基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)

1、大連海事大學(xué)裝訂線畢 業(yè) 論 文 二一四年六月3基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 通信工程一班姓 名： 劉維佳 指導(dǎo)教師： 金國(guó)華 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院摘 要本文介紹了1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)。該電子顯示屏可以顯示各種文字、數(shù)字、字母，采用4塊88點(diǎn)陣LED顯示模塊來(lái)組成1616點(diǎn)陣顯示模式。顯示采用動(dòng)態(tài)顯示，使得數(shù)字、字母或文字能夠?qū)崿F(xiàn)移入移出等多種顯示方式。文中詳細(xì)介紹了LED點(diǎn)陣顯示的硬件設(shè)計(jì)思路、硬件電路各個(gè)部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計(jì)，以及使用說(shuō)明等。整機(jī)以美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的40腳單片機(jī)AT89C51為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)

2、態(tài)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程。通過(guò)該芯片控制一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器74HC154和兩個(gè)列驅(qū)動(dòng)器74HC595來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示。單片機(jī)控制系統(tǒng)程序采用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行編輯，通過(guò)編程控制各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)LED陽(yáng)極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。所顯示字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)可以自行編寫（即直接點(diǎn)陣畫圖），也可從標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)中提取。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，該設(shè)計(jì)基本滿足要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)；點(diǎn)陣顯示AbstractThis paper is a 16 16 lattice LED electron display monitor design. The electronic screen can show all kind

3、s of written, numbers or letters,one full screen display Chinese characters, four pieces of 88 dot-matrix LED display modules to form the 1616 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardwa

4、re design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program designandtheuseofsomesuch.The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introdu

5、ced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process.Controls good driver 74HC154 and two row driver 74H-C595 through this chip actuates the display monitor demonstration.SCMprocessc-ontrolsystemusedforeditingMCUClanguage,Programmingcont-r

6、olpointsindicate-dbythecorrespondingLEDanodeandovercastextremelevel.Wec-aneffectivelycont-rolthedefenseshowedbrightspots.Thelatticedatashowscharacterscanpreparethemselves(thatis,directlatticePainting),whichcanalsobeextractedfromthestandardfon-t. Through the System debugging,this design meets the bas

7、ic requirements.Keywords：MicroControllerUnit,Lattice drive,Latticedisplay目 錄第一章 緒論11.1 課題背景11.2 選題意義21.3 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.3.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史和發(fā)展方向21.3.2 單片機(jī)的應(yīng)用31.3.3 LED顯示屏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)41.4 功能要求及方案論證51.4.1 功能要求51.4.2 顯示模式方案論證51.4.3 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證6第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)72.1 設(shè)計(jì)框圖及介紹72.2 控制電路模塊82.2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介82.2.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)82.2.

8、3 單片機(jī)引腳介紹102.3 顯示模塊介紹122.3.1 8X8點(diǎn)陣介紹122.3.2 組成16X16點(diǎn)陣顯示屏介紹132.3.3 文字顯示及移動(dòng)顯示介紹152.3.4 LED點(diǎn)陣取模軟件說(shuō)明162.3.5 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)說(shuō)明17第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)223.1 系統(tǒng)的程序流程圖223.2 主程序23第四章 調(diào)試及性能分析254.1 軟件調(diào)試254.2 硬件調(diào)試254.3 性能分析26總 結(jié)27參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄1 原件清單30附錄2 C程序3141基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 課題背景單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以極其高的性能

9、價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無(wú)孔不入的地步。在我國(guó)，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國(guó)防軍事、尖端武器等各個(gè)方面。我們可以開(kāi)發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)

10、稱為微控制技術(shù)。例如，本文所要論述的通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制LED點(diǎn)陣顯示。LED是發(fā)光二極管英文LightEmittingDiode的簡(jiǎn)稱，是六十年代末發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和-結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實(shí)用化。進(jìn)入八十年代后，LED在發(fā)光波長(zhǎng)范圍和性能方面大大提高，并開(kāi)始形成平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏。LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的顯示系統(tǒng)，是目前國(guó)際上極為先進(jìn)的顯示媒體。由于它具有發(fā)光效

