點(diǎn)陣式漢字顯示屏的設(shè)計(jì)與制作

1緒論1.1引言隨著顯示器件與技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，屏幕顯示系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，LED顯示屏是信息顯示的重要傳媒之一。LED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顯示屏幕。LED顯示屏具有穩(wěn)定性高、亮度高、清晰度高、功耗低、壽命長、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，所以一直在平板顯示領(lǐng)域扮演著重要的角色，并且在今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)還有相當(dāng)大的發(fā)展空間。被廣泛應(yīng)用于證券、廣告、新聞發(fā)布、信息傳播等方面，是目前國際上極為先進(jìn)的顯示媒體。現(xiàn)代社會(huì)信息化高速發(fā)展，最具意義的莫過于大屏幕顯示已從公共信息展示等商業(yè)應(yīng)用開始向消費(fèi)類多媒體應(yīng)用滲透。隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)字化的多媒體內(nèi)容將在信息世界中占據(jù)主流，新型的大屏幕顯示設(shè)備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)電視機(jī)成為人們享受生活的主要工具。1.2點(diǎn)陣式LED顯示屏概述

LED

就是Light

Emitting

Diode（發(fā)光二極管）的縮寫。LED電子顯示屏是由幾萬到幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。LED顯示屏是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)屏幕同步的產(chǎn)品。它以其超大畫面、超強(qiáng)視覺、靈活多變的顯式方式等獨(dú)具一格的優(yōu)勢，成為目前國際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。LED顯示屏可分為單色顯示屏、彩色顯示屏和彩色灰度顯示屏。其中單色顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)8×8單色發(fā)光二極管矩陣模塊標(biāo)準(zhǔn)組件，一般為紅色，可實(shí)現(xiàn)各種文字、數(shù)據(jù)及兩維圖形。缺點(diǎn)是色彩單調(diào)。彩色顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)8×8雙基發(fā)光二極管矩陣模塊，每一像素內(nèi)有紅、綠兩個(gè)發(fā)光二極管，可發(fā)出紅、綠、黃三種顏色。還可以和各種數(shù)據(jù)設(shè)備連接，實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和廣告，具有較好的信息顯示效果，是目前使用較為廣泛的LED顯示屏。彩色顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)8×8雙基發(fā)光二極管矩陣模塊，彩色灰度屏層次豐富，表現(xiàn)力極佳，可以顯示照片、三維圖形、動(dòng)畫、圖像及視頻等內(nèi)容，表現(xiàn)效果細(xì)膩豐富、逼真感人。1.2.1LED顯示屏控制技術(shù)現(xiàn)狀

早期因LED材料的限制，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通信控制方式，客觀上影響了顯示效果。所以導(dǎo)致早期的LED顯示屏在國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通信控制，灰度等級(jí)為單點(diǎn)四級(jí)調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。后來LED顯示屏迅速發(fā)展，進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方面不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色LED鏡片研制成功，全彩色LED顯示屏進(jìn)入市場;電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果大大提高。這個(gè)階段，LED顯示屏在我國發(fā)展迅速，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。今天，LED顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。1.2.2LED顯示屏的特點(diǎn)1.在局部設(shè)計(jì)上采用模塊化電路設(shè)計(jì)按功能分成不同的模塊，每個(gè)模塊之間只需要極少的聯(lián)系，極大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。調(diào)試、維護(hù)難度大大降低。2.先進(jìn)的分布式掃描技術(shù)顯示部分的掃描采用掃描控制技術(shù)，顯示部分被分成不同的單元，獨(dú)立進(jìn)行掃描。每個(gè)單元間的信號(hào)采用信號(hào)鎖存技術(shù)進(jìn)行同步控制，顯示的穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。3.可視性好采用高性能LED驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成的顯示屏具有高亮度、色彩鮮艷、視角大，壽命長(不少于50,000小時(shí))，穩(wěn)定性高，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)4.易于安裝采用顯示單元板或顯示單元箱體，可根據(jù)用戶要求和應(yīng)用場所要求任意組裝成所需要的顯示屏尺寸，如果要擴(kuò)大或縮小系統(tǒng)規(guī)模，只須按需要在系統(tǒng)中增加新單元，或拆去某個(gè)單元，系統(tǒng)完整性不會(huì)受到多少影響，便于安裝和維護(hù)。1.2.3LED的作用及市場前景1起到商品宣傳，吸引顧客的作用。2起到店面裝飾，提高企業(yè)檔次的作用。3起到照明，標(biāo)新立異的作用。4起到普及知識(shí)的作用。5起到烘托氣氛的作用。通過顯示屏幕可播放上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及各種貴賓蒞臨參觀、指導(dǎo)的歡迎詞，各種重大節(jié)日的慶祝詞等綜上所述

