物馆投射灯、安全出口标志灯、手电筒；从聚光性好等特性出发，可开发薄形灯具、小台灯、广告灯箱、舞台灯和煤矿灯；从低电压、快速驱动特性出发，可开发手电筒、维修灯、埋地灯、草坪灯和水中灯。

红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。

5 结束语

系统对于目前这个利用AT89S51的点阵LED 显示系统，优点在于电路实现简单，成本较低。如果系统需要更大的字符显示库，只需要扩展AVR的RAM或EEPROM，并且用多个AVR单片机进行的通讯即可。当然，这时需要注意数据写入时间问题，以免造成显示的不同步。

参考文献：

[1] 张义和,陈敌北.例说8051[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[2] 程院莲.基于at89s51单片机电子密码锁的设计[J].福建电脑,2010(6):146-147.

[3] 倪志莲.单片机应用技术[M].北京:北京理工大学出版社,2010.

[4] 钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.