单片机论文

来源：华佗小知识

基于单片机点阵式LED滚动汉字显示屏的

Proteus仿真设计

卿珊

（07通信 20074055021）

摘要

点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如，车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的起飞时间表。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图型的变化，达到广告宣传和提示的目的。

本设计的核心在于利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真设计，完成了系统的硬件电路设计和软件编程，并结合KeilC51进行了联合仿真调试，实现汉字在点阵式LED显示屏上的滚动显示，这就达到了仿真设计的目的。

关键词：点阵式LED；仿真；单片机；PROTEUS

一、单片机的概况

随着电子技术和信息技术的迅速发展，计算机技术正在日益渗透到人们日常生活的方方面面，在这一进程中，单片机起到了重要作用。

单片机，又称微控制器( Micro Controller Unit, MCU)，自20世纪70年代问世以来，已经对人类社会的各个方面产生了巨大的影响。单片机技术开发和应用水平已经成为一个国家工业化发展水平的重要标志。近年来，由于单片机在国防、工业、医疗、交通、通信、机器人等高精尖技术领域的广泛应用，促进了单片机技术的迅猛发展。为了适应广泛要求，各种新型的速度快、体积小、功能全、功耗低的单片机不断涌现出来。比较有代表性的主要有Intel公司的MCS-51系列以及其他公司的基于51内核的兼容机、PIC公司的PIC系列单片机、Atmel公司的AVR系列单片机以及32位ARM单片机等等。

二、总体设计

2.1功能描述

点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛，此设计就是用来实现LED的显示。

2.2工作原理

利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真设计，完成了系统的硬件电路设计和软件编程，并结合Keil C51进行了联合仿真调试，实现汉字在点阵式LED显示屏上的滚动显示，达到了仿真设计的目的。

2.3设计步骤

2.3.1硬件电路设计

点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如图1所示。

图1 硬件电路设计框图

电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码,通过驱动电路对16×16 LED点阵进行动态列扫描,以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为ATMEL公司的ATC51,显示屏采用16×16 LED点阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路,复位电路可在需要时,手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向16×16点阵送字型码,本设计采用74HC595。通过阴极驱动电路对16×16点阵进行列扫描,本设计采用74HC1。

利用Proteus软件设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路原理图如图2所示。在Proteus软件中,单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率,因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。需要说明的是在Proteus软件目前版本中还没有16×16点阵模块,本设计中采用Proteus软件中现有的8×8点阵模块组合成一

个16×16点阵模块。从图2中可以看出,16×16点阵的阳极驱动由P3.0口经输出缓冲器74HC595构成,在本设计中需要用两片,分别送出上8行和下8行的字型码。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，具有三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟，数据在SH＿CP的上升沿输入，在SH＿CP的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。16×16点阵的阴极驱动由P1口经74HC1译码后动态扫描16×16点阵的各列,本设计中需要一片74HC1译码器,循环扫描各列。复位电路的作用是,在任何时刻可以手动复位单片机,使程序重新执行。

2.3.2 软件设计

ATC51单片机是8位机，每次只能送出8位数据，因此要向16×16点阵送出16行阳极驱动，需要送两次，或先送上8行，或先送下8行，为了能够实现每一列字型码的完整显示，采用74HC595进行锁存，否则会出现字型残缺现象。根据设计要求并结合图2的硬件连接进行程序设计，程序设计流程图如图3所示。

利用单片机汇编语言实现“物理与信息工程学院”9个字的滚动显示，阿拉伯数字和标点符号按16×8点阵编码，汉字按16×16点阵编码，“物理与信息工程学院”字型码表如下：

{DB 156,51,238,25,56,30,200,103,120,96,200,63,248,31,0,0;\"物\" DB 0,0,68,32,68,48,252,31,68,8,68,4,0,0,2,33

DB 146,36,146,36,2,63,146,36,146,36,2,33,0,0,0,0 ;\"理\" DB 0,0,0,4,0,4,0,4,2,4,142,4,136,4,136,4

DB 136,4,136,36,136,100,136,127,136,1,8,0,8,0,0,0 ;\"与\" DB 0,0,32,0,16,0,252,127,6,0,9,0,168,0,168,126

