基于51单片机的点阵汉字显示程序设计一、实用目的
本实践以51单片机为核心的最小系统，采用4个8×8 LED点阵组成16×16 LED点阵，2颗74HC595移位寄存器芯片作为16×16 LED点阵的行驱动器， 2个74HC138解码器。 该器件芯片作为16×16 LED点阵列驱动器和8个独立按钮组成的51单片机系统，实现汉字在LED点阵屏上的显示，具有多种功能：静态显示、包括向上移动、动态显示、向下移动、左移动、右移动、移动显示暂停和继续、移动加减速功能。
二、基于实践的实验设备和软件 1、设备
51单片机、74HC595芯片、74HC138芯片、独立按键、LED点阵屏、程序下载器等。
2、软件
编写51单片机代码的软件：Keil uVision4，绘制原理图和PCB的软件：力创EDA，仿真软件：Proteus 8 Professional。
2. 系统或装置的设计 1. 硬件原理图设计
原理图包括51单片机、晶振电路、复位电路、USB电源接口电路、74HC595寄存器串口转并口芯片电路、74HC138译码器芯片电路以及四个8×组成的16×16点阵汉字显示电路。 8个LED点阵。 和独立的按键电路。 绘制原理图如图2.1至图2.5所示。
图2.1：51单片机、晶振电路和复位电路组成51单片机最小系统
51单片机是整个系统的核心，控制595芯片、138芯片等功能，驱动LED点阵汉字显示。 晶振电路为51单片机LED点阵汉字显示系统提供时钟信号。
图2.2：独立按键与USB电源接口电路
USB电源接口电路为系统提供电源，独立按键电路实现LED点阵汉字显示的模式切换功能。 其具体功能是通过按键key1~key4分别向上、向下、向左、向右移动来控制LED点阵显示汉字。 按钮key5控制汉字LED点阵显示的暂停移动和继续移动。 键7和键8分别控制LED点阵屏上显示的汉字的移动速度。
图2.3：两块595芯片电路
74HC595寄存器串口转并口芯片电路驱动16×16点阵屏的行选择。 当其输出端口为高电平时，选择相应的LED点阵行。 即LED点阵的行为在高电平有效。
图2.4：两块138芯片电路
74HC138解码芯片电路驱动16×16点阵屏的列选择。 当其输出端口为低电平时，选择LED点阵的相应列。 即LED点阵的列在低电平有效。
图2.5：16×16LED点阵电路
16×16点阵由四个8×8点阵电路组成。 16×16点阵汉字显示电路，可实现汉字的静态显示效果和上下左右动态滚动的效果。
2.印制板图纸
根据绘制的原理图，首先将其转换为PCB图，然后对各个元件进行合理布局，然后利用软件的自动布线功能进行布线操作。印刷电路板图如图2.6所示
图2.6：51单片机LED点阵汉字显示系统PCB图
3. 程序框架及主要算法流程图及说明
图2.7：程序的基本框架流程图
程序的基本框架是从main函数开始的。 首先初始化相关变量，然后进行定时器中断初始化。 打开51单片机的定时器来控制LED点阵屏上显示的汉字滚动的速度。 初始化相关变量后，进入while(1)循环，根据变量modeSelect的值选择显示模式。 最后，在循环结束时，调用按键处理函数keyProcess()来判断是否有按钮被按下。 如果有按钮按下，则更新modeSelect变量的值，并更新LED点阵汉字显示模式。
图2.8：按键处理流程图
按键处理采用if语句判断方式来判断是否有按键按下。 当按下某个按钮时，将会设置相关的变量值。例如，当按下 key1 时，设置以下变量：
TR0 = 1; // 定时器开
modeSelect = 1; // 显示模式变量
speed = 10; // 汉字移动速度变量
moveBitNum = 0;
net = zong1; // 上下移动相关控制变量
以上是key1按下时对应的相关变量值的设置。 其他按键的相关变量值的设置请参见附录：完整代码。
4. 系统或设备的实现 1. 系统或设备的物理安装和调试
图3.1：51单片机LED点阵汉字显示系统实物图
2. 代码与调试
1、使用keil4软件创建ledData.h头文件，使用汉字采集软件获取点阵汉字的字符数据，写入到ledData.h头文件中。定义138解码器的输出引脚是哪个在ledData.h头文件中有效，如下代码所示
/*
38译码器的输出端口的选择
*/
uchar code columnSlect[] = // 行选
{
