O 引言
近年來，LED顯示屏由于具有亮度高，壽命長，功耗小，性能穩(wěn)定，驅(qū)動簡單以及可視距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為新一代的信息傳播媒體工具。目前，LED顯示屏應(yīng)用十分廣泛，如證券交易顯示、金融信息顯示、體育場館顯示比賽信息、廣告，城市廣場群顯示、道路交通信息顯示等領(lǐng)域。顯示漢字信息時，一般需要多個LED點(diǎn)陣顯示組合，最常見的組合方式有8x8，16×16，32×16等。由于顯示屏的顯示信息有限，當(dāng)顯示信息較多時，一般需要進(jìn)行分批顯示或者滾動顯示。
Proteus是目前最先進(jìn)、最完整的多種型號微處理器系統(tǒng)的仿真設(shè)計平臺，由ISIS和ARES兩個構(gòu)成，其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺，ARES是一款高級布線編輯軟件，用于制作PCB印制電路板。開發(fā)者可以在無硬件條件下直接使用Pro-teus進(jìn)行電路設(shè)計和仿真調(diào)試，真正實(shí)現(xiàn)了在計算機(jī)中完成電路原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、系統(tǒng)測試到形成印制電路板的完整電子設(shè)計、研發(fā)過程。因此，本課題利用AT89C5l單片機(jī)作為主控制器，采用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)對16×16 LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示．仿真運(yùn)行通過后再進(jìn)行點(diǎn)陣顯示電路制作，大大縮減實(shí)際開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本。
1 硬件電路設(shè)計
在很多LED顯示的場合，需要實(shí)現(xiàn)一系列LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示，為簡化設(shè)計，每批只顯示2個漢字，分若干次完成全部顯示。利用Proteus ISIS平臺畫出的硬件電路如圖l所示。
該硬件電路的核心是利用單片機(jī)讀取顯示字型碼，通過驅(qū)動電路對16×16共陰極LED點(diǎn)陣進(jìn)行動態(tài)列掃描，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣漢字的分批顯示。設(shè)計選用的單片機(jī)為Atrnel公司的AT89C51，它是一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4 KB可反復(fù)擦寫的FLASH ROM，采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051引腳結(jié)構(gòu)，內(nèi)置看門狗電路。功能強(qiáng)大的AT89C5l可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時所必需的時鐘信號，其中晶振頻率為12 MHz。上電復(fù)位電路可保證單片機(jī)的在程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，重啟運(yùn)行。
顯示單元是LED漢字顯示屏，由2片16×16 LED點(diǎn)陣模塊組成。但由于Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點(diǎn)陣模塊，設(shè)計中采用Pro-teus軟件中的4個8×8點(diǎn)陣模塊組合成1個16×16點(diǎn)陣模塊。點(diǎn)陣漢字的陽極驅(qū)動是由單片機(jī)的PO口和P2口各自經(jīng)過一片輸出緩沖器74LS273向4個8×8 LED點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動信號；點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動由P1．0～P1．3經(jīng)過4-16線譯碼器74HCl54譯碼后輸出列選信號，對4個8×8點(diǎn)陣進(jìn)行列掃描，從而控制LED點(diǎn)陣的相應(yīng)像素點(diǎn)亮。2個LED點(diǎn)陣漢字中的列選信號則分別由P3．O和P3．1控制來選擇相應(yīng)的74HCl54，因此需要兩片74HCl54譯碼器。RP1為排阻，含有8個電阻，作為PO口各位的上拉電阻，以保證PO口能夠輸出高電平。
2 點(diǎn)陣漢字分批顯示原理與軟件設(shè)計
16×16共陰極LED點(diǎn)陣由4個8×8點(diǎn)陣構(gòu)成，需要顯示漢字字符串“單片機(jī)仿真!”，可通過建立數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行。通過16×16點(diǎn)陣漢字字模提取軟件，可提取各顯示漢字的字模數(shù)據(jù)，詳見程序設(shè)計中的顯示字符代碼表1。
在進(jìn)行漢字分批輸出顯示時采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式，可按行或列進(jìn)行掃描。當(dāng)按“列”掃描時，需要建立列的掃描代碼表如下：
