基于单片机的LED显示屏设计与Proteus仿真
Ding Yanchuang and Guo Jinying
机械工程学院 中国大连交通大学
摘要：本文设计了一种利用AT89C52MCU（(Microcomputer Controller Unit）控制的LED 显示系统。AT89C52控制着由74HC154和74HC595组成的外围电路来显示字符、中文字符与数字。DS1302是用来控制实时显示的。C语言是在Keil uVision3 编译环境中来编程的。该显示系统是通过Proteus软件进行仿真的。在Proteus环境中，画出电路原理图，通过仿真，实现了实时时间的显示、中文字符的静态显示与动态显示。它有着能够改变显示状态细节的按键。通过实际仿真，微处理器AT89C52最大可控屏幕尺寸为64times;32位。单片机AT89C52控制整个屏幕显示中文字符16times;16点阵，共八个字符。并且这个关键功能可以扩展。
关键词：LED显示；AT89C52；Proteus；动态扫描
引言
能源节约的问题引起了大家的重视。因此注重节能的产品获得了了更多的认可。LED（发光二极管）显示器产生于二十世纪七十年代，当时它只是简单得被应用于显示数字和文本。随着LED颜色的多样化和亮度的增强，全彩户外LED显示在二十世纪末成为了现实。我国的LED出现于二十世纪七十年代，而它的工业化生产出现于二十世纪八十年代。信息和广告产业的发展带来了LED显示屏的诞生。LED显示屏主要用于广告窗口、火车站、银行以及其他地方。它被越来越广泛地使用。LED自身的特点使得它占领了未来的的显示屏产业中的市场。
在LED显示的设计中，最困难的部分是硬件调试。为了解决信号干扰、硬件连接中焊料的短缺、元件损坏以及一系列的调试问题，由英国Labcenter 电子公司研发的EDA（Electronic Design Automation-EDA）实用软件Proteus能够用来实现整个硬件系统原理图的绘制以及仿真。[1][1]
Proteus仿真环境包括ISIS和ARES。在ISIS环境下，电子电路可以在原理图阶段直接进行仿真。它也能提供虚拟仪器，模拟输入信号完成一个便捷的仿真。ARES是主要用于PCB（Printed Circuit Board-PCB）设计。设备库提供了示例装置及其封装。在这个环境中它可以设计印刷电路板。Proteus仿真系统目前支持ARM7、8051/52系列、AVR系列、PIC10/16/18系列、HC11系列和MSP430系列的MCU (Micro Controller Unit-MCU)。它可以观测到硬件调试的直接结果。Proteus有着直观、方便、低成本、效率高等特点。
这意味着摩托车蜂鸣器的声音将报警或不报警当设备检测到盗窃时] 6）找到摩托车或反劫持的位置[这意味着为驱逐贼提供高水平的声音] 7）在摩托车发生违规时提醒车主。
2.LED显示的设计
LED显示系统是由微处理器、LED显示屏电路、外围电路和控制系统程序组成的。LED显示屏电路包括LED面板和行、列驱动电路。外围功能电路包括按键控制电路和实时时钟电路。显示功能可以实现下列中的：数字、文字、汉子、黑白图片的静态显示以及动态显示。动态显示包括整个显示内容向上和向左移动。移动的办法是由按键控制，也可以由自动循环控制。该实时时钟显示系统提供秒、分钟、小时、天、日、月和年的信息。LED显示屏的整体框图如图1所示。
3.LED显示的硬件设计
- 行驱动电路的设计
LED显示系统的核心是控制电路。这个控制电路包括驱动电路、时钟电路和由AT98C52单片机、晶体振荡器电路和复位电路组成的最小的单片机系统。行驱动芯片为74HC154，4线-16线译码器，低电平有效输出。AT89C52的P2.0~P2.3端口连接到74HC154解码器的A0~A3端口。根据译码器的操作原理，当单片机系统控制它的P2端口输出0x00~0x0F，74HC154的Y0~Y15分别输出低电平，然后16行显示屏中的第一行被选中，单片机的P2.4端口连接到第一个74HC154译码器（1~16行控制器）的第一个使能端，同时通过反相器连接到至第二个使能端（17~32线控制器），如此实现逐行扫描方法，当从第一行扫描到第十六行时，P2.4端口的输出从0跳变为1，同时开启74HC154的第二个使能端，输出第十七线。这种方法能实现低半的LED显示屏的扫描。行驱动电路如图2所示。
- 列驱动电路设计
微处理器的P1.0~P1.2是用来控制列驱动芯片MC74HC595。74HC595是8位移位寄存器，能串行或并联输出锁存三种状态。它的控制时钟是分开的，为控制带来方便。每个字符都是由16times;16点阵组成，国家标准汉字库的每一个字符都是用256个点矩阵组成[3]。字体软件生成点矩阵的代码是一组8位的十六进制数。在这个设计中要使用行扫描，因此采用水平字体代码。使用74HC595控制列数据发送。当使用74HC595控制每个字符代码显示的时候，单片机的P1.0端口会从第一列发送8位串行数据到第八列，这种传输是先低后高。单片机的P1.2端口输出移位时钟，当P1.0端口输出一位数据时，P1.2端口的电平从低到高跳变一次，然后74HC595移位寄存器的内容将移动一个位从高到低。当第九位数据被送到74HC595的SDI端口时，74HC595的SDO端口将移位寄存器中的第一位数据穿行输出到下一个74HC595芯片的第八位，新产生的数据将被传送到第一个芯片的第八位。从第一列到第64列最后数据的准备，P1.1口产生了上升沿被送到74HC595的LCHCLK端口。首先把74HC595芯片的串联连接，然后连接一系列的并行输出时钟引脚，这些时钟引脚由P1.1端口控制。因此，当输出时钟为有效时，每一个74HC595的列的数据同时输出。然后通过选择相应的行来实现显示整行。接着这个步骤，它能够实现行扫描。只要整个屏幕的扫描速度每秒超过50倍，人们就能够看到静态图像。74HC595的列驱动电路如图3所示。
