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显示显示/光电技术中的基于单片机的光电技术中的基于单片机的LED显示屏硬件设计方案显示屏硬件设计方案

摘要：设计使用宏晶科技的8 位单片机STC12C5A60S2 作为中央控制器，结合NAND 闪存芯片K9F4008 存储

汉字库的8×128 点阵LED 数字屏，该点阵LED 数字屏具有存储信息后离线显示的功能。可应用到多种显示环

境，尤其像汽车等移动工具上的脱机显示环境。　　自上世纪90 年代以来，随着LED 显示技术设计制造水平

的不断提高，LED 数字屏逐渐在生产和生活中大量使用，LED 数字屏以其特有的显示介质，在大面积，全天

候，高亮度和超高亮度显示屏领域凸现优势。LED 显示技术发展的十几年中，新器件和新技术不断采用，制

造成本逐渐降低，生产分工不断细化，但大量应用

　　摘要：设计使用宏晶科技的8 位单片机STC12C5A60S2 作为中央控制器，结合NAND 闪存芯片K9F4008 存储汉字库的

8×128 点阵LED 数字屏，该点阵LED 数字屏具有存储信息后离线显示的功能。可应用到多种显示环境，尤其像汽车等移动工

具上的脱机显示环境。

　　自上世纪90 年代以来，随着LED 显示技术设计制造水平的不断提高，LED 数字屏逐渐在生产和生活中大量使用，LED

数字屏以其特有的显示介质，在大面积，全天候，高亮度和超高亮度显示屏领域凸现优势。LED 显示技术发展的十几年中，

新器件和新技术不断采用，制造成本逐渐降低，生产分工不断细化，但大量应用的同时也暴露出LED 显示技术的若干缺陷，

总体上技术尚未成熟，标准尚未完全建立，有许多方面值得进行更深入的研究与改进。

　　随着大规模集成电路的迅猛发展，微处理器的运算、控制能力大大增加，单片计算机已在很多工业及民用系统中承担智

能化的任务，与迅猛发展的运算速度相比，其端口扩展能力则逊色得多（数目有限且扩展困难），因此研发过程中不得不在

节省端口上投入大量精力，目前国内为解决端口扩展问题可采用软件处理的方式，这样加重了软件编写的难度，或采用扩展

端口的专用芯片。这两种方法将引起软件成本的提高或硬件电路复杂度的提高，不利于一些小型系统的研

发，STC12C5A60S2单片机具有多种串行传输模式，在一定程度上解决了这个矛盾。

　　LED 数字屏应用非常广泛，不仅能显示文字，还能显示各种图形、图表，甚至各种动画效果，是广告宣传、新闻传播

的有力工具。

　　本文采用STC12C5A60S2 单片机、接口NAND 闪存和上位PC 机，实现了对16×128 点阵LED 数字屏的控制。

　　1 芯片选型芯片选型

　　　1.1 屏体屏体

　　由于屏体是商业成品，因此系统芯片的选型首选为能与屏体配合的芯片。屏体自备电源，能直接将蓄电池的能量转变为

5 V 的直流电源，并且这个电源也通过屏体的接口电缆输出到系统板上。因此系统可直接引用该电源，不必自备电源电路。

　　1.2 单片机单片机

　　综合考虑屏体和系统需求，选用国内宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机STC12C5A60S2。

　　STC12C5A60S2 是新一代高速8051 单片机，其指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8~12 倍。内部集成MAX810 专用

复位电路，其工作电压范围是3.5 V~5.5 V,满足要求的电压。由于是单周期的8051 （传统8051 是12 周期），可选择较易于

获得准确波特率的11.059 2 MHz晶振，而不必担心工作速度降低。

　　STC12C5A60S2 有60 KB 的用户应用程序空间，256 B的RAM 和1024 B 的XRAM.能满足程序代码的需求和缓冲区定义

的需求。另有与程序存储空间独立的一片闪存区域，可在应用编程中作EEPROM 使用。

　　STC12C5A60S2 有双UART 以及ISP 串口，串口资源足够系统使用。另外通过宏晶科技提供的软件，使用UART 可很容

易地实现程序下载。STC12C5A60S2 有36个通用I/O 口，大部分可位控，并具有强推挽输出的能力，足够系统使用。

　　STC12C5A60S2 有4 个16 bit 定时器和一个独立的波特率发生器，另外还有两个PCA 模块，能获得丰富的定时器资源。

STC12C5A60S2 有PDIP-40 封装的芯片，易于快速进入实验。

　　1.3 闪存闪存

　　因为16 ×16 点阵的汉字库容量在250 KB 左右，而MCS51 的寻址空间只有64 KB.接口大于64 KB 容量的普通存储芯片就

必须进行总线扩展，采用两次锁存地址的方法来读写，既需要复杂的电路，又占用较长的存取时间。同样，NOR 闪存与

EPROM 的引脚结构相类似，有同样的接口复杂性，成本也十分高。要实现单片机与字库芯片的简单接口（不需扩展） , 只

能选用串行结构的存储器或命令、地址和数据复用总线结构的存储器。

　　串行结构的存储器多为EEPROM, 没有很大的容量，不适合做字库芯片。因此只有选用命令、地址和数据复用总线的

NAND 闪存作为字库存储芯片。

　　字库所需的容量不大，但最好能5 V 供电，且编程的缓存要求较小的芯片。SAMSUNG 公司出品的K9F4008W 是一款

512 KB 的NAND 闪存，仅有8 个IO端口，且工作电压范围较广（3 V~5.5 V），可以兼容3 V 和5 V 的硬件系统，并且帧编

程时仅需要32 B 的缓冲，正适合作为字库存储的芯片。

　　因此，闪存芯片的可电擦写特性页非常适用于需要更换字库的场合。故该芯片是十分理想的汉字库存储器。

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