第２９卷第１期 ２ ０ １ １年１月 西安航空技术高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏ１．２９Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２ ０ １ １ 基于ｐｒｏｔｅｕｓ的５ １单片机１ ６×６ ４ＬＥＤ的设计 王 波 （阿坝师范高等专科学校电子信息工程系，四川成都６１１７４１） 摘要：介绍基于５１单片机的１６×６４ＬＥＤ点阵显示屏的设计，在这里给出其原理图以及程序流程图。在Ｐｒｏｔｅｕｓ７． ５软件当中进行原理图的绘制，利用汉字转换软件将汉字转换为将要发送给单片机的点阵数据，在ｋｅｉｌ软件当中采 用Ｃ语言编程，与ｐｒｏｔｅｕｓ进行联调，并通过仿真软件Ｐｒｏｔｅｕｓ７．５，最终实现自己设想的效果，总体上系统的设计简 单、显示清晰、成本较低。 关键词：ｐｒｏｔｅｕｓ；５１单片机；ＬＥＤ；ｋｅｉｌ 中图分类号：ＴＰ２０２文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９２３３（２０１１）０１—００６７—０４ 近年来，随着电子产品的不断更新，由于ＬＥＤ 模块，选用共阴极的８×８点阵，通过４个８×８点阵 模块组合构成１６×ｌ６点阵模块，这样才能正常的实 点阵显示屏设计简单、价格低廉，广泛应用于银行、 学校、车站、商家等，本文将详细介绍基于５１单片机 的１６Ｘ６４点阵显示的设计。 现汉字的显示。其中单点的工作电压为１．８Ｖ，正向 工作电流为８—１０ｍＡ。当某一行线为低电平而某 一ｌ 系统的硬件设计部分 １．１系统的总体框图 系统设计采用Ａｔｍｅｌ公司的ＡＴ８９Ｃ５２作为主 列为高电平时，则交叉处的点就被点亮；当某一行 线为低电平而某一列为低电平时，则交叉处的点就 不亮；当某一行线为高电平，此时无论列高电平还是 低电平时，则交叉处的点都不被点亮。 ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●● ●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●● ●● 控制器，７４ＨＣ１５４作为行扫描的控制器，７４ＨＣ５９５ 作为列扫描的控制器；为了简化设计，降低成本，设 计中不包括字库存储器，根据实际的扫描方式，将要 显示的汉字或者图像通过汉字转换软件转换为１６ 进制的数据，送给单片机处理，并在ＬＥＤ显示屏上 ：：●● （ ＩＡ）， ：： ●● ：： （Ｂ） ：： ●● ●● ●● ●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● 显示。图ｌ为系统的总体框图。 列驱动Ｈ列驱动Ｈ列驱动Ｈ列驱动 ５１ Ｊ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●● ●● ●● ●● 机 片 翥Ｈ 点６Ｘ阵１６日 斛６Ｘ１６日 觯６Ｘ１６｝＝ｊ 点６Ｘ阵１６ 图１系统总体框图 ：： （ｃ） ：： ●● 、一 ●： ●● ●● ●● ●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● 图２ １６×１６点阵显示连接 １．２ １６Ｘ１６点阵的连线 由于仿真软件Ｐｒｏｔｅｕｓ７．５当中为８×８的点阵 收稿日期：２０１０－１１－２５ 图２给出１６×１６点阵的连接图，其中连接关系 为Ａ的行线与Ｂ的行线对应相连，Ｃ的行线与Ｄ的 作者简介：王波（１９８５一），男，四川成都人，助教，从事单片机技术应用的研究。 ６８ 西安航空技术高等专科学校学报 第２９卷 行线对应相连；Ａ的列线与Ｃ的列线对应相连，Ｂ的 １．３系统的硬件电路图 列线与Ｄ的列线对应相连。 具体电路如图３所示。 