11、率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對(duì)室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。在我國(guó)改革開(kāi)放之后，特別是進(jìn)入90年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì)公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)形勢(shì)，因而在LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏的發(fā)展過(guò)程。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段成為現(xiàn)代信息化社會(huì)的一個(gè)閃亮標(biāo)志。近年LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)

12、宗旨宣傳的公眾場(chǎng)所如銀行、營(yíng)業(yè)部、車站、機(jī)場(chǎng)、港口、體育場(chǎng)館等信息的發(fā)布，政府機(jī)關(guān)政策、政令，各類市場(chǎng)行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前，對(duì)于那些需要顯示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相對(duì)比較低的場(chǎng)合，使用大、小屏幕LED點(diǎn)陣顯示器是比較經(jīng)濟(jì)適用的，它可以用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡(jiǎn)單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號(hào)、字型。1.2 選題意義該設(shè)計(jì)課題使我們能夠掌握LED顯示屏的基本顯示原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì)LED顯示屏這個(gè)行業(yè)有了較為深刻的了解和認(rèn)識(shí)。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使我們對(duì)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。并且通過(guò)該設(shè)計(jì)課題掌握了51單片機(jī)的的軟硬件開(kāi)

13、發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，相關(guān)的從業(yè)人員也會(huì)越來(lái)越緊缺。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國(guó)的LED技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還有一定的差距。因此此課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國(guó)LED顯示技術(shù)的發(fā)展都有非?，F(xiàn)實(shí)與積極的意義。1.3 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.3.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史和發(fā)展方向單片機(jī)的歷史并不長(zhǎng)，然而發(fā)展卻十分迅猛。自1971年美國(guó)Intel公司首先研制出4位單片機(jī)4004以來(lái)，它的發(fā)展可粗略劃分為4個(gè)階段。第一階段（1976-1978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的控索階段。以Intel

14、公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來(lái)。第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。1、完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。2、CPU外圍功能單元的集中管理模式。3、體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。4、指令系統(tǒng)

15、趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS51系列的推廣應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80C51為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第四階段（1990至今）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)

16、了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)?？v觀各個(gè)系列的單片機(jī)產(chǎn)品的特性，可以看出單片機(jī)正朝兩個(gè)方向發(fā)展。一方面，單片機(jī)的性能不斷提高，功能越來(lái)越強(qiáng)。該類產(chǎn)品可以滿足各種復(fù)雜應(yīng)用系列的要求，如INTEL公司的MCS-96系列、MO68HC11系列等。另一方面，在中小型只能產(chǎn)品中，單片機(jī)則朝小型，超低功耗，多品種等發(fā)展方向。從工業(yè)角度考慮，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的改進(jìn)，單片機(jī)經(jīng)歷了PMOS、NMOS、CMOS等各個(gè)階段，現(xiàn)在正朝著改進(jìn)型CMOS工藝的方向發(fā)展。低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化及高性能化逐漸成為主導(dǎo)。1、低電壓化幾乎所有的單片

17、機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來(lái)越寬，一般在36V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)12V。目前0.8V供電的單片機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。2、低噪聲與高可靠性為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。3、大容量化以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB4KB，RAM為64128B。但在需要復(fù)雜控制的場(chǎng)合，該存儲(chǔ)容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化。目前，單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，RAM最大為2KB。4、高性能化主要是

18、指進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPS（MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒），并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時(shí)控制功能。這類單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。單片機(jī)的控制性能和可靠性高，體積小，價(jià)格低，易于產(chǎn)品化。在現(xiàn)代的各種電子器件中，單片機(jī)具有良好的性能價(jià)格比。正是單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用的重要原因。1.3.2 單片機(jī)的應(yīng)用在說(shuō)單片

