基于89C52单片机的LED显示器设计

于娟　唐瑞

摘 要：以STC公司生产的40引脚单片机STC89C52为核心，简要介绍了将它作为控制系统LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程，详细阐述了LED点阵显示的软硬件设计思路，包括硬件电路各个部分的功能、原理，相应的软件程序设计和使用说明等。通过单片机控制74HC573芯片行列扫描，能够在LED屏幕上显示出图像、文字等。电子显示屏可以显示出各种字体的文字或单色图像，全屏能显示4个汉字，动态循环显示。

关键词：STC89C52；LED显示器；74HC573；动态显示

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.008

随着LED显示屏在广告领域的广泛应用，控制系统也在逐步发展。由于控制系统是基于嵌入式微处理器而开发的，所以，单片机在其中占有非常重要的位置。LED显示屏的控制比较复杂，特别是其特殊效果的显示，比如循环移动、覆盖霓虹灯效果，对处理器的运算速度和执行效率提出了很高的要求，因此，很多控制器生产厂家都采用高端嵌入式系统进行设计。这样做，虽然能在一定程度上提高数据的处理速度，但并不能完全满足所有显示效果的要求，而且开发成本和产品成本也会成倍增长，甚至由于设计不当还可能会在显示时出现画面抖动、闪烁和重影等情况。归根结底，在LED显示屏控制器的设计中，硬件是很重要的因素之一，同时，还要考虑显示数据的组织方式，采用软硬件结合的方法设计一款性价比比较高的控制器。本文简要介绍了基于普通52单片机实现LED显示屏控制的原理和方法。该处理器运算速度快、执行效率高，显示画面时不会出现抖动、闪烁和重影等情况，光彩绚烂夺目，让人有一种视觉上的享受。

1 系统总体方案设计

该设计将STC89C52作为控制芯片，数据扫描采用8位74HC573锁存器驱动芯片，电源输入部分采用3种不同的方式供电，电源部分采用稳定的+5 V直流电，可以通过开关选择供电方式。这个系统是利用单个LED元器件来显示需要显示的内容，有效延长了作品的使用年限。

控制系统和外围电路主要由STC89C52单片机最小系统、电源电路、滤波电路、74HC573驱动电路和LED显示电路构成。硬件设计如图1所示。

2 硬件部分的设计

2.1 LED的驱动电路和扫描电路

在设计过程中，严密计算每个LED的最佳亮度电流和74HC573每个输入/输出口的最大电流，从而设计出LED显示部分的驱动电路和显示电路。为了避免元件被损坏，还设计了保护电路。此次采用的是8位74HC573芯片，其数据传输非常方便，能够很好地驱动LED显示，使单个LED达到最佳的亮度。扫描部分利用74HC573三态总线驱动输出，当锁存使能高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）；当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存，8行8列的扫描也会顺利进行。与此同时，使能输入还具有改善抗扰度的滞后作用，以至于显示出的画面不会出现抖动、闪烁和重影等情况。

2.2 电源电路

该系统的有效运行需要借助稳定的+5 V直流电压。电源电路分为3部分，即由mini USB常用数据线直接供+5 V电，但是，这种供电方式必须配合使用电流为2 A的电源适配器；由+9～+12 V电源适配器供电输入，然后经2个过滤波电路和1个稳压电路输出稳定的+5 V电源，以此给系统供电；直接接入AC220 V电源，经开关电源电路获得+5 V电源供电。在此过程中需要注意的是，这三种方式可以自由切换，使用者可以根据实际情况使用相应的电源。其中，74HC573芯片和STC89C52单片机是电源直接供电，能够保证供电的稳定性。电源设计使用LM7805稳压芯片作为稳压电路的主要芯片，并通过多次滤波保证电压转换的稳定性和抗干扰性，从而为系统运行提供稳定的电源。

2.3 系统电路设计

使用Altium Designer Summer 2009软件设计系统电路原理图和PCB图，具体如图2、图3所示。

3 软件部分的设计

软件部分主要分为使能输出、行列扫描和显示三大部分。因为需要2个行扫描的74HC573芯片和8个列扫描的74HC573芯片，所以，使能端高电、低电输入顺序的排布算法十分重要。显示部分的内容是通过取模软件转换为16进制的格式存放在数组中的，方便使用。软件设计流程如图4所示。

4 系统联调

程序是利用Keil 4软件编写、调试的，而需要调试的主要有显示屏刷新频率和行列扫描两部分。在行列扫描部分要特别注意74HC573芯片的启动和停止情况，否则会出现大量的乱码。通过对硬件和软件的多次联调得出了图5所示的效果（在滚动中拍摄截图）。

5 结论

综上所述，在目测条件下，LED显示屏的各点亮度均匀、充足，可以显示图形和文字，并且显示的图形和文字稳定、清晰，无串扰、抖动、闪烁和重影等情况发生。

参考文献

[1]林立，张俊亮.单片机原理及其应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]诸昌钤.LED显示屏系统原理及工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2005.

[3]张瑾，张伟.Protel 99SE入门与提高[M].北京：人民邮电出版社，2007.

作者简介：于娟（1983—），女，四川宣汉人，实验师，硕士，主要从事控制理论与控制工程、电工电子技术方面的研究。唐瑞（1992—），男，四川阆中人，攀枝花学院电气信息工程学院测控技术与仪器专业学生。

〔编辑：白洁〕