16×16LED點(diǎn)陣漢字分批顯示器的Proteus軟件仿真

　　O引言

　　Proteus是目前最先進(jìn)、最完整的多種型號(hào)微處理器系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)，由ISIS和ARES兩個(gè)構(gòu)成，其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)，ARES是一款高級(jí)布線編輯軟件，用于制作PCB印制電路板。開發(fā)者可以在無硬件條件下直接使用Pro-teus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試，真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中完成電路原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、系統(tǒng)測(cè)試到形成印制電路板的完整電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過程。

因此，本課題利用AT89C5l單片機(jī)作為主控制器，采用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)16×16LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示.仿真運(yùn)行通過后再進(jìn)行點(diǎn)陣顯示電路制作，大大縮減實(shí)際開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本。

　　1硬件電路設(shè)計(jì)

　　在很多LED顯示的場(chǎng)合，需要實(shí)現(xiàn)一系列LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，每批只顯示2個(gè)漢字，分若干次完成全部顯示。利用ProteusISIS平臺(tái)畫出的硬件電路如圖l所示。

　　該硬件電路的核心是利用單片機(jī)讀取顯示字型碼，通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)16×16共陰極LED點(diǎn)陣進(jìn)行動(dòng)態(tài)列掃描，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣漢字的分批顯示。設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為Atrnel公司的AT89C51，它是一種低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB可反復(fù)擦寫的FLASHROM，采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051引腳結(jié)構(gòu)，內(nèi)置看門狗電路。功能強(qiáng)大的AT89C5l可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)，其中晶振頻率為12MHz。上電復(fù)位電路可保證單片機(jī)的在程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，重啟運(yùn)行。

　　顯示單元是LED漢字顯示屏，由2片16×16LED點(diǎn)陣模塊組成。但由于Proteus軟件目前版本中還沒有16×16點(diǎn)陣模塊，設(shè)計(jì)中采用Pro-teus軟件中的4個(gè)8×8點(diǎn)陣模塊組合成1個(gè)16×16點(diǎn)陣模塊。點(diǎn)陣漢字的陽極驅(qū)動(dòng)是由單片機(jī)的PO口和P2口各自經(jīng)過一片輸出緩沖器74LS273向4個(gè)8×8LED點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動(dòng)信號(hào);點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動(dòng)由P1.0～P1.3經(jīng)過4-16線譯碼器74HCl54譯碼后輸出列選信號(hào)，對(duì)4個(gè)8×8點(diǎn)陣進(jìn)行列掃描，從而控制LED點(diǎn)陣的相應(yīng)像素點(diǎn)亮。2個(gè)LED點(diǎn)陣漢字中的列選信號(hào)則分別由P3.O和P3.1控制來選擇相應(yīng)的74HCl54，因此需要兩片74HCl54譯碼器。RP1為排阻，含有8個(gè)電阻，作為PO口各位的上拉電阻，以保證PO口能夠輸出高電平。

　　2點(diǎn)陣漢字分批顯示原理與軟件設(shè)計(jì)

　　16×16共陰極LED點(diǎn)陣由4個(gè)8×8點(diǎn)陣構(gòu)成，需要顯示漢字字符串“單片機(jī)仿真!”，可通過建立數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行。通過16×16點(diǎn)陣漢字字模提取軟件，可提取各顯示漢字的字模數(shù)據(jù)，詳見程序設(shè)計(jì)中的顯示字符代碼表1。

　　在進(jìn)行漢字分批輸出顯示時(shí)采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式，可按行或列進(jìn)行掃描。當(dāng)按“列”掃描時(shí)，需要建立列的掃描代碼表如下：