DB 168,34,174,34,172,34,168,34,168,126,168,0,8,0,0,0 ;\"信\" DB 0,0,0,0,0,48,0,24,252,3,84,125,86,65,87,73 DB 85,,84,81,84,97,252,3,0,8,0,112,0,32,0,0 ;\"息\"

DB 0,0,0,32,4,32,4,32,4,32,4,32,4,32,252,63 DB 252,63,4,32,4,32,4,32,4,32,4,32,0,32,0,0 ;\"工\" DB 32,12,36,7,230,1,2,127,255,127,227,1,33,67,0, DB 126,73,34,73,34,127,34,127,34,73,126,73,0,,0,;\"程\" DB 0,0,192,5,97,4,35,4,172,4,168,68,160,196,167,2 DB 175,126,160,5,160,5,172,4,38,4,163,5,224,4,0,0;\"学\" DB 0,0,2,127,18,1,18,2,42,6,198,3,48,,24,97

DB 72,57,73,31,79,1,76,127,72,97,8,65,56,,24,96;\"院\"｝程序流程图如下图3：

图3程序流程图

动态扫描显示程序代码如下： MAIN: MOV SCON,#0 CLR ES

MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0 SETB ET0 SETB EA

MOV R0,#2 ;TABEL切换 MOV R5,#20 ;字移动延时时间 MOV R3,#0 ;table中,字之间的相对地址MOV DPTR,#TABLE

STA0:MOV R4,#16 ;扫描一次循环次数

MOV A1,#0 ;共阴极位选

MOV A2,#0;阳极输出一个字内的相对址STA1:MOV P1,A1

LCALL XIANSHI

CLR P3.2 ;琐存输出

SETB P3.2

LCALL DELAY

INC A1

DJNZ R4,STA1 AJMP STA0 JIA:DJNZ R5,XIA MOV R5,#20 MOV A,R3 CLR C ADD A,#32 MOV R3, A

JNC XIA;tabel切换程序 MOV DPTR,#TABLE1 DJNZ R0,XIA MOV DPTR,#TABLE MOV R0,#2

XIA:MOV TH0,#3CH

MOV TL0,#0B0H

RETI

XIANSHI:MOV A,A2

ADD A,R3

MOVC A,@A+DPTR

MOV SBUF,A

JNB TI,$

CLR TI

INC A2

RET

DELAY:MOV R7,#5 D0:MOV R6,#248 2.3.3 调试与仿真

DJNZ R6,$ DJNZ R7,D0

RET

Proteus仿真时，单片机需要加载程序，加载程序为.HEX文件。本设计利用Keil μVision2，在新建KeilC51项目时选择ATC52单片机作为CPU，将C语言源程序导入，在“Options For Target”对话窗口中，选中“Output”选项中的“Create HEX File”，编译链接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，选中ATC52并单击鼠标左键，对ATC52进行设置，按照正确的文件路径加载.HEX文件。对单片机设置完毕后就可以开始仿真了。仿真过程中如有硬件问题可在Proteus ISIS中直接修改，如有软件问题可在Keil μVision2中直接修改，通过KeilC51与Proteus的联合调试就可以得到满意的结果。本设计的仿真结果如图4所示。

行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列行col 0 ---- 7ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15col 8 ---- 15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15列图4仿真结果

2.3.4结论总结

利用Proteus实现了对点阵式LED滚动汉字显示屏的仿真，完成了“物理与信息工程学院”9个字的滚动显示，达到了良好的设计效果。该仿真电路接近实际电路，可以直接由该电路利用相关软件设计印制电路板，加上电源电路和时钟电路，就可以制作出实际的点阵式LED滚动汉字显示屏。通过前期仿真缩短了开发周期，降低了开发成本，达到事半功倍之成效。

参考文献

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[4]李学孔,基于Proteus 的8051单片机实例教程[M].电子工业出版社,2008.6 [5]朱清慧,Proteus教程--电子线路设计、制版与仿真[M].清华大学出版社,2008.9 [6] http://www.proteus.com.cn:Proteus仿真论坛. [7] 在线网站www.labcenter.com.

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