LED汉字显示
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无锡商业职业技术学院
[摘要]
LED 汉字显示
介绍一种实用的 LED 点阵式显示牌的设计，利用 MCS-51 单片机对 LED 汉字显示牌进行控制，并
且讲述了 LED 点阵式汉字显示牌的设计原理、电路制作方法，有利于通过实践，掌握单片机的一般设计应
用及电路板的制作方法。系统具有设计简单、成本低廉、可靠性高的特点。
（2）ULN2803 极限值（若无其他规定，Ｔamb＝２５℃）
参数名称
符号
数值
单位
输入电压
Vin
30 Ｖ
输入电流
Iin
25 mA
功耗
Pd
1W
工作环境温度
Topr －20to+85 ℃
储存温度
Tstg -55to+150 ℃
电特性（若无其他规定，Ｔamb＝２５℃）
参数名称
符号
测试条件
最小
输出漏电流
Icex Vce=50V,Tamb=25℃
FPEROM 编程和校验用的控制信号。此时，ALE/PROG 引脚是编程脉冲输入端。89C51 代
码阵列存储器是逐个字节被编程的。在对片内 FPEROM 进行再编程前，应对整个存储阵列
进行电擦除。
写操作周期是自定时的，一经初始化就自动按时间完成。在对 89C51 编程前，应根据 FPEROM 编程模式表产生地址、数据和控制信号。
模式
RST
PSEN
EA/VPP P2.6
P2.7
P3.6
P3.7
写入代码 H
L
H/12V L
H
H
H
数据
（1）
读出代码 H
L
H
L
L
H
H
数据
写入 VPP H
L
12V
L
H
L
H
选择代码
（2）
写加密位 H
L
H/12V H
H
H
H
LB1
写加密位 H
L
H/12V H
H
L
L
LB2
写加密位 H
L
H/12V HLH NhomakorabeaL
LB3
（2） 显示及驱动电路：采用 16*16 点阵作为字符显示器，由单片机的 P0 和 P2 口（字符 输出口）与两个 ULN2803 分别相连控制行输出，单片机的 P1 口（字符显示器扫描 输出口）通过 74LS245 驱动点阵的 A-端相连，通过移位寄存器 74LS595 来控制显
1
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1.35
V
无锡商业职业技术学院
输入电容 上升时间 下降时间 钳位二极管漏电流 钳位二极管漏电流 钳位二极管正向压降
Cin
tplh
0.5Ein to 0.5Eout
tphl
0.5Ein to 0.5Eout
Ir Vr=50V,Tamb=25
Ir Vr=50V,Tamb=25
Vf
If=350mA
15 0.25 0.25
74HC595 内部结构框图 74HC595 是一个八位的串行输入三态并行输出的移位寄存器，能直接驱动 LED 发光 管，传输频率高达 100MHZ，而且可以级联，非常适合 LED 显示牌上的高速传输。 显示牌一般都由能显示四个字的模块组合而成，通过增加显示模块来增加显示面积或 字数。采用 74HC595 可通过串行级联方式传输数据，使系统扩展很容易实现。而且可以简 化算出 74HC595 的片数及显示模块数。通过 74HC595 实现逐行数据显示，当扫描频率足够 高时（大于每秒 24 幅图像），可以看到稳定的图像和汉字。 列输入驱动有八个 8 位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器 74HC595 实现。该 芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入数据在串行移位时钟 SRCLK 上升
芯片擦除 H
L
H/12V H
L
L
L
读信号字 H
L
H
L
L
L
L
节
5
