單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示屏

單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示屏——興趣小組活動(dòng)第2次

閆曉東yxdheut@163.com主要內(nèi)容——硬件相關(guān)LED與LED點(diǎn)陣顯示LED電路設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)顯示的考慮電源設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)功能設(shè)置相關(guān)LED與LED點(diǎn)陣顯示發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：

R＝（E－UF）／IF

式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)按電源正極。

發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很小（有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0～9十個(gè)數(shù)目字。按其封裝結(jié)構(gòu)，封裝外形，管體顏色分為不同種類。LED工作時(shí)應(yīng)合理選定LED的工作電流，LED的正向極限電流IFm多在50mA左右。實(shí)踐驗(yàn)證，LED的發(fā)光強(qiáng)度僅在一定范圍內(nèi)與IF成正比，當(dāng)IF＞20mA時(shí)，亮度的增強(qiáng)已無法用肉眼分辨，實(shí)際亮度已經(jīng)沒有增加了。因此，LED的工作電流一般選在10~20mA較為合理。（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，LED發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環(huán)境topm:LED發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，LED發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.5～2V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。

LED點(diǎn)陣點(diǎn)陣屏原理1．點(diǎn)陣原理

點(diǎn)陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如上，8X8點(diǎn)陣共由64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；如要將第一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)亮，則9腳接高電平13腳接低電平，則第一個(gè)點(diǎn)就亮了；如果要將第一行點(diǎn)亮，則第9腳要接高電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）這些引腳接低電平，那么第一行就會(huì)點(diǎn)亮；如要將第一列點(diǎn)亮，則第13腳接低電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高電平，那么第一列就會(huì)點(diǎn)亮。