Ｕ， Ｕ４ ＣＰ ＤＳ ＳＨＳＴ ＣＰ Ｑ０ ＱＩ Ｑ２ Ｑ３ －ＳＨ ＣＰ ＤＳ ＱＯ Ｑ Ｌ Ｏ２ －ＳＴ ＣＰ Ｑ３ Ｑ４ Ｑ５ Ｑ４ Ｑ５ Ｏ６ Ｑ６ Ｑ７ ｏＥ Ｏ７ ｌ：『苴 ＯＥ Ｑ７ Ｑ７’ ｓｉｔｃＰ Ｄｓ ＳＴＣＰ Ｏｏ ＱＩ Ｑ２ Ｑ３ Ｑ４ ０５ ・ｓｉｔｃＰ ＤＳ ＳＴｑｏ Ｑｌ Ｏ２ ＣＰ Ｑ３ Ｑ４ Ｑ５ Ｑ６ Ｑ６ 丽蔓 ｏＥ ０７ Ｏ７’ 镰 ＯＥ Ｑ７ Ｑ７’ ＳＨ ｃＰ ＤＳ ＳＴＱ０ Ｑｌ Ｑ２ Ｑ３ ・ｓＨＣＰ Ｑｏ Ｑ１ ＤＳ ｓｖＱ２ ｃｐ Ｑ３ Ｑ４ Ｏ５ ＣＰ Ｑ４ Ｑ５ Ｑ６ 弧 Ｑ７ Ｑ６ ＭＲ ０Ｅ Ｑ７ Ｏ７。 蕊 Ｑ７・ ＳＨＣＰ ＤＳ ＱＯ Ｑｌ Ｏ２ ＳＨ—ＣＰ Ｑｏ Ｑｌ ＤＳ ＳＴＣＰ —Ｑ２ Ｑ３ ＳＴ ＣＰ Ｑ３ Ｑ４ Ｑ５ Ｑ６ ＭＲ ｏ７ Ｑ４ Ｑ５ Ｑ６ ｉ炱 ０７ ６百 Ｑ７ｔ 商 Ｏ７ 图３系统硬件电路图 ２ ＬＥＤ驱动部分设计 ＬＥＤ显示屏驱动电路的设计应与所用控制系 统相配合。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例 译码器的译码后的１６条行选通通道的信号线，再通 过驱动管驱动相应的行线，假如以每个ＬＥＤ发光需 要的电流为５ｍＡ，则驱动一条行线上需要的电流为 １６ｘ４ｘ５—３２０ｍＡ，所以这里采用８０５０ＮＰＮ三极管 作为驱动管。当选中某一行时，对应的行线为低 电平。 ２．２列扫描驱动电路 来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上 １６行发光二极管共用一组列驱动寄存器，然后通过 行驱动管的分时工作，来使每行ＬＥＤ的点亮时间占 总时间的１／１６，只要每行的刷新速率大于５０Ｈｚ， 利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完 整的文字或画面。 ２．１行扫描驱动电路 列驱动电路由７４ＨＣ５９５构成，７４ＨＣ７９５是一 个８位串人并出／串人串出的移位寄存器，具有高阻 关断状态，３态；内部包含一个８位的移位寄存器和 一单片机的Ｐ２口的低四位用于控制７４ＨＣ１５４ 个８位的存储器。移位寄存器和数据存储器是分 第１期 王波：基于ｐｒｏｔｅｕｓ的５１单片机１６Ｘ６４ＬＥＤ的设计 ６９ 别时钟控制的，ＤＳ是串行数据输人端，数据在 ＳＨＣＰ的上升沿输入，并将ＤＳ的下一数据输人最 低位。移位后的信号将出现在各移位寄存器的输出 端，也就是输出寄存器的输入端；在ＳＴＣＰ的上升沿 进入到输出锁存器中去。引脚１３为输出锁存器的 控制端口，在其为低电平时，从输出锁存器输出数 据；如果为高电平，输出端口为高阻状态。ＭＲ为移 位寄存器的清零端，当其为低电平时移位寄存器的 输出全部为０，如果两个时钟ＳＨＣＰ、ＳＴＣＰ连接在 一起，则移位寄存器总比存储寄存器早一个时钟脉 冲。由于两个时钟是相互的，所以能够做到串 行输入与输出锁存互不干扰，其中Ｑ７ 作为级联用。 ２．３扫描显示工作工程 将８片７４ｈｃ５９５进行级连，可共用一个移位时 钟ＳＣＫ及数据锁存信号ＲＣＫ。当第一行需要显示 的数据经过８Ｘ８—６４个ＳＣＫ耐钟后便可将其全 部移入７４ＨＣ５９５中，此时产生一个数据锁存信号 ＲＣＫ将数据锁存在７４ＨＣ５９５中，并在使能信号Ｇ 的作用下，使串人数据并行输出，从而使与各输出位 对应的场驱动管处于放大或截止状态；同时由行扫 描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于 第一行ＬＥＤ的正端都接低。显然，第一行ＬＥＤ管 的亮灭就取决于７４ＨＣ５９５中的锁存信号；在第一行 ＬＥＤ管点亮的同时，再在７４ＨＣ５９５中移人第二行 需要显示的数据，随后将其锁存，同时由行扫描控 制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二 行ＬＥＤ管点亮，以此类推，当第十六行扫描过后 再回到第一行，这样，只要扫描速度足够高，就可形 成一幅完整的文字或图像。 ３系统的软件设计 ３．１ Ｐｒｏｔｅｕｓ软件介绍 Ｐｒｏｔｅｕｓ ＩＳＩＳ是英国Ｌａｂｃｅｎｔｅｒ公司开发的电 路分析与实物仿真软件。