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89C51 可提供数据查询功能，以指示一个周期的结束。在一个写周期中间，如果试图 读最后一个写入的字节，则会使引脚 P2.7 上已写入的数据变为补码。当写周期完成后， 在所有输出端的真值数据是有效的；接着开始下一个周期。数据查询可在一个写周期开始后 的任何时间开始。 （3） 双向总线驱动器 74LS245 74LS245 是双向总线驱动器，这个芯片可以在 89C51 和 74LS595 的时序之间引入一个延 时。74LS245 所造成的延时典型值为 15ms，最小值也为 8ms。用 74LS245 来驱动 74LS595 来控制列的显示。89C51 的 P10—P17 口接 74LS245 的 A1—A8 口，而 B 端（ B1—B8）的 输出通过 74LS595 连接到显示模块上的数据输入端。这样，数据就可以在 89C51 内经过处 理在传输到 74LS245 完成缓冲，在通过 74LS595 就可以在模块的列上进行显示了。 显示的驱动方式 国内 LED 显示牌的模组驱动方式有静态方式和扫描方式，恒流型和电压型之分，但是， 无论采用何种驱动方式，数据传输一般都是采用串行移位寄存器实现。 该电路的特点是每一时刻只有一行发光管被点亮，列电路可以重复使用，从而节约了原 器件成本。但是，点亮发光二极管的瞬态电流很大，通常是平均电流的数倍甚至几十倍。显 示模组的静态驱动电路的特点是每一位数据寄存器对应一颗发光管，可以用较小的电流驱动 发光管，这更有利于延长发光管的寿命，户外屏和高档的 显示屏，例如全彩屏通常采用这 种驱动方式。 无论是扫描驱动还是静态驱动，数据信号都是通过串行移位寄存器传递的，并且 LED 显示工作是电流呈脉冲状态，瞬间电流变化很大，容易对长距离传输的数据和控制信号造成 干扰。当 LED 显示牌的面积较大，串行移位寄存器级联的数量较多时，情况更加严重。信 号完整性设计存在缺陷的单元板多块级联后，除了信号容易受到干扰外，控制信号的电平幅 度和宽度也会变小，无法保证正常工作。 整个显示系统由编入程序的单片机 89C51 和 LED 点阵显示脚组成，89C51 通过串行口 传送显示内容，点阵显示牌接受单片机传送的数据，并控制 LED 点阵显示牌的显示。由于 89C51 只有 4 片内 EEPROM，无法存储大量汉字点阵字模，但足够存贮 ASCII 码字符的点 阵数据。因此，采用已烧入程序的单片机传递汉字的点阵字模或字符的 ASCII 码的方式来
1.7
25 PF
1
Us
1 Us
50 uA
100 uA
2V
UNL2803 由八个硅 NPN 达林顿晶体管阵列组成，在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 的电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据；高耐压， 工作电流大，灌电流可达 500mA，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负 载电流并行运行。UNL2803 作驱动器，输出行选择信号，低电平有效，接一行发光二极管 的公共阴极。由于程序控制分时输出不同的行列信号，使 8 行发光二极管轮流亮灯，实现动 态显示。
输出漏电流
Icex Vce=50V,Tamb=70℃
饱和压降
Vce(sat) Ic=100mA,Is=250uA
饱和压降
Vce(sat) Ic=200mA,Is=350uA
饱和压降
Vce(sat) Ic=350mA,Is=500uA
3
典型
最大
单位
50 uA
100 uA
0.9
1.1
V
1.1
1.3
V
1.3
[关键词] 单片机；LED 显示牌；驱动电路 设计说明: LED 汉字显示牌是通过运用单片机即 MSC51 单片机和移位寄存器 74HC595
驱动发光二极管来显示字符.在设计过程中运用到了一系列编程,真正进行了硬件与软件的相 结合,进行了实践的设计。. 1 引言
LED 点阵是一种简单的汉字显示器件，具有廉价、易于控制实现、寿命长等特点，广泛 应用于各种公共场合，如车站、机场公告、公共汽车显示牌等。对于 LED 的控制，可以采 用数字电路实现，其缺点是显示的字符不容易更改，如果采用单片机控制，就可以在硬件电
4 软件设计 本文设计的 LED 点阵属于动态显示，显示方式的设计由单片机内的程序控制，单片机内 的程序在传输汉字点阵字模或字符 ACSII 码时，先传送显示方式控制字，单片机根据接受 到的显示方式控制字，确定显示方式。 显示过程由单片机中断程序控制，每次定时亮一行。