19、機(jī)應(yīng)用之前，首先來(lái)談?wù)勎覀兪褂玫碾娔X（PC機(jī)），我們使用的電腦屬于通用計(jì)算機(jī)，真是感嘆計(jì)算機(jī)發(fā)展神速！現(xiàn)在個(gè)人電腦的性能比以前已經(jīng)得到了極大的提高，普通PC機(jī)的運(yùn)行速度就已經(jīng)達(dá)到了3GB以上，擁有海量的硬盤空間，80GB、160GB甚至500G都很常見(jiàn)，內(nèi)存普通的都有8G、16G甚至有32G內(nèi)存，使用19大屏幕液晶顯示器-正是這些電腦的高性能，為我們海量數(shù)值計(jì)算、信息處理、多媒體和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、辦公、家用等的實(shí)現(xiàn)成為可能。相比之下，單片機(jī)的硬件配置就沒(méi)有通用計(jì)算機(jī)那么高了，單片機(jī)運(yùn)算速度一般只有幾兆至幾十兆，如51單片機(jī)常用的晶振頻率有6MHZ、11.0592MHZ和24MHZ等，單片機(jī)內(nèi)部程序空

20、間也比較小，一般在幾KB到幾十KB，單片機(jī)內(nèi)存RAM一般幾百字節(jié)到幾KB。雖然單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)的性能無(wú)法和電腦相比，但是單片機(jī)具有高可靠性、體積小、智能性、實(shí)時(shí)性、可塑性強(qiáng)（只要寫入不同的程序，同一片單片機(jī)能夠完成不同的工作）等諸多特點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，如一片89c51單片機(jī)才幾塊錢。正是這些特點(diǎn)，使單片機(jī)成為工程師們開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)和小型智能化產(chǎn)品的首選！1.3.3 LED顯示屏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1、我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至1998年底，年度銷售總額在1000萬(wàn)元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達(dá)6億元

21、左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的85%以上。全國(guó)從事LED顯示屏的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長(zhǎng)速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒(méi)有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國(guó)內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先,我國(guó)LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級(jí)灰度256色視頻控制技術(shù)及無(wú)線遙控等國(guó)際先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級(jí)灰

22、度視頻控制技術(shù)、集群無(wú)經(jīng)線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó)LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國(guó)內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。2、LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(jī)信息視覺(jué)傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無(wú)疑會(huì)有更大的發(fā)展，

23、并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來(lái)，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時(shí)，由于全彩色顯示屏價(jià)格性能比的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會(huì)越來(lái)越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場(chǎng)館的顯示方面全彩色LED屏更會(huì)成為主流產(chǎn)品。全彩色LED顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。未來(lái)LED顯示屏?xí)?/p>

24、向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展。1.4 功能要求及方案論證1.4.1 功能要求1、自制一臺(tái)簡(jiǎn)易16行 16列點(diǎn)陣顯示的LED電子顯示屏。2、多功能顯示控制，顯示屏通過(guò)按鍵切換，顯示數(shù)字、字母。3、顯示屏能顯示2組特定數(shù)字或英文字母組成的句子，通過(guò)按鍵切換顯示內(nèi)容。4、能顯示2組特定漢字組成的句子，通過(guò)按鍵切換顯示內(nèi)容。5、滾動(dòng)顯示數(shù)字、字母、漢字。6、Proteus進(jìn)行仿真，keil進(jìn)行程序編譯，prote畫圖制板。1.4.2 顯示模式方案論證為了吸引觀眾增強(qiáng)顯示效果，可以有多種顯示模式，最簡(jiǎn)單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說(shuō)的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。與靜態(tài)顯示模式相對(duì)

