16⨯16点阵LED电子显示屏的设计
摘要：文章介绍了基于单片机AT89C51的16⨯16点阵LED电子显示屏的设计。分别阐述了显示屏显示的基本原理，硬件设计、控制方法及其程序的实现。经过调试和分析，设计的结果能够实现对汉字的静态和动态显示，动态显示的内容有多种方式，同时又可通过上位机更新显示的内容。
关键字：AT89C51；16⨯16点阵；LED；显示屏
一绪论
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。
1 LED点阵显示屏概述
LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。
目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。
2 LED显示屏控制技术状况
显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。
二 系统总体设计方案
1硬件框图
汉字点阵的控制电路采用C51系列单片机，硬件电路可分为单片机控制器、LED 显示屏行列驱动电路、LED 点阵显示屏三部分，如下图所示。
系统设计硬件框图
2基本原理
点阵LED 扫描法介绍
点阵LED 一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： （1）点扫描
（2）行扫描 （3）列扫描
若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024Hz ，周期小于1ms 即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz ，周期小于7.8ms 即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED ）时需外加驱动电路提高电流，否则LED 亮度会不足。
单片机 AT89C51
列驱动 74HC595
行驱动 译码器
3个16X16点阵
振荡电
复位电
汉字的存储
用动态分时扫描技术使LED点阵模块显示图像，需要进行两步工作。第一步是获得数据并保存，即在存贮器中建立汉字数据库。第二步是在扫描模块的控制下，配合行扫描的次序正确地输出这些数据。获得图像数据的步骤是，先将要显示的每一幅图像画在一个如图所示的被分成16×16共256个小方格的矩形框中，这样就形成了与这个汉字所对应的二进制数据在该矩形框上的分布，再将此分布关系以32×16的数据结构组成64个字节的数据，并保存在只读存贮器ROM中。以这种方式将若干个汉字的数据贮存在存贮器内，就完成了图像数据库的建立工作。
然后，依次对多汉字抽取像素信息，并按序排队存放起来，便可得到一个待显示数据序列。将这个序列存到ROM中进一步通过寻址的方法来控制该数据序列的释放过程，就可实现在LED 发光二极管点阵上显示多汉字信息的目的。
第二步工作的步骤是：先在扫描模块的控制下，由地址线确定每次由ROM送出某一列的16个LED所要显示的汉字的控制字节数据，同时由扫描模块输出的5位扫描码经两个4-16译码器解码后决定相应的某一列可以被点亮，而另外31列都不能被点亮。该状态持续约0.4毫秒后，就接着进行下一行的扫描。当完成了一次32行的扫描后，也就完成了一帧画面的显示。重复上述过程不断修改ROM的地址区间的起始地址，转向下一幅画面的数据传送和显示。如此进行，就可以在LED点阵模块上显示ROM中存储的汉字。
三硬件系统设计
1 硬件原理图
利用Proteus仿真软件制作出详细的硬件原理图如下：
硬件原理图
2元器件的选择
元件编号规格参数
LED 16x16点阵
PCB板10cm*10cm环氧板
U1~ U6 74HC595
U7 AT89C51
U8 74HC154
R1 2K欧姆
C1、C2 33pF
C3 10uF
3 芯片简介
(1)AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
时钟电路由AT89C51的18，19脚的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。
复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。
外形及引脚排列如图所示