它运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作 系统上，可以仿真、分析（ＳＰＩＣＥ）各种模拟器件和集 成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和 ＳＰＩＣＥ电路仿结合。如示波器、逻辑分析仪、 信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目 前支持的单片机类型有：６８０００系列、８０５１系列、 ＡＶＲ系列、ＰＩＣ１２系列、ＰＩＣ１６系列、ＰＩＣ１８系列、 Ｚ８０系列、ＨＣｌｌ系列以及各种外围芯片。③提供 软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、 设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存 器等的当前状态，支持第三方的软件编译和调试环 境。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件 是一款集单片机和ＳＰＩＣＥ分析于一身的仿真软件， 功能极其强大。 ３．２ ｐｒｏｔｅｕｓ与ｋｅｉｌ软件的设置 在这里采用ｋｅｉｌ ｕｖｉｓｉｏｎ２与ｐｒｏｔｅｕｓ联调的方 式来实现。首先需要安装ｋｅｉｌ驱动软件ｖｄｍａｇｄｉ． ｅｘｅ，然后ｋｅｉｌ目录下的ｂｉｎ中的ＶＤＭ５１．ｄｌｌ拷贝 到ｐｒｏｔｅｕｓ下面的ｂｉｎ中，打开ｋｅｉｌ ｕｖｉｓｉｏｎ２软件， 创建项目，并单击ｏｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔａｒｇｅｔ，在打开对话框， 选择ｏｕｔｐｕｔ选项卡，在ｃｒｅａｔ ｈｅｘ ｆｉｌｅ前面打勾，以 便产生．ＨＥＸ文件，同时在ｄｅｂｕｇ选项卡中选择 ｐｒｏｔｅｕｓ ｖｓｍ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ，将ｋｅｉｌ生成．ＨＥＸ文件，在 ｐｒｏｔｅｕｓ软件中，双击ＡＴ８９Ｃ５２单片机，在其属性 下面的ｐｒｏｇｒａｍ ｆｉｌｅ中加载由ｋｅｉｌ ｕｖｉｓｉｏｎ２产生 的．ＨＥＸ文件，然后点击ｏｋ退出，同时在ｄｅｂｕｇ菜 单下面选择ｕｓｅ ｒｅｍｏｔｅ ｄｅｂｕｇ ｍｏｎｉｔｏｒ，这样就完成 了ｐｒｏｔｅｕｓ与ｋｅｉｌ的联调准备工作。 ３．３系统主程序 具体流程见图４—５。 进入中段 Ｉ Ｉ定时器赋值，读取行号并加１ ｌ ｌ ｌ 送显示数据，关闭显示 Ｉ Ｊ ｌ ７４ｈｃ５９５锁存数据 Ｉ ｌ 读取行号，将锁存数据送ｌｅｄ显示 ｌ 退出中断 图４显示程序流程图 ｆ开始卜＿－ ｌ Ｉ 系统初始化 Ｉ ｌ 配置中断，打开中断ｌ ｌ ｌ卷帘出显示文字Ｉ ｌ Ｉ左移，右移文字ｌ Ｉ 图５主程序流程图 ７０ 西安航空技术高等专科学校学报 第２９卷 ３。４调试及仿真结果 在ｐｒｏｔｅｕｓ７．５版本中，按照图３的连线图画出 果为５０ｈｚ以上的话，画面基本不闪烁；刷新频率如 果为８５ｈｚ以上的话，即使再增加刷新频率，画面闪 烁也不会得到改善。这里设置扫描频率为６２．５帧／ Ｓ，则ＴＨ０＝０ｘｆｃ，ＴＩ ０＝０ｘｌ８； 在显示驱动程序查新当前点亮的行号，从显示 系统图并保存，然后在ｋｅｉｌ软件当中建立工程文件， 按照图４，图５的框图进行程序的编写，以行扫描的 方式来进行汉字的显示，扫描的频率与单片机的频 率有关，在进人中断的时候就必须重新装入ＴＯ初 缓冲区内存读取下一行的显示数据，并通过串口发 送给移位寄存器７４ｈｃ５９５，为消除在换行显示数据 时产生的拖尾现象，驱动程序首先必须要先关闭显 示屏，即消隐，等待显示数据进入锁存器后，再重新 进行输入行号，最后打开显示。经过调试后，测试结 果如图６所示： 值，以保证刷新率的稳定。对于１６行的显示屏的扫 描频率为：刷新率一１／１６＊ＴＯ的溢出率＊ｆｏｓｃ／１２ ＊（６５５３６一ｔＯ）其中ｆｏｓｃ为晶振频率，ｔＯ为定时器 ＴＯ的初值。