25、應(yīng)，就有各種動(dòng)態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動(dòng)的。按照?qǐng)D文運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過(guò)一定的算法從原來(lái)的顯示數(shù)據(jù)直接生成。例如，按順序調(diào)整行號(hào)，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達(dá)到左右平移的目的；同時(shí)調(diào)整行列順序，就能得到對(duì)角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。不過(guò)當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費(fèi)時(shí)間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)備用。刷新的時(shí)間控制，要考慮運(yùn)動(dòng)圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動(dòng)感不顯著；刷新太快了，中間過(guò)程看不清。一般刷新周期可控制在

26、幾十毫秒范圍之內(nèi)。從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制LED顯示屏的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多端口，如果我們采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)

27、單地說(shuō)就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，具體就1616的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同一行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；第十六行之后，又重新燃亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。1.4.3 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的

28、同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問(wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一

29、行的顯示過(guò)程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以至影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過(guò)上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本

30、行的顯示。第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)框圖及介紹LED點(diǎn)陣總體框圖如圖2.1所示，點(diǎn)陣電路大體上可以分成微機(jī)本身的硬件、顯示驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)電路三部分?？刂齐娐凡糠职ㄒ粋€(gè)51CUP和一些外圍電路。在整個(gè)電路當(dāng)中此控制電路部分相當(dāng)于一個(gè)上位機(jī)，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、與PC機(jī)的串行通訊、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。點(diǎn)陣顯示屏體、以及它的行和列的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。由于兩部分的電路在制板時(shí)可以放到一起，所以可以將其字庫(kù)放到控制電路部分使用串行通訊方式來(lái)與屏體電路部分進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。圖2.1 顯示屏電路框圖此顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名

31、列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描(把該行與電源的一端接通)。另一方而，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的LED熄滅。2.2 控制電路模塊2.2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的各種功能部件，包括CPU（CentralProcessingUnit）、存儲(chǔ)器（memory）、基本輸入/輸出(Input/Output，簡(jiǎn)稱I/O)接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)

32、等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱為微控制器(Micro-ControllerUnit，簡(jiǎn)稱MCU)。圖2.2 單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)2.2.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)；P1.5P1.7口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。P0口和P2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM,圖2.3給出的是AT89C51的

33、最小系統(tǒng)圖。圖2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖注：該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位RESET電路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成。復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用2種方式：開(kāi)機(jī)上電復(fù)位和外部手動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)用的是外部手動(dòng)復(fù)位。電路如圖2.4：圖2.4 單片機(jī)復(fù)位電路2.2.3 單片機(jī)引腳介紹P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O

34、口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫

35、時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表2.1所示：表2.1 P3口特殊功能口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入

36、）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MO

37、VC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：

38、來(lái)自反向振蕩器的輸出。單片機(jī)引腳圖如圖2.5：圖2.5 單片機(jī)的引腳圖2.3 顯示模塊介紹2.3.1 8X8點(diǎn)陣介紹從圖2.6可以看出，點(diǎn)亮跨接在某行某列的LED發(fā)光二極管的條件是：對(duì)應(yīng)的輸出高電平，對(duì)應(yīng)的輸出低電平。列如Y7=1，I7=0時(shí)，對(duì)應(yīng)于右下角的LED發(fā)光。如果再很短的時(shí)間內(nèi)依次點(diǎn)亮多個(gè)發(fā)光二極管，我們就可以看到多個(gè)二極管穩(wěn)定點(diǎn)亮，及看到要顯示的數(shù)字、字母或其他圖形符號(hào)，這就是動(dòng)態(tài)顯示原理。一個(gè)8X8LED點(diǎn)陣需要使用兩個(gè)并行端口，一個(gè)端口控行線，另一個(gè)控制列線。顯示過(guò)程以行掃描的形式進(jìn)行，掃描顯示過(guò)程是每次顯示一行8個(gè)LED，顯示時(shí)間稱為行周期，8行掃描顯示完成后開(kāi)始新一輪掃描，