現(xiàn)以列掃描為例，闡述16×16 LED點(diǎn)陣漢字分批顯示原理。在初始化設(shè)置(關(guān)顯示)后，首先，P1送出第1列掃描代碼，同時使P3=0xFD選中U2的74HCl54和U4，對P0輸出段碼給左邊漢字上半部的第1列以驅(qū)動相應(yīng)段點(diǎn)亮；接著，使P3=OxFA選中U2的74HCl54和U5，對P2輸出段碼值給左邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動相應(yīng)段點(diǎn)亮，即送出了第一個漢字“單”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值)；再設(shè)置P3=0xF5選中U3的74HC-l54和U4，對P0輸出段碼給右邊漢字的上半部的第1列以驅(qū)動相應(yīng)段點(diǎn)亮。接著，使P3=OxF9亦選中U3的74HCl54和U5，對P2輸出段碼值給由邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動相應(yīng)段點(diǎn)亮，即送出了第2個漢字“片”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值)。然后，給P1送第2列的掃描代碼，同理再送出第1個漢字“單”、第2個漢字“片”的各自第2列的字模數(shù)據(jù)，…如此進(jìn)行，經(jīng)過16次列掃描，分時送完兩個漢字的各自16個段碼值，就可顯示第1批漢字“單”、“片”；再進(jìn)行第2批漢字“機(jī)”、“仿”的顯示；…，直到漢字字符串顯示完成。若字符顯示完畢，又從頭開始循環(huán)顯示。LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的程序流程如2所示。在某一時刻，只有1行或1列發(fā)光二極管被對應(yīng)的字模數(shù)據(jù)驅(qū)動點(diǎn)亮，但只要掃描間隔時間合適(一般為數(shù)毫秒)，利用人眼的視覺暫留特性，看上去整批字符就顯示在LED點(diǎn)陣顯示器上。
主要的C語言源程序如下：
3 程序調(diào)試與仿真
(1)生成目標(biāo)代碼文件。利用Proteus平臺在進(jìn)行仿真時，需要加載程序到單片機(jī)中，加載的程序為目標(biāo)代碼文件．HEX。方法是：利用單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)Keil UVsion3，在新建項目中選擇AT89C51單片機(jī)作為CPU，同時將創(chuàng)建C語言源程序文件并將其加載到新建項目中。在“P-roject”下拉菜單中，選擇“Options for Target”對話框，在對話框中選中“Output”選項卡中的“Create HEX File”選項。在“Proje-ct”下拉菜單中選擇“RebuiId all Target Files”選項，編譯成功后將生成．HEX目標(biāo)代碼文件。
(2)調(diào)試與仿真：在Proteus ISIS平臺中，按圖1畫出硬件電路，單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C51單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“Edit Comp-onent”對話框，在其中的“Clock Freqlaency”欄中設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12 MHz，在“Program File”欄選擇生成的．HEX文件。保存設(shè)計，生成．DSN文件。在“Debug”菜單中選擇“Execute”，可得到仿真運(yùn)行效果。仿真調(diào)試成功后，可看見“單片機(jī)仿真!”點(diǎn)陣漢字的分批顯示。顯示次序為“單片-機(jī)仿-真!”，其中“機(jī)仿”如圖3所示。通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試取得了良好的效果。
4 結(jié)語
在嵌入式系統(tǒng)仿真平臺Proteus的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對16×16 LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的仿真設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了“單片機(jī)仿真!”六個漢字的分批顯示，達(dá)到了良好的設(shè)計效果。該仿真電路接近于實(shí)際電路，再使用ProteusARES軟件在仿真原理圖的基礎(chǔ)上直接繪制PCB電路板，即可以制作出實(shí)際的點(diǎn)陣式LED分批漢字顯示屏。該顯示屏電路結(jié)構(gòu)簡潔，可靠性高，成本低且易于實(shí)現(xiàn)，軟件通過適當(dāng)修改即可實(shí)現(xiàn)其他顯示功能如滾動顯示等，顯示靈活，適用領(lǐng)域廣泛。通過Proteus的前期仿真為LED顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)大大縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，同時也為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、電子電路的開發(fā)設(shè)計等提供了一種嶄新的設(shè)計方法和有效手段。