7
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在动态显示方式下，显示每隔一定时间循环左移一列，动态显示方式的是由行和列上的移 动而形成的，因此在软件设计上，只要按照一定时间间隔改变显示缓冲区的内容，是显示 缓冲区所有数据左移一列，即可实现动态显示效果，由于显示缓冲区所有的数据左移一列 需要一定时间，不可能在两次定时中断间隔内实现这一处理过程，为此需要设计两个显示 缓冲区，一个用于保存当前显示的数据，另一个用于对当前的数据进行左移一列，到达左 移时间间隔后，切换当前显示缓冲区左移一列的缓冲区，然后对另一缓冲区左移一列的处 理,在左移之前,把当前的显示缓冲区的内容复制到要进行左移的缓冲区,保证两个缓冲区 内容的一致性.为了保证动态移位显示正常,最重要的问题是如何分配刷新显示牌的定时中 断时间和缓冲区移位处理时间,保证两者时间不冲突,本文采用的方法是使显示缓冲区的移 位处理多次定时中断程序执行之间的时间间隔内完成.即:移位处理时间=移位间隔时间-移 位间隔时间内执行定时中断程序累计所需时间.这样就保证了定时中断程序有足够的时间 刷新显示牌的显示,而只要在两次定时中断程序执行间隔内留出少许时间给显示缓冲区的 移位处理.
2
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沿由串行输入段 SER 输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时 SQH 端串行输出；在锁存时 钟信号 RCLK 上升沿到来时，芯片将内部移位寄存器 8 位数据并行输出。正常工作时，应 将复位端 SRCLK 与使能端 RCLK 分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出 移位寄存器 74HC595 的锁存器输出端相连接。
[摘要]
LED 汉字显示
介绍一种实用的 LED 点阵式显示牌的设计，利用 MCS-51 单片机对 LED 汉字显示牌进行控制，并
且讲述了 LED 点阵式汉字显示牌的设计原理、电路制作方法，有利于通过实践，掌握单片机的一般设计应
用及电路板的制作方法。系统具有设计简单、成本低廉、可靠性高的特点。
（2）ULN2803 极限值（若无其他规定，Ｔamb＝２５℃）
参数名称
符号
数值
单位
输入电压
Vin
30 Ｖ
输入电流
Iin
25 mA
功耗
Pd
1W
工作环境温度
Topr －20to+85 ℃
储存温度
Tstg -55to+150 ℃
电特性（若无其他规定，Ｔamb＝２５℃）
参数名称
符号
测试条件
最小
输出漏电流
Icex Vce=50V,Tamb=25℃
FPEROM 编程和校验用的控制信号。此时，ALE/PROG 引脚是编程脉冲输入端。89C51 代
码阵列存储器是逐个字节被编程的。在对片内 FPEROM 进行再编程前，应对整个存储阵列
进行电擦除。
写操作周期是自定时的，一经初始化就自动按时间完成。在对 89C51 编程前，应根据 FPEROM 编程模式表产生地址、数据和控制信号。
模式
RST
PSEN
EA/VPP P2.6
P2.7
P3.6
P3.7
写入代码 H
L
H/12V L
H
H
H
数据
（1）
读出代码 H
L
H
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H
H
数据
写入 VPP H
L
12V
L
H
L
H
选择代码
（2）
写加密位 H
L
H/12V H
H
H
H
LB1
写加密位 H
L
H/12V H
H
L
L
LB2
写加密位 H
L
H/12V HLH NhomakorabeaL
LB3
（2） 显示及驱动电路：采用 16*16 点阵作为字符显示器，由单片机的 P0 和 P2 口（字符 输出口）与两个 ULN2803 分别相连控制行输出，单片机的 P1 口（字符显示器扫描 输出口）通过 74LS245 驱动点阵的 A-端相连，通过移位寄存器 74LS595 来控制显
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1.35