一般我們使用點(diǎn)陣顯示漢字是用的16*16的點(diǎn)陣宋體字庫，所謂16*16，是每一個(gè)漢字在縱、橫各16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。也就是說得用四個(gè)8*8點(diǎn)陣組合成一個(gè)16*16的點(diǎn)陣。如下圖所示，要顯示“你”則相應(yīng)的點(diǎn)就要點(diǎn)亮，由于我們的點(diǎn)陣在列線上是低電平有效，而在行線上是高電平有效，所以要顯示“你”字的話，它的位代碼信息要取反，即所有列（13~16腳）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第一行（9腳）送1信號(hào)，然后第一行送0；再送第二行要顯示的數(shù)據(jù)（13~16腳）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第二行（14腳）送1信號(hào)。依此類推，只要每行數(shù)據(jù)顯示時(shí)間間隔夠短，利用人眼的視覺暫停作用，這樣送16次數(shù)據(jù)掃描完16行后就會(huì)看到一個(gè)“你”字；第二種種送數(shù)數(shù)據(jù)的的方法法是字字模信信號(hào)送送到行行線上上再掃掃描列列線也也是同同樣的的道理理。同同樣以以“你你”字字來說說明，，16行（（9、、14、8、12、、1、、7、、2、、5））上送送（0000000000000000，，0x00，0x00））而第第一列列（13腳腳）送送、““0””。同同理掃掃描第第二列列。當(dāng)當(dāng)行線線上送送了16次次數(shù)據(jù)據(jù)而列列線掃掃描了了16次后后一個(gè)個(gè)“你你”字字也就就顯示示出來來了。。LED點(diǎn)陣陣電路路設(shè)計(jì)計(jì)以掃描描行線線，列列線輸輸入數(shù)數(shù)據(jù)，，需要要引腳腳眾多多，所所以采采用移移位寄寄存器器74HC595。。164。。（也也可用用譯碼碼器））16*16點(diǎn)陣陣，由由4個(gè)個(gè)8*8點(diǎn)點(diǎn)陣組組成，，行相相連。。發(fā)光二二極管管的限限流電電阻。。行驅(qū)動(dòng)動(dòng)能力力問題題。達(dá)達(dá)林頓頓管4148、、4007、3904、、3906、8050、、8550、9012、、9013等，，驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯芯片74HC245,74HC574。引腳不不足，，可加加譯碼碼器。。3-8，，4-16。也也可加加鎖存存器。。移位鎖鎖存器器74ls595原原理74ls595為8位位輸出出鎖存存移位位寄存存器RESET:復(fù)復(fù)位位信號(hào)號(hào)shitfclock：：移位位時(shí)鐘鐘serialdatainput:串行行數(shù)據(jù)據(jù)輸入入outputenable：：輸出出使能能latchclock：：鎖存存時(shí)鐘鐘595有有3層層結(jié)構(gòu)構(gòu)：第第一層層為移移位D觸發(fā)發(fā)器；；第第二二層為為鎖存存D觸觸發(fā)器器；第第三層層為輸輸出3態(tài)門門；當(dāng)當(dāng)復(fù)位位信號(hào)號(hào)為0時(shí)，，移位位D觸觸發(fā)器器清0；當(dāng)當(dāng)移位位脈沖沖從L->H時(shí)時(shí)，第第一個(gè)個(gè)移位位D觸觸發(fā)器器的Q=D；其其它的的Qn=Qn-1；；當(dāng)當(dāng)鎖鎖存脈脈沖從從0->1時(shí)，，第二二層為為鎖存存D觸觸發(fā)器器的輸輸出=/輸輸入；；當(dāng)當(dāng)OE=1時(shí)時(shí)，595的輸輸出為為高阻阻態(tài)；；當(dāng)當(dāng)OE=0時(shí)時(shí)，595的輸輸出為為第二二層為為鎖存存D觸觸發(fā)器器的輸輸出的的反相相；74595的數(shù)數(shù)據(jù)端：：QA--QH:八位位并行輸輸出端，，可以接接點(diǎn)陣的的8列。。QH':級(jí)聯(lián)聯(lián)輸出端端。將它它接下一一個(gè)595的SI端。。SI:串串行數(shù)數(shù)據(jù)輸入入端。74595的控控制端說說明：/SCLR(10腳):低電電平時(shí)將將移位寄寄存器的的數(shù)據(jù)清清零。通通常將它它接Vcc。SCK(11腳)：上升升沿時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)寄存存器的數(shù)數(shù)據(jù)移位位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降降沿移位位寄存器器數(shù)據(jù)不不變。（（脈沖寬寬度：5V時(shí)，，大于幾幾十納秒秒就行了了。通常常都選微微秒級(jí)））RCK(12腳腳)：上上升沿時(shí)時(shí)移位寄寄存器的的數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)入數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)寄寄存器，，下降沿沿時(shí)存儲(chǔ)儲(chǔ)寄存器器數(shù)據(jù)不不變。通通常將RCK置置為低電電平，當(dāng)當(dāng)移位結(jié)結(jié)束后，，在RCK端產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)正脈沖沖（5V時(shí)，大大于幾十十納秒就就行了。。通常都都選微秒秒級(jí)），，更新顯顯示數(shù)據(jù)據(jù)。/G(13腳腳):高高電平平時(shí)禁止止輸出（（高阻態(tài)態(tài)）。如如果單片片機(jī)的引引腳不緊緊張，用用一個(gè)引引腳控制制它，可可以方便便地產(chǎn)生生閃爍和和熄滅效效果。比比通過數(shù)數(shù)據(jù)端移移位控制制要省時(shí)時(shí)省力。。注注：74164和74595功能相相仿，都都是8位位串行輸輸入轉(zhuǎn)并并行輸出出移位寄寄存器。。74164的的驅(qū)動(dòng)電電流(25mA)比74595(35mA)的要要小,14腳封封裝，體體積也小小一些。。74595的主主要優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是具有有數(shù)據(jù)存存儲(chǔ)寄存存器，在在移位的的過程中中，輸出出端的數(shù)數(shù)據(jù)可以以保持不不變。這這在串行行速度慢慢的場(chǎng)合合很有用用處，數(shù)數(shù)碼管沒沒有閃爍爍感。與與164只只有數(shù)據(jù)據(jù)清零端端相比，，595還多有有輸出端端時(shí)能/禁止控控制端，，可以使使輸出為為高阻態(tài)態(tài)。動(dòng)態(tài)顯示示的考慮慮采用行掃掃描、列列施加數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)號(hào)的基本本驅(qū)動(dòng)方方法。任任意時(shí)間間只有一一行施加加高壓有有效信號(hào)號(hào)，其余余各行均均為低壓壓信號(hào)。。列施加加對(duì)應(yīng)該該行的數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)號(hào)，低壓壓有效。。以8x8LED點(diǎn)陣陣列顯示示器為例例說明字字符顯示示原理，，8行順順序掃描描結(jié)束后后，將完完成一幀幀字符的的顯示。。一幀掃掃描結(jié)束束后，行行掃描從從第一行行重新開開始，周周而復(fù)始始。若列列數(shù)據(jù)保保持不變變，則顯顯示靜態(tài)態(tài)字符。。反之，，列數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)生變變化，則則顯示內(nèi)內(nèi)容將發(fā)發(fā)生變化化，如果果保持前前后幀內(nèi)內(nèi)容的連連貫性，，就可以以顯示動(dòng)動(dòng)態(tài)字符符。由硬件決決定，主主要以軟軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電源設(shè)計(jì)計(jì)總電流計(jì)計(jì)算基本穩(wěn)壓壓電源電電路：變變壓，整整流，濾濾波，穩(wěn)穩(wěn)壓。所用器件件選型。。單片機(jī)最最小系統(tǒng)統(tǒng)電源晶振復(fù)位：上上電，按按鍵引腳資源源分配。。選型，參參數(shù)匹配配。功能設(shè)置置相關(guān)顯示漢字字個(gè)數(shù)，，4個(gè)串行口，，RS232與與上位機(jī)機(jī)通訊。。功能按鍵鍵，輸入入信息。。電源指示示。