，LED顯示技術(shù)作為一種電子信息顯示技術(shù)，相信隨著各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED顯示系統(tǒng)以其優(yōu)異的性能將會(huì)有更為廣闊的發(fā)展前景。1.3設(shè)計(jì)目標(biāo)畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生正確的思想和工作作風(fēng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和分析解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到工程技術(shù)人員所必須具備的基本素質(zhì)等方面具有重要的意義。本設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)，微機(jī)原理，模擬電子技術(shù)和數(shù)子電子技術(shù)。通過本設(shè)計(jì)不僅把以前學(xué)過的知識(shí)重新溫習(xí)，而且在查閱課外資料時(shí)還有好多芯片都是以學(xué)過的芯片為基礎(chǔ)，并且在其基礎(chǔ)上改進(jìn)和完善。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在學(xué)校學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來，同時(shí)也能培養(yǎng)我獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和鉆研精神，為我將要踏上工作崗位做一次提前的鍛煉。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4個(gè)16ｘ16的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，要求在目測條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。

2.2

系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)過程

從理論上說，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)所在的位置相對(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。16ｘ16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，16ｘ16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16ｘ16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)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點(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）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就16ｘ16的點(diǎn)陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），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1行使其燃亮一定時(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2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)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?shù)膯栴}。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)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉牟捎么袀鬏數(shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，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)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長，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，以致影響到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)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來說，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)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。2.2顯示部分方案的選擇顯示部分是本次設(shè)計(jì)最核心的部分，本設(shè)計(jì)的16*16LED點(diǎn)陣顯示屏通過四個(gè)8*8LED點(diǎn)陣顯示屏擴(kuò)展而成。對(duì)于8*8

LED點(diǎn)陣顯示有以下兩種方案：靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個(gè)二極管的狀態(tài)分別用0

和1

表示,若為0

,則表示LED

無電流,即暗狀態(tài);若為1

則表示二極管被點(diǎn)亮。若給每一個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路,一幅畫面輸入以后,所LED的狀態(tài)保持到下一幅畫。對(duì)于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)一幅畫面進(jìn)行分割,對(duì)組成畫面的各部分分別顯示,是動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式,

復(fù)用的程度不是無限增加的,

因?yàn)槔脛?dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長短,

發(fā)光的亮度等因素。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),

當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率)

為50Hz,

發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)間≥1m

s

時(shí),

顯示亮度較好,

無閃爍感。由于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。而動(dòng)態(tài)顯示可以避免靜態(tài)顯示的問題，只是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。且動(dòng)態(tài)顯示易于制作和理解，又能鞏固所學(xué)知識(shí)，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，所以我采用動(dòng)態(tài)顯示。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)硬件電路主要由LED顯示屏、單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路四部分組成。3.1單片機(jī)的選型

該控制系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.1.2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS

8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k

bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256

bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。

AT89C51有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。

P0口：P0口是一組8

位漏極開路型雙向I/O

口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0

寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8

位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。

在Flash

編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。

P1口：P1

是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8

位雙向I/O

口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。

p2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8

位雙向I/O

口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL

邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX

@DPTR

指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX

@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。

Flash

編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。

P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8

位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3

口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。

P3

口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：P3.0

RXD（串行輸入口）

P3.1

TXD（串行輸出口）P3.2

/INT0（外部中斷0）

P3.3

/INT1（外部中斷1）

P3.4

T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5

T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）

P3.7

/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）主要管腳有：XTAL1（19

腳）和XTAL2（18

腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz

晶振。RST/Vpd（9

腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40

腳）和VSS（20

腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3

為可編程通用I/O

腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0

端口（32~39

腳）被定義為N1

功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13

腳定義為IR輸入端，10

腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12

腳、27

腳及28

腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU

的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。AT89C51單片機(jī)其主要工作特性是：

片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為1000次；

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；

具有32根可編程I/O口線；具有3個(gè)可編程定時(shí)器；

中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口;具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；

低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式;具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；

AT89C51工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V;AT89C51最高工作頻率為24MHz。單片機(jī)引腳如3-1圖所示圖3-13.2行驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)P3口低4位輸出的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74HC154譯碼后生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。為節(jié)省I/O口資源，方便于擴(kuò)展，行驅(qū)動(dòng)電路采用串口輸入。本設(shè)計(jì)電路中行方向由兩片74HC595完成掃描，它由AT89C51的P3.0P3.3控制，將LED點(diǎn)陣的16條行線與兩片74HC595的并行輸出端之間通過4.7kΩ的電阻連接。74HC595是一款低噪聲、低功耗、高速的COMS移位寄存器，能夠驅(qū)動(dòng)15個(gè)TTL的負(fù)載。該器件包含一個(gè)8位串行輸入，并行輸出的移位寄存器及帶有三態(tài)輸出控制的8位D型存儲(chǔ)器。移位寄存器和存儲(chǔ)器分別由獨(dú)立的時(shí)鐘提供信號(hào)。移位寄存器內(nèi)置直接清零，串行輸入和用于級(jí)聯(lián)的串行輸出功能。時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)移位寄存器和存儲(chǔ)器。如果同一個(gè)時(shí)鐘提供信號(hào)，則移位寄存器的狀態(tài)必須比存儲(chǔ)器提前一個(gè)脈沖信號(hào)。74HC595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用處，數(shù)碼管顯示不會(huì)產(chǎn)生閃爍感。74HC595有很多功能，在點(diǎn)陣顯示中用到的串行輸入并行輸出是其中的一個(gè)功能，是通過寄存器選擇的。對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示，行掃描主要處理字模，需要把整個(gè)字的字模都打入到74HC595芯片，通過74HC595來處理，通過子模各個(gè)位的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)要顯示的字。在LED點(diǎn)陣顯示屏中，74HC595

的主要作用應(yīng)該為 1驅(qū)動(dòng)，CMOS的74HC595

驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示屏沒有問題。2串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出，非常節(jié)約資源，從而可以降低對(duì)處理器的I/O資源的需求量。3具有三態(tài)輸出鎖存。4多個(gè)級(jí)聯(lián)，可以很方便的用于更大的LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)。74HC595的引腳如3-2圖所示圖3-2其引腳功能為:Q1～Q7:

八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的8個(gè)段。Q7':

級(jí)聯(lián)輸出端，它可接下一個(gè)595的SI端。MR：主復(fù)位端，低電平有效位端，低點(diǎn)平時(shí)將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。SHCP：移位寄存器時(shí)鐘輸入，上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。STCP：存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入，上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。通常將RCK置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，更新顯示數(shù)據(jù)。OE：低電平時(shí)輸出，高電平時(shí)禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個(gè)引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時(shí)省力。DS：串行數(shù)據(jù)輸入。SI:

串行數(shù)據(jù)輸入端。Q0：鎖存器輸出端。VCC：接電源GND：接地。74HC595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SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK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SI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)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于SCK和RCK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QA～QH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因?yàn)镼H受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出QH，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。其與單片機(jī)的連接簡單方便，只需三個(gè)I/O口即可。芯片的輸出端最高位QHT可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出，然而，QHT受輸出鎖存器輸入控制，所以74HC595還從輸出鎖存器前引出QHT，通過芯片的QHT引腳和SI引腳，可以實(shí)現(xiàn)完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。3.3列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