V
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输入电容 上升时间 下降时间 钳位二极管漏电流 钳位二极管漏电流 钳位二极管正向压降
Cin
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0.5Ein to 0.5Eout
tphl
0.5Ein to 0.5Eout
Ir Vr=50V,Tamb=25
Ir Vr=50V,Tamb=25
Vf
If=350mA
15 0.25 0.25
74HC595 内部结构框图 74HC595 是一个八位的串行输入三态并行输出的移位寄存器，能直接驱动 LED 发光 管，传输频率高达 100MHZ，而且可以级联，非常适合 LED 显示牌上的高速传输。 显示牌一般都由能显示四个字的模块组合而成，通过增加显示模块来增加显示面积或 字数。采用 74HC595 可通过串行级联方式传输数据，使系统扩展很容易实现。而且可以简 化算出 74HC595 的片数及显示模块数。通过 74HC595 实现逐行数据显示，当扫描频率足够 高时（大于每秒 24 幅图像），可以看到稳定的图像和汉字。 列输入驱动有八个 8 位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器 74HC595 实现。该 芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入数据在串行移位时钟 SRCLK 上升
芯片擦除 H
L
H/12V H
L
L
L
读信号字 H
L
H
L
L
L
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节
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89C51 可提供数据查询功能，以指示一个周期的结束。在一个写周期中间，如果试图 读最后一个写入的字节，则会使引脚 P2.7 上已写入的数据变为补码。当写周期完成后， 在所有输出端的真值数据是有效的；接着开始下一个周期。数据查询可在一个写周期开始后 的任何时间开始。 （3） 双向总线驱动器 74LS245 74LS245 是双向总线驱动器，这个芯片可以在 89C51 和 74LS595 的时序之间引入一个延 时。74LS245 所造成的延时典型值为 15ms，最小值也为 8ms。用 74LS245 来驱动 74LS595 来控制列的显示。89C51 的 P10—P17 口接 74LS245 的 A1—A8 口，而 B 端（ B1—B8）的 输出通过 74LS595 连接到显示模块上的数据输入端。这样，数据就可以在 89C51 内经过处 理在传输到 74LS245 完成缓冲，在通过 74LS595 就可以在模块的列上进行显示了。 显示的驱动方式 国内 LED 显示牌的模组驱动方式有静态方式和扫描方式，恒流型和电压型之分，但是， 无论采用何种驱动方式，数据传输一般都是采用串行移位寄存器实现。 该电路的特点是每一时刻只有一行发光管被点亮，列电路可以重复使用，从而节约了原 器件成本。但是，点亮发光二极管的瞬态电流很大，通常是平均电流的数倍甚至几十倍。显 示模组的静态驱动电路的特点是每一位数据寄存器对应一颗发光管，可以用较小的电流驱动 发光管，这更有利于延长发光管的寿命，户外屏和高档的 显示屏，例如全彩屏通常采用这 种驱动方式。 无论是扫描驱动还是静态驱动，数据信号都是通过串行移位寄存器传递的，并且 LED 显示工作是电流呈脉冲状态，瞬间电流变化很大，容易对长距离传输的数据和控制信号造成 干扰。当 LED 显示牌的面积较大，串行移位寄存器级联的数量较多时，情况更加严重。信 号完整性设计存在缺陷的单元板多块级联后，除了信号容易受到干扰外，控制信号的电平幅 度和宽度也会变小，无法保证正常工作。 整个显示系统由编入程序的单片机 89C51 和 LED 点阵显示脚组成，89C51 通过串行口 传送显示内容，点阵显示牌接受单片机传送的数据，并控制 LED 点阵显示牌的显示。由于 89C51 只有 4 片内 EEPROM，无法存储大量汉字点阵字模，但足够存贮 ASCII 码字符的点 阵数据。因此，采用已烧入程序的单片机传递汉字的点阵字模或字符的 ASCII 码的方式来
