在线系统编程单片机控制LED点阵显示文字图形

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第２３卷第１期　

昆明冶金高等专科学校学报　

Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．１　

２００７年１月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　

Ｊａｎ．２００７　

在线系统编程单片机控制ＬＥＤ点阵显示文字图形　

金建辉　

（昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明６５００５１）　

摘要：目前控制ＬＥＤ点阵显示文字图形的开发系统，价格较高，功能难以扩展，使用时不方便，且不能作为　

用户目标板使用。以８　Ｘ８的ＬＥＤ点阵显示文字的设计为例，提出了解决问题的思路与方法。　

关键词：单片机；ＬＥＤ点阵；在线系统编程控制；文字图形显示　

中图分类号：ＴＰ２３７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—０４７９一（２００７）０１—００４５—０５　

Ｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ＬＥＤ　Ｌａｔｔｉｃｅ　ｔｏ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒ＆Ｇｒａｐｈ　

、　ｔｈ　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｓｉｎｇｌｅ・ｃｈｉｐ　Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　

ＪＩＮ　Ｊｉａｎ－ｈｕｉ　

（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００５　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｏｓｔ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ＬＥＤ　ｌａｔｔｉｃｅ　ｔｏ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈ　ｉｓ　ｈｉｇｈ　ａｔ　ｐｒｅｓ－　

ｅｎｔ．Ｉｔｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ　ｔｏ　ｅｘｔｅｎｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｓ　ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ　ｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ａｓ　ｕｓ－　

ｅｒ’ｓ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｐｌａｔｅ．Ｔｈｏｕｇｈｔｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ａ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ

．

８×８　ＬＥＤ　ｌａｔｔｉｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＣＭ；ＬＥＤ　Ｌａｔｔｉｃｅ；ｏｎｌｉｎｅ　ｐｒｏｇｒａｍ＆ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｈａｒａｃｔｅｒ＆ｇｒａｐｈ　ｄｉｓｐｌａｙ　