列驅(qū)動(dòng)電路的選擇如果采取并口輸入，會(huì)占用大量I/O口資源。而選取串口輸入，I/O口資源使用較少。所以我選用串口輸入。本設(shè)計(jì)中列方向由4—16譯碼器74HC154完成掃描，它由AT89C51的P1.0P1.3控制。74HC154是一種單片4

線—16

線譯碼器，非常適合用于高性能存儲(chǔ)器的譯碼器。只要控制端/E1、/E2任意一個(gè)為高電平，A、B、C、D任意電平輸入都無效。/E1、/E2必須都為低電平才能操作芯片。當(dāng)兩個(gè)選通輸入/E1

和/E2

為低時(shí),

它可將4

個(gè)二進(jìn)制編碼的輸入譯成16

個(gè)互相獨(dú)立的輸出之一。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用4

個(gè)輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個(gè)選通輸入為低時(shí)數(shù)據(jù)通過另一個(gè)選通輸入。當(dāng)任何一個(gè)選通輸入是高時(shí)，所有為高。74HC154的引腳如3-3圖所示。圖3-374HC154引腳說明：/Y0-/Y15：輸出端。

GND：接地。/E1，/E2：使能輸入端，低電平有效。AO-A3：地址輸入端。

VCC：接電源。74HC154

是4線-16線譯碼器/解調(diào)器，其功能為1將4個(gè)二進(jìn)制編碼輸入譯成16個(gè)彼此獨(dú)立的輸出之一。2將數(shù)據(jù)從一個(gè)輸入線分配到16個(gè)輸出的任意一個(gè)而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。3輸入箝位二極管簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4與大部分TTL和DTL電路完全兼容。將LED像素模塊按照實(shí)際需要大小拼裝排列成矩陣，配以專用顯示驅(qū)動(dòng)電路，直流穩(wěn)壓電源，軟件，框架以及外裝飾燈，即構(gòu)成一臺(tái)LED顯示屏，用來顯示文字、圖形、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像等各種信息的顯示屏幕。3.4LED顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)及工作原理

LED顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個(gè)發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來，二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的LED點(diǎn)陣模塊。這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時(shí)只需更換一個(gè)二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個(gè)LED出現(xiàn)問題時(shí)同在一個(gè)模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示屏。

16×16點(diǎn)陣LED顯示屏由256個(gè)LED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)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮。系統(tǒng)電路如圖所示3-4。

圖3-44系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)LED顯示屏軟件的主要功能是向屏幕提供顯示數(shù)據(jù)，產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)要求來顯示。

軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、顯示子程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序。主程序?yàn)轫樞蚪Y(jié)構(gòu)，完成堆棧、中斷、串口的初始化設(shè)置后，調(diào)用顯示子程序，黑屏顯示準(zhǔn)備以及逐排顯示；顯示子程序通過定時(shí)器T0產(chǎn)生中斷；中斷服務(wù)程序接收顯示子程序的中斷請(qǐng)求，從文字表查表取出自摸，送出列掃描信號(hào)至74LS154，并通過74LS154配合行掃描信號(hào)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。程序各部分的功能由各個(gè)模塊分別實(shí)現(xiàn)]。主程序流程圖如圖所示LED點(diǎn)陣主程序,該程序能夠用來實(shí)現(xiàn)“萬方科技學(xué)院”等漢字的顯示。D100MS:

MOV

R3,#250

；延時(shí)100毫秒DJNZ

R3,$

DJNZ

R2,D100MS

MOV

20H,#00H

；取碼指針的初值l100:MOV

R1,#100

；每個(gè)字的停留時(shí)間

L16:

MOV

R6,#16

；每個(gè)字16個(gè)碼

MOV

R4,#00H

；掃描指針清零

MOV

R0,20H

；取碼指針存入R0

L3:

