【正文】 LED點陣顯示屏的設計摘要 本設計是基于16 16 點陣 LED 電子顯示屏的設計。設計以STC89C52RC 為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED 點陣電子顯示屏的動態(tài)設計和開發(fā)過程 。本設計主要模塊組成：主控CPU模塊、按鍵輸入模塊，光筆檢測電路，LCD信息顯示器，16 16 點陣 LED點陣顯示與驅動模塊。設計中16 16 點陣 LED點陣顯示與驅動模塊中，CPU輸出信號先經74HC245進行鎖存，再輸出信號經由38譯碼器74HC138譯碼選通APM4953驅動行，由移位寄存器74HC595作為列驅動，單片機控制系統(tǒng)程序采用C語言進行模塊化編程，控制各顯示點對應 LED 陽極和陰極端的電平 ，就可以有效的控制各顯示點的亮滅 。文中詳細介紹了 LED 點陣顯示的硬件設計思路 、硬件電路各個部分的功能及原理、相應軟件的程序設計，以及使用說明等。所顯示字符的點陣數(shù)據(jù)可以自行編寫（即直接點陣畫圖），也可從標準字庫中提取。經實踐證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，性能穩(wěn)定，結構合理，擴展能力強。關鍵詞： STC89C52單片機； LED ； 點陣書寫顯示； 動態(tài)顯示； C語言。一、技術指標LED顯示屏是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。本設計基于LED點陣的普通顯示效果加上光筆檢測模塊，實現(xiàn)自由書寫顯示功能。它的優(yōu)點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。1．2 功能實現(xiàn)（1）在“點亮”功能下，當光筆接觸屏上某點LED時，能即時點亮該點LED，并在控制器上同步顯示該點LED的行列坐標值（左上角定為行列坐標原點）。（2）在“劃亮”功能下，當光筆在屏上快速劃過時，能同步點亮劃過的各點LED，其速度要求2s內能劃過并點亮20點LED。（3）在“反顯”功能下，能對屏上顯示的信息實現(xiàn)反相顯示（即：字體筆畫處不亮，無筆畫處高亮）。（4）在“整屏擦除”功能下，能實現(xiàn)對屏上所顯示信息的整屏擦除。（5）自定義顯示字符。二、方案論證 主控CPU的選擇與比較STM 32(STM32F103VCT6)：具有多功能定時器，低功耗，速度高，256KHz嵌入式閃存寄存器，穩(wěn)定性強等特點，具有最高72MHz的CPU工作頻率和很強的控制和運算能力，能夠實現(xiàn)點陣屏的高速掃描的一些復雜的控制和運算功能。但相比于STC89C58其功能實現(xiàn)復雜。CPLD(EPM240T100C5)：具有豐富的I/O口、內部邏輯和連線資源、運行速度快、能夠顯示大量的信息，但CPLD實現(xiàn)運算功能復雜，在該系統(tǒng)中，需要顯示的信息量較少，但是控制和運算功能較多，用CPLD實現(xiàn)一些運算功能復雜。STC89C52：CPU采用低成本、多功能的STC89C52單片機。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。該單片機性價比很高，且相對容易控制，基本能夠實現(xiàn)所需功能。經比較，選擇STC89C52作為主控芯片。 光筆檢測的選擇與比較 光敏電阻：光譜響應范圍寬，體積小，但靈敏度低，響應速度慢，受溫度影響大，很難確定點亮點坐標。 光敏二極管（2CU2B）：光電流小，響應時間短，使用于要求光電流與照度成線性關系或要求工作頻率高的電路，但其靈敏度較低，光電流較小，不易判斷所在處LED在點陣屏中的坐標。光敏三極管（3DU35C）：光電流大，響應時間短，且其靈敏度非常高，易判斷所在處LED在點陣屏中的坐標。經比較，選擇光敏三極管作為光筆檢測敏感器件。 LCD顯示屏的選擇考慮到有系統(tǒng)低功耗的要求，采用價格低廉的1602液晶作為顯示。LCD功耗比較低，不需要循環(huán)掃描，且信息量大，能靈活多變的顯示多種信息。 鍵盤輸入模塊的選擇鍵盤采用44標準矩陣鍵盤，用8個I/O口控制16個鍵，4個I/O口接4行，另外4個接4列，通過行列掃描獲得按鍵值。 1616點陣屏模塊的選擇由4塊88單色LED點陣(紅色)模塊組合成1616的LED點陣屏。用紅外光電三極管自制光筆。在檢測時依次點亮紅色LED，當點亮到某個LED時，如果此時光筆放在該LED時，這時紅外光電三極管的阻值會發(fā)生變化，通過相應的檢測電路可以得出一個高低電平的變化，單片機檢測到信號變化時就可以判斷光筆的當前位置。 該方案簡單易行，對光筆位置判斷的靈敏度較高，抗外界干擾能力強。采用紅色點陣和紅外光電三極管能夠有效地減少環(huán)境可見光對光筆中光電三極管的干擾。三、系統(tǒng)簡述本設計主要模塊組成：主控CPU模塊、按鍵輸入模塊，光筆檢測電路，LCD信息顯示器，16 16 點陣 LED點陣顯示與驅動模塊。使用具有價廉易購的STC89C52單片機編程控制，通過修改程序可方便實現(xiàn)系統(tǒng)升級。系統(tǒng)的框圖結構如下： 四、硬件設計圖1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)主要部件包括88的LED點陣屏、STC89C52RC單片機、方向可控的八路緩沖器74HC2438譯碼器74HC13P溝道的增強型場效應管APM495移位寄存器74HC59液晶顯示器1602，雙電壓比較器LM393，光敏三極管3DU5C。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵等。4．1 系統(tǒng)各器件簡介 STC89C52RC單片機STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。圖STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（～，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線。此時，P0口內部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（～，1～8引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（）。P2端口（～，21～28引腳）：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（～，10～17引腳）：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（）。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如下表所示： P3口引腳復用功能引腳號復用功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）T0（定時器0的外部輸入）T1（定時器1的外部輸入）（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 方向可控的八路緩沖器74HC245 總線收發(fā)器，典型的CMOS型三態(tài)緩沖門電路。由于單片機或CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口都有一定的負載能力，如果負載超過其負載能力，一般應加驅動器。主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。為了保護脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設備的并行接口間添加緩沖器。當主控芯片與受控設備之間需要實現(xiàn)雙向異步通信時，自然就得選用雙向的八路緩沖器了，245就是面向這種需求