1.7
25 PF
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Us
1 Us
50 uA
100 uA
2V
UNL2803 由八个硅 NPN 达林顿晶体管阵列组成，在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 的电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据；高耐压， 工作电流大，灌电流可达 500mA，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负 载电流并行运行。UNL2803 作驱动器，输出行选择信号，低电平有效，接一行发光二极管 的公共阴极。由于程序控制分时输出不同的行列信号，使 8 行发光二极管轮流亮灯，实现动 态显示。
输出漏电流
Icex Vce=50V,Tamb=70℃
饱和压降
Vce(sat) Ic=100mA,Is=250uA
饱和压降
Vce(sat) Ic=200mA,Is=350uA
饱和压降
Vce(sat) Ic=350mA,Is=500uA
3
典型
最大
单位
50 uA
100 uA
0.9
1.1
V
1.1
1.3
V
1.3
[关键词] 单片机；LED 显示牌；驱动电路 设计说明: LED 汉字显示牌是通过运用单片机即 MSC51 单片机和移位寄存器 74HC595
驱动发光二极管来显示字符.在设计过程中运用到了一系列编程,真正进行了硬件与软件的相 结合,进行了实践的设计。. 1 引言
LED 点阵是一种简单的汉字显示器件，具有廉价、易于控制实现、寿命长等特点，广泛 应用于各种公共场合，如车站、机场公告、公共汽车显示牌等。对于 LED 的控制，可以采 用数字电路实现，其缺点是显示的字符不容易更改，如果采用单片机控制，就可以在硬件电
4 软件设计 本文设计的 LED 点阵属于动态显示，显示方式的设计由单片机内的程序控制，单片机内 的程序在传输汉字点阵字模或字符 ACSII 码时，先传送显示方式控制字，单片机根据接受 到的显示方式控制字，确定显示方式。 显示过程由单片机中断程序控制，每次定时亮一行。
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在动态显示方式下，显示每隔一定时间循环左移一列，动态显示方式的是由行和列上的移 动而形成的，因此在软件设计上，只要按照一定时间间隔改变显示缓冲区的内容，是显示 缓冲区所有数据左移一列，即可实现动态显示效果，由于显示缓冲区所有的数据左移一列 需要一定时间，不可能在两次定时中断间隔内实现这一处理过程，为此需要设计两个显示 缓冲区，一个用于保存当前显示的数据，另一个用于对当前的数据进行左移一列，到达左 移时间间隔后，切换当前显示缓冲区左移一列的缓冲区，然后对另一缓冲区左移一列的处 理,在左移之前,把当前的显示缓冲区的内容复制到要进行左移的缓冲区,保证两个缓冲区 内容的一致性.为了保证动态移位显示正常,最重要的问题是如何分配刷新显示牌的定时中 断时间和缓冲区移位处理时间,保证两者时间不冲突,本文采用的方法是使显示缓冲区的移 位处理多次定时中断程序执行之间的时间间隔内完成.即:移位处理时间=移位间隔时间-移 位间隔时间内执行定时中断程序累计所需时间.这样就保证了定时中断程序有足够的时间 刷新显示牌的显示,而只要在两次定时中断程序执行间隔内留出少许时间给显示缓冲区的 移位处理.
2
无锡商业职业技术学院
沿由串行输入段 SER 输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时 SQH 端串行输出；在锁存时 钟信号 RCLK 上升沿到来时，芯片将内部移位寄存器 8 位数据并行输出。正常工作时，应 将复位端 SRCLK 与使能端 RCLK 分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出 移位寄存器 74HC595 的锁存器输出端相连接。
