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摘要：设计中讨论了发光二极管(LED)字符显示屏的基本结构和工作原理。LED显示系统使用高密度点阵，高显示分辨率和扫描速度，无闪烁现象。该系统采用MAX232进行通信,来接收计算机的控制命令及显示数据来控制显示屏的扫描显示。AT89C52单片机接收从计算机机上传来的数据并存储于24C02，再将要显示的内容转换为合适的形式输出给LED屏幕。最后根据系统设计的框架和要求对各模块进行协调匹配，并进行芯片的整体功能验证。结果确认各模块工作正常并达到了预定的设计目标。本文讨论了一种功能较完备、较复杂的768像素（16×48）点阵式 LED显示牌的设计与实现。所设计的小型的点阵式电子显示牌主要可用在会议等场合，可以用来显示参加会议的代表姓名。
关键词：16×48 LED点阵 单片机 汉字显示 接口技术
中图分类号： C35 文献标识码： A
一、引言：因为电子显示牌在近几年来被广泛用于单片机控制的新闻媒体和低功耗电子产品中。这次主要是便于人们识别和标识会议各个代表的名字，既省去了以往会议前因要准备各代表姓名牌的麻烦，也使会议和生活更富现代气息。
二 、 电子显示牌的总体设计
根据实际需要，在本次设计中，电子显示牌实现字符和汉字的显示，电子显示牌的象素采用LED发光二极管，它主要是由发光二极管及其驱动芯片组成的显示单元拼接而成的平面显示器。因为这次设计主要是针对在会议中可以显示各个代表的名字来设计的，所以只需一屏显示三个汉字就可以了。
本文采用了AT89C52单片机满足电子显示牌内部显示数据传输速度快、数据量大的要求。用六片74LS373来驱动电子显示牌显示，由74LS138选通每片74LS373进行输出信息。通过RS-232接口接收，并存储到EEPROM（24C02）中，实现了基于单片机系统的控制电路、驱动电路等的设计方法。图2-1是电路的组成结构。
图2-1电路总体结构图
三总体硬件设计
3.1 设计原理及介绍
电子显示牌主要是利用发光二极管组成的点阵模块或象素单元组成的平面式显示屏幕，本系统是通过AT89C52单片机芯片单独对768个发光二极管组成的屏幕实现控制的系统。主要通过MAX232标准通信口接收来自外部的要显示的汉字字模，再将接收到的数据存放在24C02中。然后再由译码器控制74LS373进行列选通，再由P1口和P2口控制逐行显示，使数据准确无误的显示出来。再由AT89C52处理芯片控制把数据取出送到端口进行驱动显示。
3.2电路工作过程描述
电子显示牌这个显示系统主要采用动态行列扫描方式进行扫描显示。详细的工作过程介绍如下：
系统先把P1口和P2口置成高电平，此时P1口和P2口会使与它们连接的三极管截止（因为P1口和P2口为低电平时电路是有效的）。本实验采用动态扫描方式进行扫描的。
（一）首先扫描第一行即把P1.0口置为低电平使之导通连接，再通过与单片机相连的标准接口MAX232口接收来自外部要显示的数据，再将接收到的数据存放在24C02这个电可擦写存储器EEPROM中。然后分成两步进行扫描，对于每一行要显示的信息都有一个74LS373控制输出列，即由单片机给出行选通信号，从第一行开始依次对各行进行扫描，对于列，通过74LS138选通所要用到的每一片74LS373，再把74LS373中对应所要显示汉字的每一行的数据信息送到每一个对应的列，再根据各列所存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，那么该行该列所对应的发光二极管点亮。
（二）再把P1.0口置高同时把P1.1口置为低电平使P1.1口有效，待显示的汉字信息再通过74LS138选通对应的每片74LS373送给每一个对应的列，就可以把第二行对应的二极管点亮。即当把对应的口置为低点平其余的口置为高电平时，显示牌上就会把对应行的二极管点亮，就可逐个把待显示的汉字显示在屏幕上。