39、這段時(shí)間稱為場(chǎng)周期。行與行之間延時(shí)12ms。延時(shí)時(shí)間受50HZ閃爍頻率的限制，不能太大，用保證掃描所有8行所用時(shí)間之和在20ms以內(nèi)。圖2.6 8X8LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和焊接面引腳圖2.3.2 組成16X16點(diǎn)陣顯示屏介紹如圖2.9所示電路為由4片8X8LED點(diǎn)陣組成的16X16LED點(diǎn)陣于單片機(jī)之間的接口電路。正反面焊接面如圖2.7與圖2.8所示。其中片1與片2的行并聯(lián)在一起組成ROW0ROW7,片3與片4的行并聯(lián)在一起組成ROW8ROW15；片1與片3的列并聯(lián)在一起組成COLOCOL7，片2與片4的列并聯(lián)在一起組成COL8COL15。然后用P1和P3外加驅(qū)動(dòng)74HC154控制行信號(hào)ROW0R

40、OW15，用P0和P2外加限流控制信號(hào)COL0COL15。行與行之間延時(shí)1ms，保證掃描所用時(shí)間之和在20ms。并且我們的實(shí)物連接是按照從右到左從上到下的規(guī)則來(lái)定義字形碼數(shù)組順序的。圖2.7 LED顯示屏焊接電路實(shí)物圖（正面）圖2.8 LED顯示屏焊接電路實(shí)物圖（反面）圖2.9 4片8X8LED點(diǎn)陣組成的16X16LED點(diǎn)陣圖2.3.3 文字顯示及移動(dòng)顯示介紹從結(jié)構(gòu)上可知，它的每一列共用一根列線，每一行共用一根行線。當(dāng)相應(yīng)的行接高電平，列接低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。通常情況下，一塊8X8像素的LED顯示屏是不能用來(lái)顯示一個(gè)漢字的，因此，按照其原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展為16X16，就足以顯示一個(gè)

41、完整的漢字。在顯示過(guò)程中，多采用掃描方式，利用人的視覺(jué)暫停效應(yīng)，只要刷新速率不小于25幀/秒，就不會(huì)有閃爍的感覺(jué)。LED點(diǎn)陣顯示屏采用1616共256個(gè)象素的點(diǎn)陣，通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)光二極管的方法測(cè)試判斷出該點(diǎn)陣的引腳分布。我們以UCDOS中文宋體字庫(kù)為例，每一個(gè)字由16行X 16列的點(diǎn)陣組成顯示。即國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)中的每一個(gè)字均由256點(diǎn)陣來(lái)表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形用8位的AT89C51單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的總線為8位，一個(gè)字需要拆分為2個(gè)部分。一般我們把它拆分為上部和下部，上

42、部由8 X 16點(diǎn)陣組成，下部也由8 X 16點(diǎn)陣組成。例如單片機(jī)首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00-p07口。方向?yàn)閜00到p07,顯示漢字“大”時(shí)，p05點(diǎn)亮,由上往下排列，為p0.0滅，p0.1滅,p0.2滅p0.3滅,p0.4滅,p0.5亮,p0.6滅,p0.7滅。即二進(jìn)制00000100，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為04h.。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由上往下掃描，即從p27向p20方向掃描，從上圖可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，16進(jìn)制則為00h。然后單片機(jī)轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為p05點(diǎn)亮，為00000100，

43、即16進(jìn)制04h.這一列完成后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描，p21點(diǎn)亮，為二進(jìn)制00000010，即16進(jìn)制02h.依照這個(gè)方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描32個(gè)8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H由這個(gè)原理可以看出，無(wú)論顯示何種字體或圖像，都可以用這個(gè)方法來(lái)分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。不過(guò)現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，我們就不必自己去