- 功能电路的设计
除了以上功能，这个设计还有实时时钟显示和按键改变显示模式，P3.0~P3.3口分别连接4个按钮控制静态显示、向上移动显示、向左移动显示、自动循环显示。自动循环显示是从静态，向上移动到向左移动循环显示。该功能是靠变成扫描案件实现的。
DS1302芯片是用于控制实时时钟的。这些时间信息秒、分钟、小时、天、日、月、年被显示在LED显示屏上。一个3.6V的纽扣电池连接在DS1302的第八个管脚，确保DS1302在LED显示屏不工作的时候继续工作。三根数据线用于控制DS1302实现串行同步通信。单片机的P3.6端口控制串行时钟的SCLK管脚，P3.7口控制DS1302的复位管脚，P3.5连接数据I/O数据线。根据DS1302的工作原理，单片机读写数据，然后发送到LED显示屏上。这个功能电路和单片机系统如图4所示。
4.软件设计
使用C语言编写程序，该程序实在Keil uVision开发环境中编译。该程序采用模块化设计，如下所述：延时功能，74HC595延时函数，DS1302控制函数，日期显示函数和主函数。模块化设计使得LED的程序方便编写和变化。
图5是主函数模块框图。它主要实现了整体的初始化，DS1302的初始化和按键扫描。当在使用主函数时，子函数必须放在主函数前面，或者在前面声明。键盘扫描包括四个功能键，分别实现上升、左移、循环和静态显示功能。
图6是DS1302的初始化函数框图。该函数实现DS1302的内部变量初始化，禁止写保护，发送读写数据和地址，读出数据显示在LED显示屏上，当读或写数据时，需要关闭写保护。当读或者写完数据后，可以开写保护。
5.PROTEUS 仿真
Proteus的仿真能够控制显示8times;8位、16times;16位等。通过实际仿真，最小的LED显示面板型号时8times;8位，为了保持显示没有闪烁，最大的显示面板型号是64times;32位的，如果屏幕规格变大，会出现闪屏现象。原因是该帧更新频率低于人类的视觉暂留的频率。控制电路，驱动电路和功能电路在Proteus中与Protel的原理图是一致的，在Proteus开发环境中，LED面板是64times;32位的，是通过8times;8位的显示模块连接在一起的。部分电器连接时是通过标签连接的。
通过实际仿真，它能够实现汉字、数字、字符显示，同时也能通过按键改变显示模式，在静态显示过程中，八位字符能够在屏幕中同时显示，每一位字符是16times;16的点阵，动态显示有四种状态的显示，包括上升、左移和三种循环显示。它也能够实现实时时钟显示。Proteus仿真如图7所示。
6.总结
该设计介绍了LED显示屏的电路和控制原理。采用AT89C52作为控制芯片，74HC154作为行驱动电路和74HC595作为列驱动电路，通过C语言模块化设计程序，Proteus软件作为仿真环境，它能够显示8个汉字或字符还有实时时钟。有控制显示模式的按键。该设计能够实现显示内容上升、左移、静态显示和自动循环显示，这个设计主要反映了模块化编写程序的思想，所以当这个系统增加或者删除不需要的硬件或者软件时，它几乎不变，使用Proteus仿真环境，给设计带来方便，通过仿真，最大可控的LED面板是由AT89C52控制的64times;32位的。
6.参考文献
[1]叶建波,朱双东. 基于Proteus的单片机电路的虚拟仿真[J]. 电子工程师,2008,34(11):23-24 67.
[2]王孟,陈林. 基于Proteus的Led大屏幕的设计与仿真[J]. 微计算机信息,2008(16):233-235.
[3]梁勇,马兴平. 单片机实现的LED点阵图文显示系统设计[J]. 中国科技信息,2009(09):99-100.
[4]赵海兰,毛玉良,赵祥伟. 实时时钟电路的原理及应用[J]. 电子元器件应用,2004(01):20-23.
基于STC89C51单片机路灯控制系统的设计与实现
Hong Guo, Dandan Han
软件学院 哈尔滨理工大学
关键词：路灯、STC89C51、时钟模块、按键模块
摘要：路灯控制系统具有良好的设计功能，它保证了城市良好的照明状况并且有效地节约能源。它对于居民出行有着重要作用。整个路灯控制系统由系统控制模块、时钟模块、显示模块等组成，各个模块是硬件和软件的集成设计。该程序采用嵌入式C语言设计，载入到STC89C51单片机，通过STCII总线进行调试。观察结果表明路灯控制系统可以收集关于运动物体的信息和光线的明暗变化。基于被判断对象和显示模块，它可以自动开关灯、改变灯的状态并使用光敏元件收集的信息来发送路灯故障的声光警报。
引言
路灯系统是现代城市生活的重要组成部分。它不仅能保证路灯的良好工作状态，而且在城市生活、发展、生产、交通安全和公共安全等方面都起着重要作用[1]。然而，传统的路灯监控方法通常是基于光控制或时钟控制。这些方法存在着可靠性差、维护不方便等问题[2]。近年来，随着计算机科学的迅速发展，路灯控制系统可以设计为使用自动化科技以计算机为中心的管理系统。本文介绍的路灯控制系统能够减少夜
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