（三）依次循环，即当选中第i行时，列驱动器选中第j列，对应的发光二极管发光显示。依次有序的选中各行，在选通每行之前，应该把该行各列要显示的数据准备好，一旦该行选通，由74LS138控制选通每片对应的74LS373发出各行要显示的信息，这一行上的发光二极管就可以根据列信息进行显示。
以同样方法进行显示全部各行都扫描一遍之后（一个扫描周期）在从第一行开始，进行下一个周期的扫描。为了保证电子显示牌无闪烁感，就需要使频率在25HZ以上，即总的扫描周期（T=1/f）为T=1/f=1/25=40ms， 因为每个汉字都是由16行组成的所以每行的频率为T/16=40/16=2.5ms只要一个扫描周期的时间比人眼1/25秒的暂留时间短，就不会感觉出有闪烁现象。
本系统主要的优点是可以方便的改写所要显示的信息，而且功耗低，不同于其它的是它外形美观、造价低、可靠性高。
3.3设计原理框图
图3-1实验设计原理图
四电子显示牌硬件各部分的设计与实现
4.1单片机部分介绍
本系统采用8位的单片机AT89C52作为电路设计的核心部件，是本实验的驱动部分，主要用到它的几个输入输出端口。其引脚分布图如下图4-1：
图4-1AT89C52的引脚图
现主要介绍主要部分引脚的功能：
● P0口：P0.0～P0.7（引脚的39～32号端子）是一个8位漏极开路型双向输入输出端口,验证时，要求外接上拉电阻。
● P1口：P1.0～P1.7（引脚的1～8号端子）是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入输出端口，其内部有上拉电阻。
● P2口：P2.0～P2.7（引脚的21～28号端子）是一个具有内部上拉电阻8位的双向输入输出端口，当访问外部程序存储器时送出高8位地址。
● P3口：P3.0～P3.7（在引脚的10～17号端子）是具有内部上拉电阻的8位双向输入输出端口。其特殊功能引脚分配如下:
P3.0RXD串行通信输入 （与MAX232的RXD端相连）
P3.1TXD串行通信输出 （与MAX232的TXD端相连）
在本次实验中，这几个I/O口具有不完全相同的功能，P3.0 和P3.1这两个引脚与MAX232的两个脚相连保证了数据信息从计算机到單片机的正常传送。P3.2和P3.3分别接24C02的SDA和SCL端保证数据的存储。P3.4、P3.5和P3.6这三个脚来作为74LS138的三个数据输入端，通过给定这三个脚的数据来确定选通哪片74LS373进行工作。
4.2锁存模块74LS373的锁存功能
74LS373是一种8D锁存器，具有三态驱动输出，它采用标准的20脚接口，
其引脚电路原理图如下图4-2：
图4-274LS373的电路原理图
74LS373的实际引脚图如图4-3：
图4-374LS373的实际引脚图
74LS373的引脚介绍见下表4-1：
表4-174LS373的引脚说明
引脚名称 说明
D0-D7
Q0-Q7
LE
/OE 数据输入端
数据输出端
输入使能（高电平有效）
3-态 输出控制端（低电平有效）
在AT889C52单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其中的输入端1D～8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端/OE接地，表示输出三态门一直打开。
4.374LS138的性能介绍
在电路设计中，我们采用一个3/8译码器选通要显示的那一行，选通驱动电路作为驱动模块中的基本电路，包括输出数据的驱动和行选驱动（即行、列驱动），其设计要求应满足给定的LED阵列的显示亮度。在电路设计中，我们采用一个三-八译码器选通要显示的那一列。
（1）74LS138译码器的引脚圖如下图4-4：
图4-474LS138的引脚图
在本次试验中，74LS138主要功能是：由于74LS138具有选通功能，可以选通对应的每片74LS373进行工作，由于74LS138的输出端是低电平有效的，所以我们在它们之间加了六个反相器74HC04，保证了各个芯片的正常工作。
4.424C02的暂存功能及它的的简单介绍
24C02为电可擦除可编程只读存储器即EEPROM；在本实验中，由于对待显示的数据要求可以随时修改。