44、畫表格算代碼了。軟件打開(kāi)后設(shè)置好你需要的取點(diǎn)模式和字節(jié)排列順序，然后輸入漢字，點(diǎn)“導(dǎo)出代碼”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動(dòng)生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。將程序編譯后燒寫入89C51,插入40pinIC座，即可看到屏幕顯示：“歡迎”、“welcome”和。當(dāng)然，也可將程序的漢字代碼部分更換為所需要的代碼即可顯示你所需要的漢字或16位的圖形。2.3.4 LED點(diǎn)陣取模軟件說(shuō)明如圖2.10為取模軟件的應(yīng)用設(shè)置和生成的32個(gè)16進(jìn)制數(shù)的數(shù)組，下面是以顯示數(shù)字“1”為例的取模。圖2.10 取模軟件的應(yīng)用設(shè)置、生成、效果圖2.3.5 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)說(shuō)明1、

45、列驅(qū)動(dòng)電路（1）74HC595芯片簡(jiǎn)介集成電路74HC595，它具有一個(gè)8位串行輸入/輸出或者并行輸出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器的和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。圖2.11 74HC595的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)表2.2 74HC595的管腳描述符號(hào)引腳描述Q0Q715,1,7并行數(shù)據(jù)輸出GND8地Q79串行數(shù)據(jù)輸出 MR10主復(fù)位（低電平）SHCP11移位寄存器時(shí)鐘輸入STCP12存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入OE13輸出有效（低電平）DS14串行數(shù)據(jù)輸入VCC 16電源注釋：H=高電平狀態(tài)L=低電平狀態(tài)=上

46、升沿=下降沿Z=高阻NC=無(wú)變化=無(wú)效74HC595的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖2.11所示。它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳SER是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SRCLK是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SER的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在個(gè)移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCLK是輸出鎖存器的輸入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出輸入到輸出鎖存器。引腳是輸出三態(tài)門的開(kāi)放信號(hào)，只有當(dāng)其為低電平時(shí)鎖存器的輸出才開(kāi)放，否則為高阻態(tài)。SRCLR信號(hào)是移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為0，由于SR

47、CLK和RCLK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QAQH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)連應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)連輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)連輸出。表2.3 74HC595的功能表輸入輸出功能SHCPSTCPOEMRDSQ7QnLLLNCMR為低電平時(shí)僅僅影響移位寄存器LLLL空移位寄存器到輸出寄存器HLLZ清空移位寄存器，并行輸出為高阻狀態(tài)LHHQ6NC邏輯高電平移入移位寄存器狀態(tài)0，包含所有的移位寄存器狀態(tài) 移入LHNCQn移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并從并口輸出LH

48、Q6Qn移位寄存器內(nèi)容移入，先前的移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并出（2）列驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成74HC595組成的列驅(qū)動(dòng)器如圖2.12。該圖由兩片74HC595組成16列的驅(qū)動(dòng)，由16個(gè)行驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)16行。第一片列驅(qū)動(dòng)器的SER端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù)，其QH端連接第二片的SER端，采用這樣的方法組成兩片的級(jí)連。兩片相應(yīng)的SRCLK、SRCLR、RCLK端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)、串行數(shù)據(jù)清除信號(hào)和輸出鎖存器輸入信號(hào)。這樣的結(jié)構(gòu)，使得各片串行移位能把16列的顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)的移位寄存器輸出端。移位過(guò)程結(jié)束之后，控制器輸出RCLK打入信號(hào)，16列顯示數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的輸出鎖

49、存器。然后選通相應(yīng)的行，該行的各列就按照要求進(jìn)行顯示。圖2.12 74HC595組成的列驅(qū)動(dòng)器2、行驅(qū)動(dòng)電路（1）74HC154芯片簡(jiǎn)介譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。其功能是將給定的輸入碼組進(jìn)行“翻譯”，變換成對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，對(duì)每一種可能的輸入組合，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出,一個(gè)且僅一個(gè)輸出信號(hào)為有效電位。74HC154為變量譯碼器，也稱二進(jìn)制譯碼器，它是一種四線十六線譯碼器,譯碼的輸入端有4個(gè)，輸出端有16個(gè)，并有兩個(gè)選通端（使能端），它的管腳形式如圖2.13所示，當(dāng)選通端E1、E2均為低電平時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，可將地址輸入端（A0A3）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端

