點陣式LED滾動漢字顯示屏的Proteus仿真設計

　　1.引言

　　點陣式LED組成的漢字顯示屏在公共場所應用非常廣泛。例如，車站發車時間提示、股票大廳中的股票價格顯示板、商場的活動廣告欄、候機廳的起飛時間表。點陣顯示器的特點是可以按照需要的大小、形狀和顏色進行組合，用單片機控制實行各種文字或圖型的變化，達到廣告宣傳和提示的目的。

　　Proteus是一款新穎的嵌入式系統軟硬件設計仿真平臺，特別適用于單片機仿真，能夠在線、實時仿真多種類型的單片機，諸如MCS-51系列單片機、PIC單片機、AVR單片機等，能夠像硬件仿真器一樣進行軟硬件調試，而沒必要花錢去購買和維護價格不菲的仿真器，對于初學單片機的人來說，既減少了學習成本，又達到了良好的學習效果。

　　2.硬件電路設計

   　 點陣式LED滾動漢字顯示屏硬件電路設計框圖如圖1所示。電路包括單片機、電源電路、時鐘電路、復位電路、驅動電路和LED點陣電路等。本設計的核心是利用單片機讀取顯示字型碼，通過驅動電路對16×16 LED點陣進行動態列掃描，以實現漢字的滾動顯示。本設計選用的單片機為ATMEL公司的AT89C52，顯示屏采用16×16 LED點陣。電源電路通過變壓整流元件為單片機和其他電路提供穩定的+5V工作電壓。時鐘電路是單片機的驅動電路，復位電路可在需要時，手動使單片機程序計數器復位清零。通過陽極驅動電路向16×16點陣送字型碼，本設計采用74LS273。通過陰極驅動電路對16×16點陣進行列掃描，本設計采用74HC138。

圖1   硬件電路設計框圖  

 　　利用Proteus軟件設計點陣式LED滾動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，因此在仿真時無需設計電源電路和時鐘電路。需要說明的是在Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點陣模塊，本設計中采用Proteus軟件中現有的8×8點陣模塊組合成一個16×16點陣模塊。從圖2中可以看出，16×16點陣的陽極驅動由P0口經輸出緩沖器74LS273構成，在本設計中需要用兩片，分別送出上8行和下8行的字型碼。16×16點陣的陰極驅動由P2口經74HC138譯碼后動態掃描16×16點陣的各列，本設計中需要四片74HC138譯碼器，循環掃描各列，顯示一個完整的漢字需要掃描32次。RP3為排阻，含有8個電阻，作P0口各位的上拉電阻，以保證P0口能夠輸出高電平。復位電路的作用是，在任何時刻可以手動復位單片機，使程序重新執行。

　　圖2.硬件電路原理圖

　　3. 軟件設計

　   AT89C51單片機是8位機，每次只能送出8位數據，因此要向16×16點陣送出16行陽極驅動，需要送兩次，或先送上8行，或先送下8行，為了能夠實現每一列字型碼的完整顯示，采用74LS273進行鎖存，否則會出現字型殘缺現象。根據設計要求并結合圖2的硬件連接進行程序設計，程序設計流程圖如圖3所示。

　　利用單片機C語言實現“2008北京歡迎您！”10個字的滾動顯示，阿拉伯數字和標點符號按16×8點陣編碼，漢字按16×16點陣編碼， “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）中斷服務程序流程圖

圖3. 程序流程圖

動態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. 調試與仿真

  　 Proteus仿真時，單片機需要加載程序，加載程序為.HEX文件。本設計利用Keil μVision2， 在新建Keil項目時選擇AT89C52單片機作為CPU，將C語言源程序導入，在“Options For Target”對話窗口中，選中“Output”選項中的“Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，選中AT89C52并單擊鼠標左鍵，對AT89C52進行設置，設置單片機時鐘頻率為12MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對單片機設置完畢后就可以開始仿真了。仿真過程中如有硬件問題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問題可在Keil μVision2中直接修改，通過Keil與Proteus的聯合調試就可以得到滿意的結果。本設計的仿真結果如圖4所示。

圖4. 仿真結果

 5.結論

　　利用Proteus實現了對點陣式LED滾動漢字顯示屏的仿真，完成了“2008北京歡迎您！”10個字的滾動顯示，達到了良好的設計效果。該仿真電路接近實際電路，可以直接由該電路利用相關軟件設計印制電路板，加上電源電路和時鐘電路，就可以制作出實際的點陣式LED滾動漢字顯示屏。通過前期仿真縮短了開發周期，降低了開發成本，達到事半功倍之成效。

 　　6.本文作者創新點

    　本文作者創新點在于：在深入研究嵌入式系統軟硬件設計仿真平臺Proteus的基礎上，成功完成了對點陣式LED滾動漢字顯示屏的設計仿真，為單片機設計開發提供了一種新的方法和 手段。

參考文獻

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