　　現(xiàn)以列掃描為例，闡述16×16LED點(diǎn)陣漢字分批顯示原理。在初始化設(shè)置(關(guān)顯示)后，首先，P1送出第1列掃描代碼，同時(shí)使P3=0xFD選中U2的74HCl54和U4，對(duì)P0輸出段碼給左邊漢字上半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮;接著，使P3=OxFA選中U2的74HCl54和U5，對(duì)P2輸出段碼值給左邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮，即送出了第一個(gè)漢字“單”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值);再設(shè)置P3=0xF5選中U3的74HC-l54和U4，對(duì)P0輸出段碼給右邊漢字的上半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮。接著，使P3=OxF9亦選中U3的74HCl54和U5，對(duì)P2輸出段碼值給由邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮，即送出了第2個(gè)漢字“片”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值)。然后，給P1送第2列的掃描代碼，同理再送出第1個(gè)漢字“單”、第2個(gè)漢字“片”的各自第2列的字模數(shù)據(jù)，…如此進(jìn)行，經(jīng)過16次列掃描，分時(shí)送完兩個(gè)漢字的各自16個(gè)段碼值，就可顯示第1批漢字“單”、“片”;再進(jìn)行第2批漢字“機(jī)”、“仿”的顯示;…，直到漢字字符串顯示完成。若字符顯示完畢，又從頭開始循環(huán)顯示。LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的程序流程如2所示。在某一時(shí)刻，只有1行或1列發(fā)光二極管被對(duì)應(yīng)的字模數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，但只要掃描間隔時(shí)間合適(一般為數(shù)毫秒)，利用人眼的視覺暫留特性，看上去整批字符就顯示在LED點(diǎn)陣顯示器上。

　　主要的C語言源程序如下：

　　3程序調(diào)試與仿真

　　(1)生成目標(biāo)代碼文件。利用Proteus平臺(tái)在進(jìn)行仿真時(shí)，需要加載程序到單片機(jī)中，加載的程序?yàn)槟繕?biāo)代碼文件.HEX。方法是：利用單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)KeilUVsion3，在新建項(xiàng)目中選擇AT89C51單片機(jī)作為CPU，同時(shí)將創(chuàng)建C語言源程序文件并將其加載到新建項(xiàng)目中。在“P-roject”下拉菜單中，選擇“OpTIonsforTarget”對(duì)話框，在對(duì)話框中選中“Output”選項(xiàng)卡中的“CreateHEXFile”選項(xiàng)。在“Proje-ct”下拉菜單中選擇“RebuiIdallTargetFiles”選項(xiàng)，編譯成功后將生成.HEX目標(biāo)代碼文件。

　　(2)調(diào)試與仿真：在ProteusISIS平臺(tái)中，按圖1畫出硬件電路，單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C51單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“EditComp-onent”對(duì)話框，在其中的“ClockFreqlaency”欄中設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12MHz，在“ProgramFile”欄選擇生成的.HEX文件。保存設(shè)計(jì)，生成.DSN文件。在“Debug”菜單中選擇“Execute”，可得到仿真運(yùn)行效果。仿真調(diào)試成功后，可看見“單片機(jī)仿真!”點(diǎn)陣漢字的分批顯示。顯示次序?yàn)椤皢纹?機(jī)仿-真!”，其中“機(jī)仿”如圖3所示。通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試取得了良好的效果。

　　4結(jié)語

　　在嵌入式系統(tǒng)仿真平臺(tái)Proteus的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)16×16LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了“單片機(jī)仿真!”六個(gè)漢字的分批顯示，達(dá)到了良好的設(shè)計(jì)效果。該仿真電路接近于實(shí)際電路，再使用ProteusARES軟件在仿真原理圖的基礎(chǔ)上直接繪制PCB電路板，即可以制作出實(shí)際的點(diǎn)陣式LED分批漢字顯示屏。該顯示屏電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可靠性高，成本低且易于實(shí)現(xiàn)，軟件通過適當(dāng)修改即可實(shí)現(xiàn)其他顯示功能如滾動(dòng)顯示等，顯示靈活，適用領(lǐng)域廣泛。通過Proteus的前期仿真為L(zhǎng)ED顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)大大縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，同時(shí)也為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、電子電路的開發(fā)設(shè)計(jì)等提供了一種嶄新的設(shè)計(jì)方法和有效手段。