50、以低電平譯出。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。圖2.13 74HC154管腳圖表2.4 74HC154譯碼器的真值表輸入選定輸出G1G2DCBALLLLLLY0LLLLLHY1LLLLHLY2LLLLHHY3LLLHLLY4LLLHLHY5LLLHHLY6LLLHHHY7LLHLLLY8LLHLLHY9LLHLHLY10LLHLHHY11LLHHLLY12LLHHLHY13LLHHHLY14LLHHHHY15XHXXXXNONEHXXXXXNONE說(shuō)明：H高電平；L低電平；X任意。Y0Y15為譯碼輸出端，輸出是低電平有效，即在選通時(shí)，每輸入一個(gè)二進(jìn)制代碼將使對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出端為低

51、電平，而其它輸出端均為高電平的無(wú)效信號(hào)，也可以說(shuō)對(duì)應(yīng)的輸出端被“譯中”。74HC154譯碼器的真值表如表2.4所示。（2）行驅(qū)動(dòng)電路原理圖2.14行驅(qū)動(dòng)電路原理圖行驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。行選通信號(hào)來(lái)源于單片機(jī)按照時(shí)序要求所給出的二進(jìn)制信號(hào)，每次更新行號(hào)（開(kāi)始掃描新的一行）時(shí)，由單片機(jī)輸出4位二進(jìn)制行號(hào)，行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器譯碼后，生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。采用譯碼器的方案，還可以保證同一時(shí)刻只選通一條行線，從而達(dá)到顯示的穩(wěn)定性。行驅(qū)動(dòng)電路原理如圖2.14所示。行選通信號(hào)從74HC154的Y0Y15端輸出，某一端輸出低電平即為有效，而其它端輸出均為高電平的信號(hào)無(wú)效。如Y0

52、端輸出低電平，此信號(hào)傳至相應(yīng)的PNP型三極管Q1，此時(shí)，三極管的基極為低電平，因此，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，三極管導(dǎo)通，其集電極再將高電平加于LED陣列的對(duì)應(yīng)的行上，即將此行選通；而同時(shí)74HC154的其它端輸出高電平而致使該行對(duì)應(yīng)三極管截止，從而所對(duì)應(yīng)LED行線不被選通。行選通按順序從Y0Y15，全部各行都選通一遍之后又從新開(kāi)始，這就是行驅(qū)動(dòng)電路的逐行掃描過(guò)程。行信號(hào)A、B、C、D的順序變化范圍從0000、0001、0010、至l111，來(lái)一個(gè)選通信號(hào)，行信號(hào)順序就變化一次，其頻率由掃描電路決定。由于行驅(qū)動(dòng)電路一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20mA電流計(jì)算，

53、16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，就需要1620=320mA的驅(qū)動(dòng)電流，選用三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可以在邏輯功能和驅(qū)動(dòng)能力上符合了LED的驅(qū)動(dòng)要求。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的程序流程圖系統(tǒng)程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)程序流程圖顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下：刷頻率（幀頻）=1/16T0溢出率=1/16f/12（65536-t） （3.1）其中f位晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移

54、位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開(kāi)顯示。圖3.2為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。詳細(xì)程序見(jiàn)附錄2。圖3.2 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖3.2 主程序1、編程語(yǔ)言現(xiàn)在主要運(yùn)用的單片機(jī)編程語(yǔ)言為匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。兩種語(yǔ)言相比較各有優(yōu)點(diǎn)。匯編語(yǔ)言(AssemblyLanguage)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，匯編語(yǔ)言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植。C語(yǔ)言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)是以括號(hào)而不是子和特殊符號(hào)的語(yǔ)言。C可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲(chǔ)器