基于單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示器設(shè)計(jì)論文

自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程。縱觀20年來(lái)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，與所用控制系統(tǒng)相配合.通常驅(qū)動(dòng)方式是指顯示屏上的“4行、8行、16行”等發(fā)光二極管共用一組列驅(qū)動(dòng)寄存器。通過(guò)行驅(qū)動(dòng)管的分時(shí)工作，使得每行LED的點(diǎn)亮?xí)r間占總時(shí)間的1/x,只要每行的刷新速率大于50Hs,利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)、人們就可以驅(qū)動(dòng)，而以PNP三極管如TIP127等作為行掃描管。2.1單片機(jī)的發(fā)展歷史及其分類資源配置子系列片內(nèi)片內(nèi)定時(shí)器無(wú)51子系列552子系列6強(qiáng)。例如片內(nèi)ROM容量從4KB增加到8KB,片內(nèi)RAM單元數(shù)從128字節(jié)增加到256字節(jié)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的數(shù)目從2個(gè)增加到3個(gè)，中斷源從5個(gè)增加到6個(gè)等。為“E2PROM”或“FlashROM”為：80631、8051、8751和8951。到目前為止，盡管計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)得到了充分的發(fā)展，但計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)能突破有計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓者、數(shù)字家約翰.馮.諾曼最先提出來(lái)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)框架，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。微型機(jī)是這樣，單片機(jī)也不例外。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器3個(gè)16位定可編程I/O頻率基準(zhǔn)源64KB總線擴(kuò)展控制串行口輸出因此我們要從計(jì)算機(jī)五個(gè)基本組成部分的觀點(diǎn)來(lái)理解單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，所不同的只是單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的內(nèi)容，包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入/輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。2.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.片內(nèi)的RAM采用寄存器結(jié)構(gòu)形式，這樣可以提高存取的速度；2.在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上，嚴(yán)格的將程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM在空間上分3.它的引出管腳一般都設(shè)計(jì)成多功能的；4.增加了一個(gè)全雙工的串行接口，以擴(kuò)充I/0口和外接同步輸入和輸出設(shè)5.有21個(gè)特殊功能寄存器；6.有豐富的指令系統(tǒng)，內(nèi)部設(shè)置了可以位尋址的位地址空間。1.中央處理器(CPU)中央處理器簡(jiǎn)稱CPU,是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和MCS-52共有4個(gè)8位的I/0口(P?、P?、P?、P?),以實(shí)現(xiàn)反、等于“0”轉(zhuǎn)移、等于“1”轉(zhuǎn)移且清“0”以及C可尋址位之間的傳送、邏3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)多行(比如16行)的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。具體就32×16點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所 復(fù)輪回。當(dāng)這樣的輪回速度足夠快(每秒24次以上),由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)而不會(huì)影響本行的顯示。圖3-1為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。行驅(qū)動(dòng)器行驅(qū)動(dòng)器3.3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)件原理圖如圖3-2所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)P1口輸出的行號(hào)經(jīng)74LS154譯碼后產(chǎn)生32條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)期間20mA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光，需要320mA電流，選用三極管85503.4主要芯片介紹74LS245內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表3-1 HX隔離狀態(tài) ×:代表忽略工作方式二：管腳E和管腳DIR均為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出方向是由B口流向A符號(hào)最小典型5V5元件運(yùn)行溫度范圍度03.4.24—16線譯碼器功能：1.74154進(jìn)行高速緩存和解碼處理的譯碼器。2.將4位編碼轉(zhuǎn)變?yōu)楸舜嘶コ獾?6位編碼。6.完全適用于絕大多數(shù)的TTL及MSI電路。23456789通過(guò)對(duì)其管腳圖及真值表進(jìn)行觀察不難看出，G1,G2為74LS154的片選端，3-5所示：也就是說(shuō)當(dāng)G1和G2同為低電平時(shí)74154,可以正常工作。除此之外的另外3種情況74154的16位輸出均為高電平。74154的情況下，當(dāng)A,B,C,D輸入都為低電平時(shí)，其16位輸出中0腳的輸出為低電平其他各腳均為高電平，當(dāng)A為低電按此規(guī)律如圖3-4所示，當(dāng)A,B,C,D輸入都為高電平時(shí)，其16位輸出中的15腳輸出為低電平其他各腳均為高電平。利用它的擴(kuò)展功能，能夠解決89C51在本電路中口線不足的難題。74LS154是本電路的重要元器件之一。