０引言　

当前，控制ＬＥＤ点阵显示文字图形主要有３种控制方法：单片机控制、ＦＰＧＡ控制、专用集成电路　

控制。而单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性　

好，开发较为容易等优点，受到广大工程技术人员的青睐，所以现在市场上主要是单片机控制装置。然　

而，由于常见单片机控制装置不是价格较高，就是结构复杂，而又不能在线编程控制，使用时不方便，　

所以笔者以在线编程控制单片机为控制核心，提出了解决问题的思路与方法，并成功完成硬件到软件的　

设计，研制出一套新装置。　

１设计思路及预期优势　

１．１设计思路　

１）在线系统编程控制。在不需要编程器的情况下，通过ＰＣ机直接下载程序到单片机，完成系统　

程序设计开发。２）结构简单化。去掉大而贵的编程器，单片机和ＰＣ机直接连接，ＵＳＢ电源或２２０　Ｖ供　

电，体积较小。３）硬件模块化。硬件模块分为在线编程控制单片机硬件和ＬＥＤ点阵屏显示驱动控制电　

路。在线编程控制单片机硬件可作为独立模块带其它单元电路，ＬＥＤ点阵屏显示驱动控制电路可以扩　

展。４）软件模块化。软件使用子程序模块化编写，方便调用。可以根据不同显示要求由子程序调用相　

应显示字表和图表程序即可实现。　

收稿日期：２００６—１０—２３　

作者简介：金建辉（１９７４一），男，云南昆明人，实验师，工学硕士研究生，主要从事电子技术教学与研究工作。　

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昆明冶金高等专科学校学报　２００７年１月　

１．２预期优势　．　

１）调试方便。由于个人计算机的普及，开发工作主要在计算机上进行，不再通过开发主板上的键　

盘输人程序，所以只需有一根串口通信电缆或并口电缆，就可以用计算机直接对用户系统主板进行开发　

调试。用户系统主板不容易损坏，且携带方便，学生可以自行组装带回宿舍、家中开发调试。２）价格　

低廉，一板多用。价格不超过５０元，用户系统主板即在线编程控制单片机硬件还可作为单片机最小开　

发系统使用。　

２硬件设计　

硬件设计的核心是单片机电路和显示电路。　

２．１单片机控制ＬＥＤ点阵显示文字图形的原理　

Ｈ—ＨＨ一Ⅲ一　一一　一一　

．

设计点阵显示文字图形的电路就是将预先存放在单片机内的文字数据按一定顺序快速正确地送往点　

阵屏，原理框图如图１所示。图中可以看到共有ＤＺ１～ＤＺ４　４只８×８阵列的点阵显示器和一个单片机构　

成的文字显示电路。ＤＺ１，ＤＺ２，ＤＺ３，ＤＺ４连接关系如下：ＤＺ１，ＤＺ２，ＤＺ３，ＤＺ４的行相互连接，与　

单片机的４个Ｉ／Ｏ口相连；ＤＺ１与ＤＺ３的列选信号与地址译码器７４ＬＳ１５４（Ｉ）输出相连，ＤＺ２，ＤＺ４的　

列选信号与地址译码器７４ＬＳ１５４（ＩＩ）输出相连；地址译码器Ｉ，ＩＩ的输入端Ａ０～Ａ３及片选信号Ｇ端与　

单片机的５个Ｉ／Ｏ口相连。当Ｇ为“０”时，译码器Ｉ选通，即右边点阵块ＤＺ１和ＤＺ３可以从右到左，　

从上到下逐列点亮；当Ｇ为“１”时，译码器ＩＩ选通，即左边点阵块ＤＺ２，ＤＺ４可以从左到右，从上到　

下逐列点亮　‘。　。　

４ＬＳ１５４（Ｉ）　ｆ４ＬＳ１５４（ＩＩ）　

译码器Ａ　

译码器Ｂ　

列选Ｌ１７一Ｌ３２　

ＤＺｌ　Ｉ　ＤＺ２　

列选Ｌ１．Ｌ１６　

ＤＺ３　ｌ　ＤＺ４　

图１单片机控制ＬＥＤ点阵显示文字图形的原理框图　

２．２硬件电路原理图设计　

由原理框图可把硬件设计分为在线编程控制单片机硬件和ＬＥＤ点阵屏显示驱动控制电路原理图两　

大部分。按本文介绍的电路连接可以实现单片机实验板的开发和显示板的开发。　

图２中有单片机电路，联ＰＣ机并口在线编程电路和电源电路。各图之间的连接是用网络标号连　

接，标号相同的就表示连接在一起，实现程序编程下载和执行。　

图３有ＬＥＤ点阵组、驱动电路（两个非门，电阻限制通过ＬＥＤ的电流；如果要增加ＬＥＤ的亮度，　

在非门后加上拉电阻接电源ＶＣＣ或驱动管电路即可实现）和列选择电路。各图之间的连接是用网络标号　

连接，标号相同的就表示连接在一起。实现文字图形的显示及辅助控制。　

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第１期　金建辉：在线系统编程单片机控制ＬＥＤ点阵显示文字图形　４７　