24C02为双列直插式EEPROM。它的容量为2Kbit（256byte×8bit）其内有256个字节，每个字节8位数据。可以满足中小规模的使用，具有多片寻址功能。它采用八脚封装其引脚。
如图4-5所示：
图4-524C02引脚图
★SCL:串行时钟控制线，时钟脉冲的上升沿时将数据写入24C02中，下降沿时将数据从24C02中读出。
★SDA：为串行数据输入输出端，漏极开路驱动，可与任何数量的漏极开路或集电极开路器相连。
本实验已将24C02（EEPROM）芯片成功应用于电子显示牌中，使用表明，它不仅占I/O口少，而且稳定，可靠。
4.5 RS-232通信接口的重要作用
RS-232串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接口，它以串行方式传送数据。 通常情况下仅使用TXD、RXD 和GND 进行串行通信。
五显示模块
显示模块整个屏幕分为16行48列，每个汉字用16×16的发光二极管点阵显示，每个汉字由四片8×8的点阵组成。整个屏幕则是由十二片8×8的点阵组成。本系统可显示各种字符和汉字。它可以与CPU直接接口，把待显示的信息通过PC机录入，然后通过与单片机相连的标准接口RS-232把信息存放在24C02（EEPROM）中，采用74LS138控制选通每一片74LS373输出待显示的每一行的信息，采用逐行扫描的方法进行动态扫描。把要显示的信息准确无误的在电子显示牌屏幕上显示出来。
六测试结果
经测试，系统完全达到预期结果：屏幕显示稳定、清晰、下载方便、存储可靠，能够实现汉字字符的显示。本系统功能完善、结构合理、可靠性高。实际运行结果表明，该系统工作稳定、性能可靠，达到了产品化的设计要求。
参考文献
[1]孙涵芳，徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社
[2]余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）（清华大学电子学教研组编）.高等教育出版社
[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1990。
[4]何沛群.新型高性能的AT24C系列串行E2PROM.北京:电子技术应用，1993（10）.P9.
[5]“SED 1330F Series LCD Controller Ics”，Seiko Epson Corp 1989
关键词：16×48 LED点阵 单片机 汉字显示 接口技术
中图分类号： C35 文献标识码： A
一、引言：因为电子显示牌在近几年来被广泛用于单片机控制的新闻媒体和低功耗电子产品中。这次主要是便于人们识别和标识会议各个代表的名字，既省去了以往会议前因要准备各代表姓名牌的麻烦，也使会议和生活更富现代气息。
二 、 电子显示牌的总体设计
根据实际需要，在本次设计中，电子显示牌实现字符和汉字的显示，电子显示牌的象素采用LED发光二极管，它主要是由发光二极管及其驱动芯片组成的显示单元拼接而成的平面显示器。因为这次设计主要是针对在会议中可以显示各个代表的名字来设计的，所以只需一屏显示三个汉字就可以了。
本文采用了AT89C52单片机满足电子显示牌内部显示数据传输速度快、数据量大的要求。用六片74LS373来驱动电子显示牌显示，由74LS138选通每片74LS373进行输出信息。通过RS-232接口接收，并存储到EEPROM（24C02）中，实现了基于单片机系统的控制电路、驱动电路等的设计方法。图2-1是电路的组成结构。
图2-1电路总体结构图
三总体硬件设计
3.1 设计原理及介绍
电子显示牌主要是利用发光二极管组成的点阵模块或象素单元组成的平面式显示屏幕，本系统是通过AT89C52单片机芯片单独对768个发光二极管组成的屏幕实现控制的系统。主要通过MAX232标准通信口接收来自外部的要显示的汉字字模，再将接收到的数据存放在24C02中。然后再由译码器控制74LS373进行列选通，再由P1口和P2口控制逐行显示，使数据准确无误的显示出来。再由AT89C52处理芯片控制把数据取出送到端口进行驱动显示。