輸出DCA13579LLLLLLLHHHHHHHHHHHHHHHLLLLLHHLHHHHHHHHHHHHHHLLLLHLHHLHHHHHHHHHHHHHLLLLHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLHLLHHHHLHHHHHHHHHHHLLLHLHHHHHHLHHHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHLHHHHHHHHHLLLHHHHHHHHHHLHHHHHHHHLLHLLLHHHHHHHHLHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHHHHHHLLHLHLHHHHHHHHHHLHHHHHLLHLHHHHHHHHHHHHHLHHHHLLHHLLHHHHHHHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHHHHHHHHHLHHLLHHHLHHHHHHHHHHHHHHLHLLHHHHHHHHHHHHHHHHHHHLLHXX××HHHHHHHHHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHHHHHHHHHHXX×XHHHHHHHHHHHHHHH32×16LED數(shù)碼顯示屏是由8塊8×8LED數(shù)碼管分兩排拼湊而成，數(shù)碼管為共陽(yáng)極，是由64個(gè)發(fā)光二極管組合而成，以4×4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為例，如圖當(dāng)0.1.2.3四列中其中任何一列選通(為低電平)那么那一列所在的四行A.B.C.D如有高電平輸入，它所對(duì)應(yīng)的二可以用單片機(jī)的P1口經(jīng)過(guò)兩個(gè)74LS154擴(kuò)展出32位低電平選通端，再通過(guò)單片機(jī)的P3口輸出高低電平將發(fā)光二極管導(dǎo)通，此時(shí)的反向電流一般小于10UA。小尺寸的LED顯示器每段只其正向壓降約為1.5V。一般最大不大于2V。大尺寸的LED顯示器每段可能由數(shù)片機(jī)，與MCS-51系列完全兼容，有超強(qiáng)的加密功完全用電實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，可保存10年；編程/擦除速度快，全4K字節(jié)編程只需時(shí)3s,擦除時(shí)間約用10ms;AT89系列了實(shí)現(xiàn)在線編程；也可借助電話線AT89S52是一種低功耗、高性能內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲(chǔ)器(FlashMemory)PORTODRIVERSGND-OSCPORT1率1.8KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器(可經(jīng)受1,000次的寫(xiě)入/擦除周期)5.32條可編程I/0線6.3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器7.6個(gè)中斷源兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式——空閑方式(IdleMode)和掉電方式(PowerDownMode)。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口(1)RES復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(2)ALE//PROG當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率(此頻率為振蕩器頻率的1/6)周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)(3)/PSEN程序存儲(chǔ)允許(/PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。(4)/EA/Vpp外部訪問(wèn)允許端。要使CPU只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地1.PO端口(P0.0~P0.7)P出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL輸入，對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，又可在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/2.P1端口(P1.0~P1.7)P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，3.P2端口(P2.0~P2.7)P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX4.P3端口(P3.0~P3.7)P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電常是處于已擦除狀態(tài)(既存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為FFH),隨時(shí)可對(duì)它進(jìn)行編程。編程接口可接收高電壓(12V)或低電壓(Vcc)的允許編程信號(hào)。低電壓編程方式可很方便地對(duì)AT89S52內(nèi)的用戶系統(tǒng)進(jìn)行編程；而高電壓編程端口引腳(串行輸入口)(串行輸出口)(外部中斷0)(外部中斷1)(定時(shí)器0的外部輸入)(定時(shí)器1的外部輸入)(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)在對(duì)Flash編程和程序驗(yàn)證時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。元的地址加在P1端口和P2端口的P2.0~P2.3(11位地址為0000H~OFFFH),數(shù)每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位，加一個(gè)HLLHHHHLHHLHHHHLLHHHHLLHHHHLLHHHHLLHHHHLHHLHHHAT89S52單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫(xiě)周期是否結(jié)束。在一個(gè)寫(xiě)周期期間，如果想讀出最后寫(xiě)入的哪個(gè)字，則讀出數(shù)據(jù)的最高位(P0.7)是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)最高位的反碼。寫(xiě)周期一旦完成后，有效的數(shù)據(jù)圖3-9Flash編程圖3-10程序的校驗(yàn)P2.7tELOv-4軟件設(shè)計(jì)顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其他控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器TO中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置(初始化)、顯示效果處理等工作，由主程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。從有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法(顯示效果處理)和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯示屏程序適宜采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。4.1刷新頻率的計(jì)算及驅(qū)動(dòng)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，以保證顯示屏刷新頻率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新頻率(楨頻)計(jì)算公式如下：刷新率(幀頻)=1/16×TO溢出率=1/16×{f(osc)/[12×(655其中f(osc)為晶振頻率，t0為定時(shí)器T0處值(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