以ｆｏｓｃ为１２Ｍｈｚ为例，刷新频率如果 为４０ｈｚ以下的话，画面闪烁比较严重；刷新频率如 图６测试结果刮 经过实验证明，本显示屏可以作为信息显示装 置，用于公共场所来进行信息显示，而且具有工作 稳定、字符清晰、亮度适中等特点。另外，还可以通 过外扩储存器的方式来增加显示的信息量。 参考文献 ［３］雷思孝，冯育长．单片机系统设计及工程应用［Ｍ］．西 安：西安电子科技大学出版社，２００５：１８５—１８８・ ［４］吴金戎，沈庆阳，郭庭吉・８０５１单片机实践与应用 ［Ｍ］・北京：清华大学出版社， Ｏ０ ： 一 。・ Ｌ５Ｊ薛小铃，刘志群，贸俊粟．单片机接口模块应片ｊ与开发 实例详解［Ｍ］．北京：航空航天大学出版社，２０１０： ３００—３０３． ［１］殷晓安，吴明亮・基于单片机的Ｉ皿点阵显示条屏控制系 统设计［Ｊ］・世界科技研究与发展，２００８，３０（２）：１５４＿１５５・ ［２］戴佳，戴卫恒，刘博文・５１单片机ｃ语言应用程序实例 Ｅ６］朱清慧张凤蕊，翟天嵩，等．ＰｒｏｔｅＩｊ 教程一电子线路 设计制版与仿真［Ｍ］．北京清华大学出版社，２００８：１—８． ［责任编辑校对：郝杰］ ，：、Ｐｒｏｔｅｕｓ－－ｂａｓｅｄ ５１ ＳＣＭ １６＊６４ ＬＥＤ Ｄｅｓｉｇｎ Ｗ＿ＡＮＧ Ｂｏ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡＢＡ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１７４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ５１ ＳＣＭ １６＊６４ ＬＥＤ ｄｏｔ ｍａｔｒｉｘ ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉ— ｐｉｅ ｃｈａｒｔ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｒａｗｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｃｈａｒｔ ｉｎ Ｐｒｏｔｅｕｓ ７．５ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃｏｎｖｅｒｔｓ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｉｎｔｏ ｄｏｔ ｍａｔｒｉｘ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔＯ ＳＣＭ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｏｆｔ－ ｗａｒｅ，ａｄｏｐｔｓ Ｌａｎｇｕａｇｅ Ｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｉｎ Ｋｅｉｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｔｅｕｓ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｒｅａｌｉ— ｚｅｓ ｔｈｅ ｅｎｖｉｓｉｏｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｖｉａ ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐｒｏｔｅｕｓ ７．５．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｓｐｅａｋｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｌｅａｒ ｉｎ ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ ｌｏｗ ｉｎ ｃｏｓｔ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｔｅｕｓ；５１ ＳＣＭ；ＬＥＤ；Ｋｅｉｌ