3.2电路工作过程描述
电子显示牌这个显示系统主要采用动态行列扫描方式进行扫描显示。详细的工作过程介绍如下：
系统先把P1口和P2口置成高电平，此时P1口和P2口会使与它们连接的三极管截止（因为P1口和P2口为低电平时电路是有效的）。本实验采用动态扫描方式进行扫描的。
（一）首先扫描第一行即把P1.0口置为低电平使之导通连接，再通过与单片机相连的标准接口MAX232口接收来自外部要显示的数据，再将接收到的数据存放在24C02这个电可擦写存储器EEPROM中。然后分成两步进行扫描，对于每一行要显示的信息都有一个74LS373控制输出列，即由单片机给出行选通信号，从第一行开始依次对各行进行扫描，对于列，通过74LS138选通所要用到的每一片74LS373，再把74LS373中对应所要显示汉字的每一行的数据信息送到每一个对应的列，再根据各列所存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，那么该行该列所对应的发光二极管点亮。
（二）再把P1.0口置高同时把P1.1口置为低电平使P1.1口有效，待显示的汉字信息再通过74LS138选通对应的每片74LS373送给每一个对应的列，就可以把第二行对应的二极管点亮。即当把对应的口置为低点平其余的口置为高电平时，显示牌上就会把对应行的二极管点亮，就可逐个把待显示的汉字显示在屏幕上。
（三）依次循环，即当选中第i行时，列驱动器选中第j列，对应的发光二极管发光显示。依次有序的选中各行，在选通每行之前，应该把该行各列要显示的数据准备好，一旦该行选通，由74LS138控制选通每片对应的74LS373发出各行要显示的信息，这一行上的发光二极管就可以根据列信息进行显示。
以同样方法进行显示全部各行都扫描一遍之后（一个扫描周期）在从第一行开始，进行下一个周期的扫描。为了保证电子显示牌无闪烁感，就需要使频率在25HZ以上，即总的扫描周期（T=1/f）为T=1/f=1/25=40ms， 因为每个汉字都是由16行组成的所以每行的频率为T/16=40/16=2.5ms只要一个扫描周期的时间比人眼1/25秒的暂留时间短，就不会感觉出有闪烁现象。
本系统主要的优点是可以方便的改写所要显示的信息，而且功耗低，不同于其它的是它外形美观、造价低、可靠性高。
3.3设计原理框图
图3-1实验设计原理图
四电子显示牌硬件各部分的设计与实现
4.1单片机部分介绍
本系统采用8位的单片机AT89C52作为电路设计的核心部件，是本实验的驱动部分，主要用到它的几个输入输出端口。其引脚分布图如下图4-1：
图4-1AT89C52的引脚图
现主要介绍主要部分引脚的功能：
● P0口：P0.0～P0.7（引脚的39～32号端子）是一个8位漏极开路型双向输入输出端口,验证时，要求外接上拉电阻。
● P1口：P1.0～P1.7（引脚的1～8号端子）是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入输出端口，其内部有上拉电阻。
● P2口：P2.0～P2.7（引脚的21～28号端子）是一个具有内部上拉电阻8位的双向输入输出端口，当访问外部程序存储器时送出高8位地址。
● P3口：P3.0～P3.7（在引脚的10～17号端子）是具有内部上拉电阻的8位双向输入输出端口。其特殊功能引脚分配如下:
P3.0RXD串行通信输入 （与MAX232的RXD端相连）
P3.1TXD串行通信输出 （与MAX232的TXD端相连）
在本次实验中，这几个I/O口具有不完全相同的功能，P3.0 和P3.1这两个引脚与MAX232的两个脚相连保证了数据信息从计算机到單片机的正常传送。P3.2和P3.3分别接24C02的SDA和SCL端保证数据的存储。P3.4、P3.5和P3.6这三个脚来作为74LS138的三个数据输入端，通过给定这三个脚的数据来确定选通哪片74LS373进行工作。
4.2锁存模块74LS373的锁存功能
74LS373是一种8D锁存器，具有三态驱动输出，它采用标准的20脚接口，