0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F,
};
2.然后创建main.h头文件。 在main.h头文件中，定义51单片机驱动芯片的引脚如下
sbit ds = P1^0; // 数据端口
sbit shcp = P1^2; // 数据输入时钟线
sbit stcp = P1^1; // 输出存储器锁存时钟线
sbit key1 = P3^4; // 向上移动控制按钮
sbit key2 = P3^5; // 向下移动控制按钮
sbit key3 = P3^6; // 向左移动控制按钮
sbit key4 = P3^7; // 向右移动控制按钮
sbit key5 = P3^3; // 静态显示显示的控制按钮
sbit key6 = P3^2; // 闪烁显示的控制按钮
sbit key7 = P1^6; // 控制汉字移动速度增加的控制按钮
sbit key8 = P1^7; // 控制汉字移动速度减小的控制按钮
然后定义一些变量如下图
uchar speed = 30; // 汉字移动速度控制的标志
uchar alt;
uint net, index;
uint zong, zong1;
uchar modeSelect; // 汉字显示的模式方式选择
uchar buff[4];
uchar moveBitNum;
uchar moveBitNumTemp;
uchar IncNum; // 上下左右移动的相关控制变量
主变量modeSelect控制汉字在LED点阵屏上显示模式的选择。
声明一些函数来实现相关功能，如下图
void timerInit(); // 定时器初始化函数
void writedata(uchar); // 向595芯片写入数据函数
void clearScreen(); // led点阵显示与清屏
void keyProcess(); // 按键处理的函数
void delay(uint); // 延时函数
定时器初始化(); 要实现的是51单片机定时器的初始化操作，打开51单片机的定时器，产生对LED点阵屏上汉字移动速度的定时控制； 写入数据（uchar）； 就是改变ledData.h头文件，将定义的汉字数据写入到595芯片中，来控制LED点阵的哪些行为有效。 清除屏幕（）； 实现LED点阵清零，并从并口输出595寄存器中的数据来控制LED显示。 keyProcess(); 是实现关键处理的相关操作。 当按键时，对应的变量被赋值，以控制汉字在LED点阵屏上的显示方式。
3、创建main.c源文件编写main函数，并在main.h头文件中编写声明函数的定义，实现对应函数的具体功能。 具体详细的代码见附录。
4、用keil4软件烧写程序后，编译生成.hex文件。 51单片机LED点阵汉字显示程序编译信息如图3.2所示
图3.2：程序编译的结果
从编译结果可以看出，该程序零错误和警告。然后在Proteus软件中对程序编译产生的.hex文件进行仿真。 仿真结果如图3.3和3.4所示。
图3.3：程序开始仿真结果
图3.4：按下按键一的仿真结果：向上移动
从仿真结果来看，编写的程序满足51单片机LED点阵汉字显示的功能要求，系统实现了LED点阵系统的静态显示，以及动态显示：上下移动、左移右为闪烁显示和移动速度控制。
五、系统运行及结果分析 1、系统运行测试过程
使用keil4软件将编写的程序编译生成.hex文件，通过下载器将程序下载到单片机中。 写入程序的51单片机初始状态为静态显示状态，即显示第一个汉字：“电”。 然后分别按下按键key1~key4，LED点阵屏显示上、下、左、右移动的汉字。 按5键，LED点阵屏上移动的汉字变为静止。 当再次按下时，静止的汉字变成移动的汉字。 按6键实现LED点阵屏汉字闪烁功能。 按7键和8键分别增加或减少汉字的移动速度。 当单片机按下RST复位按钮时，51单片机运行在显示静态汉字的初始状态。
2. 功能总结
从硬件运行结果来看，由51单片机、16×16 LED点阵屏、独立按键、595芯片、138芯片组成的单片点阵汉字显示系统基本实现了实际所需的功能：软件对应功能 点阵显示汉字的相关信息； 实现51单片机和LED点阵屏的驱动功能； 通过kei4软件编写LED点阵汉字显示程序，实现汉字的上下移动以及到LED点阵屏上的显示。 具有左移、右移、特效闪烁显示等功能。