瓣　箍擞墙　

．　甚瞪　Ｌｕ］　

ｍ－Ｈ‘　蹦　

图２在线编程控制单片机硬件原理图　

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、７ｎ　ｌ　

７．Ｌｓｌ　Ｉ　

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●●●●●●●●　

弘　

●●●●●●●●　●●●●●●●●　

Ｌ　

ｐ　ｐ　

●●●●●●●●　

●●●●●●●●　

Ｄ盈　

图３　ＬＥＤ点阵屏显示驱动控制电路原理图　

３软件设计　

显示文字是先根据所需要显示的文字提取文字在点阵屏上的字模，将字模文件存人存储器，形成一　

组汉字编码，在程序中调用。用点阵方式构成文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只　

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８只码须　

图只　器通　

要设计好合适的文字二进制编码文件，就可以得到满意的显示效果。ＬＥＤ点阵主要有８×８、１６×１６、　

４８　昆明冶金高等专科学校学报　２００７年１月　

２４×２４、３２×３２、４８×４８等不同规格，把ＬＥＤ点阵拼组在一起就构成ＬＥＤ点阵显示屏。现以４块８×８　

ＬＥＤ点阵屏为例阐述ＬＥＤ点阵显示文字的原理，显示图形的原理和显示文字原理同理。　

本设计是一个由４块点阵屏，共１６×１６＝２５６个ＬＥＤ发光二极管组成。实现整个屏单个闪烁显示　

汉字。首先要将汉字放在一个方框内，方格分成１６×１６共２５６个小方格，在方格内写上汉字，在笔画　

一一一一一一一栅斛眠牖日砗　一一　　

下落处的小方格填上“１”，无笔画处填上“０”，这样就形成了一个汉字二进制编码，将若干个要显示　

汉字形成的数据组按一定规则排列，并把它贮存在存储器内，就完成了字库的建立工作。　

３．１　８　Ｘ８点阵显示器的结构及工作原理　Ｌｌ　Ｌ　２Ｌ　３Ｌ４Ｌ　５Ｌ　６Ｌ７　Ｌ　８　

哇剧只一×　勺一一光一８　撇能显整环糙～　始一　

效应形成一个全屏文字。Ｌ是列，Ｈ是行，（“１”代表本列的ＬＥＤ灯被点亮；　图４　８×８点阵二极管示意　

“０”代表本列的ＬＥＤ灯熄灭）。如：要让第一列点亮，只要将对应的列线置为低电平，程序表输出　

为０ＦＦＨ。　

３．２举例三个字点阵字表的设计　

图５是宁德生三个字的程序字表的设计方法。　

Ｎｉｎｇ：（宁）　

Ｄｅ：（德）　

Ｓｈｅｎｇ：（生）　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●●ｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●●ｏｏｏｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏ●ｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏ●●●●　●●●●●●●ｏ　

ｏ　ｏ●ｏ　ｏ●ｏ●　●●●●●●ｏ　ｏ　ｏｏｏｏ●ｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏ●ｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏ●ｏ　

ｏ●ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏ●●●●　●●●●●ｏｏｏ　

ｏｏ●ｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏ●ｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ●　●●●●●●●ｏ　

ｏｏｏ●ｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ●ｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏ●ｏｏｏ　

ｏ　ｏ●●ｏ　ｏ　ｏ●　ｏ●ｏ　ｏ●ｏ●ｏ　

ｏｏ●ｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏ●●●●●●　●●●●●●ｏｏ　ｏ●ｏ●ｏ　ｏ　ｏ●　ｏ●ｏ　ｏ●ｏ●ｏ　

ｏ●ｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ●　●●●●●●●ｏ　

ｏｏｏｏ●●●●　●●●●●ｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ●●　●●●●●●●ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ●　ｏ●●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏ●ｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　●●●ｏ　ｏ●●ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏ●　●ｏｏｏｏｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ●●　ｏ●ｏ　ｏ●●●ｏ　

ｏｏ●●●●●●　●●●●●●ｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　●ｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏ　ｏ　ｏ●ｏ　ｏ●●　ｏ　ｏ●●●●ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　

ｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ　

图５点阵字表　

Ｎｉｎｇ：００Ｈ，００Ｈ，４０Ｈ，００Ｈ，ＯＡＯＨ，００Ｈ，９０Ｈ，００Ｈ，８８Ｈ，００Ｈ

，

８８Ｈ，００Ｈ，８８Ｈ，ＩＯＨ，８８Ｈ，２０Ｈ，８ＥＨ，　

７ＦＨ，８ＥＨ，００Ｈ，８８Ｈ，００Ｈ，８８Ｈ，００Ｈ，ＯＣ８Ｈ，００Ｈ，ＯＡ８Ｈ，００Ｈ，１８Ｈ

，

００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ　

Ｄｅ：００Ｈ，００Ｈ，９０Ｈ，００Ｈ，４８Ｈ，００Ｈ，ＯＥ４Ｈ，７ＦＨ，１２Ｈ，００Ｈ，０８Ｈ

，

００Ｈ，０４Ｈ，６４Ｈ，ＯＥ８Ｈ，６ＤＨ，２８Ｈ

，　

１５Ｈ，ＯＥ８Ｈ，３ＤＨ，３ＥＨ，５ＤＨ，２８Ｈ，４５Ｈ，ＯＥ８Ｈ，６５Ｈ，２８Ｈ，７５Ｈ，ＯＥＯＨ，３５Ｈ，００Ｈ，００Ｈ　

Ｓｈｅｎｇ：００Ｈ，００Ｈ，８０Ｈ，００Ｈ，４０Ｈ，２０Ｈ，１ＣＨ，２１Ｈ，ＩＯＨ，２１Ｈ，ＩＯＨ

，

２１Ｈ，ＩＯＨ，２１Ｈ，ＯＦＥＨ，３ＦＨ，ＩＯＨ，　

２１Ｈ，ＩＯＨ，２１Ｈ，ＩＯＨ，２１Ｈ，ＩＯＨ，２１Ｈ，００Ｈ，２０Ｈ，００Ｈ，００Ｈ

，

００Ｈ，００Ｈ　

３．３闪烁显示文字程序的设计　

为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模　

式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的，按照图文运动的特点又可以分为　

闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。这里以闪烁显示文字程序的设计为例介绍显示程序的编写结　

构。程序流程图如图６所示。程序可以用汇编语言和Ｋｅｉｌ软件公司的Ｃ５１语言编写调试　。　

４结语　

ＬＥＤ点阵显示的应用很广，在市场上已有比较成熟的产品，但价格较高，在一些应用中性价比不　

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第１期　金建辉：在线系统编程单片机控制ＬＥＤ点阵显示文字图形　４９　

高。采用本文的在线编程单片机控制设计方案，对很多应用　

都可以方便简单而且很有效地进行控制，对该类产品是一个　

补充。此外为单片机初学者、在校学生课程设计、毕业设计、　

电子科技制作和单片机研究开发人员创造了一个很好的开发　

途径和思路。　

参考文献：　

［１］大久保聪．白色ＬＥＤ何时才能在高效率方面追上荧光灯［ＥＢ／ＯＬ］．　

［２００６—１１—１２］．电子爱好者网．　

［２］丁锦源．Ｗｉｎｅｏｗｓ下ＰＬＣ　８位单片机源程序汇编和固化［ＥＢ／ＯＬ］．　

［２０Ｏ６—１０－２０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｅｂｙｔｅ．ｃｏｍ．　

［３］何立民．ＭＣＳ一５１系列单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北京航空航天大　

学出版社，１９９０．　

［４］潘新民，王燕芳．单片微型计算机实用系统设计［Ｍ］．北京：人民邮电出　

版社，１９９２．　

［５］李华．ＭＣＳ一５１系列单片机实用接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学　

图６单片机控￥１ＪＬＥＤ点阵显示文字程序流程图　

出版社。１９９３：５６１—５７１．　

［６］佚名．单片机简介与单片机的发展历史［ＥＢ／ＯＬ］．［２００６一ｏ９一Ｊ８］．ｈｔｔｐ：／／ｍｅｕ２１ｃｎ．ｔｏｐｃｏｏ１．ｎｅｔ．　

［责任编辑：孟丽涛］　

热烈祝贺我校《学报》荣获首届中国高校优秀科技期刊奖　

２０Ｏ６年ｌ１月，在教育部科技司开展的“首届中国高校精品・优秀・特色科技期刊奖评比活动”中，《昆明冶　

金高等专科学校学报》荣获“首届中国高校优秀科技期刊奖”。　

根据教育部科学技术司教技司［２０Ｏ６］２９０号文《关于公布“首届中国高校精品・优秀・特色科技期刊”及　

“２０Ｏ６年高校科技期刊优秀编辑工作者、优秀编辑学论著”通知》，经专家评审，“首届中国高校精品・优秀・特　

色科技期刊”及“２０Ｏ６年高校科技期刊优秀编辑工作者、优秀编辑学论著”评比活动共评出精品科技期刊５２种，　

优秀科技期刊９８种，特色科技期刊１００种。本刊在全国众多参评期刊中脱颖而出跻身９８种优秀科技期刊，说明　

本刊的学术质量和编辑出版质量均居于全国同类院校的优秀行列。这是本刊继今年ｌ０月荣获云南省新闻出版　

局举办的“云南省第二届期刊评选优秀提名奖”之后的又一次殊荣。　

今后，本刊将按照通知精神，认真总结办刊经验，并以此次活动为契机，更新观念，抓住机遇，准确定位，进一　

步提高《学报》的稿源质量、审稿质量及编辑出版质量，不断增强《学报》的竞争力，扩大《学报》的社会影响，维护　

学术声誉，为学校创新能力建设与创新人才培养作出更大的贡献。　

《学报》编辑部