其引脚电路原理图如下图4-2：
图4-274LS373的电路原理图
74LS373的实际引脚图如图4-3：
图4-374LS373的实际引脚图
74LS373的引脚介绍见下表4-1：
表4-174LS373的引脚说明
引脚名称 说明
D0-D7
Q0-Q7
LE
/OE 数据输入端
数据输出端
输入使能（高电平有效）
3-态 输出控制端（低电平有效）
在AT889C52单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其中的输入端1D～8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端/OE接地，表示输出三态门一直打开。
4.374LS138的性能介绍
在电路设计中，我们采用一个3/8译码器选通要显示的那一行，选通驱动电路作为驱动模块中的基本电路，包括输出数据的驱动和行选驱动（即行、列驱动），其设计要求应满足给定的LED阵列的显示亮度。在电路设计中，我们采用一个三-八译码器选通要显示的那一列。
（1）74LS138译码器的引脚圖如下图4-4：
图4-474LS138的引脚图
在本次试验中，74LS138主要功能是：由于74LS138具有选通功能，可以选通对应的每片74LS373进行工作，由于74LS138的输出端是低电平有效的，所以我们在它们之间加了六个反相器74HC04，保证了各个芯片的正常工作。
4.424C02的暂存功能及它的的简单介绍
24C02为电可擦除可编程只读存储器即EEPROM；在本实验中，由于对待显示的数据要求可以随时修改。
24C02为双列直插式EEPROM。它的容量为2Kbit（256byte×8bit）其内有256个字节，每个字节8位数据。可以满足中小规模的使用，具有多片寻址功能。它采用八脚封装其引脚。
如图4-5所示：
图4-524C02引脚图
★SCL:串行时钟控制线，时钟脉冲的上升沿时将数据写入24C02中，下降沿时将数据从24C02中读出。
★SDA：为串行数据输入输出端，漏极开路驱动，可与任何数量的漏极开路或集电极开路器相连。
本实验已将24C02（EEPROM）芯片成功应用于电子显示牌中，使用表明，它不仅占I/O口少，而且稳定，可靠。
4.5 RS-232通信接口的重要作用
RS-232串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接口，它以串行方式传送数据。 通常情况下仅使用TXD、RXD 和GND 进行串行通信。
五显示模块
显示模块整个屏幕分为16行48列，每个汉字用16×16的发光二极管点阵显示，每个汉字由四片8×8的点阵组成。整个屏幕则是由十二片8×8的点阵组成。本系统可显示各种字符和汉字。它可以与CPU直接接口，把待显示的信息通过PC机录入，然后通过与单片机相连的标准接口RS-232把信息存放在24C02（EEPROM）中，采用74LS138控制选通每一片74LS373输出待显示的每一行的信息，采用逐行扫描的方法进行动态扫描。把要显示的信息准确无误的在电子显示牌屏幕上显示出来。
六测试结果
经测试，系统完全达到预期结果：屏幕显示稳定、清晰、下载方便、存储可靠，能够实现汉字字符的显示。本系统功能完善、结构合理、可靠性高。实际运行结果表明，该系统工作稳定、性能可靠，达到了产品化的设计要求。
参考文献
[1]孙涵芳，徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社
[2]余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）（清华大学电子学教研组编）.高等教育出版社
[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1990。
[4]何沛群.新型高性能的AT24C系列串行E2PROM.北京:电子技术应用，1993（10）.P9.
[5]“SED 1330F Series LCD Controller Ics”，Seiko Epson Corp 1989