MOV

A,R4

；掃描指針存入A

MOV

P1,A

；掃描輸出INC

R4

；掃描指針加1，掃描下一個(gè)

MOV

A,R0

；

取碼指針存入A

MOV

DPTR,#TABLE

；取數(shù)據(jù)表的上半部分的代碼

MOVC

A,@A+DPTR

MOV

P0,A

；

輸出到P0

INC

R0

；取碼指針加1，取下一個(gè)碼。MOV

A,R0MOV

DPTR,#TABLE

；取數(shù)據(jù)表下半部份的代碼MOVC

A,@A+DPTRMOV

P2,A

；輸出到P2口INC

R0

MOV

R3,#02

；掃描1毫秒

DELAY2:

MOV

R5,#248

；

DJNZ

R5,$

DJNZ

R3,DELAY2MOV

A,#00H

；清除屏幕

ANL

P2,#00HDJNZ

R6,L3

；一個(gè)字16個(gè)碼是否完成？DJNZ

R1,L16

；每個(gè)字的停留時(shí)間是否到了？MOV

20H,R0

；取碼指針存入20HCJNE

R0,#0FFH,L100

；8個(gè)字256個(gè)碼是否完成？JMP

LOOP

；反復(fù)循環(huán)

TABLE

:

漢字“萬”的代碼

(16x16,V)0x80,0x00,

0x40,0x03,

0x60,0x06,

0x50,0x0C,0x48,0x38,

0x45,0xD0,

0x7E,0x20,

0x45,0x40,0x44,0x84,

0x45,0x46,

0x46,0x24,

0x4F,0xF8,0x4C,0x08,

0x50,0x04,

0x60,0x02,

0x40,0x01,(16x16,H)

0x80,0x00,

0x7F,0xFF,

0x22,0x02,

0x12,0x04,0x0A,0x18,

0x07,0xF8,

0x02,0x30,

0x05,0x50,

0x04,0x90,

0x05,0x50,

0x0A,0x30,

0x0C,0x10,0x18,0x18,

0x30,0xE4,

0x60,0x42,

0x40,0x01,

漢字“方”的代碼

方(16x16,V)0x90,0x02,

0x50,0x03,

0x30,0x06,

0x10,0x0C,

0x18,0x38,

0x14,0xD0,

0x9F,0x20,

0x53,0x40,

0x32,0x84,

0x13,0x42,

0x12,0x22,

0x17,0xFC,

0x18,0x08,

0x10,0x04,

0x30,0x02,

0x40,0x01,

(16x16,H)

0x82,0x00,

0x41,0x01,

0x20,0x82,

0xFF,0xFE,

0x0A,0x08,

0x06,0x10,

0x03,0xF0,

0x03,0x50,

0x04,0x90,

0x05,0x50,

0x0A,0x30,

0x0C,0x10,

0x18,0x18,

0x30,0x94,

0xE0,0x62,

0x40,0x01,

漢字“科”的代碼

(16x16,V)0x88,0x20,

0x48,0x41,

0x69,0x82,

0x5E,0x04,

0x7F,0xFF,

0x8E,0x10,

0x8B,0x20,

0x01,0x60,

0x44,0xA0,

0x33,0x40,

0x02,0x60,

0x04,0x50,

0xFF,0xFF,

0x10,0x84,

0x20,0x82,

0x40,0x01,(16x16,H)

0x86,0x08,

0x78,0x89,

0x28,0x4A,

0x18,0x4C,

0xFE,0x08,

0x1C,0x98,

0x1E,0x68,

0x2B,0x48,

0x28,0x8E,

0x49,0x78,

0x8B,0xA8,

0x0C,0x18,

0x08,0x08,

0x18,0x0C,

0x28,0x0A,

0x48,0x09,

漢字“技”的代碼

(16x16,V)0x90,0x80,

0x50,0x83,

0x31,0x03,

0xFF,0xFE,

0x1A,0x08,

0x14,0x12,

0x02,0x22,

0x13,0x44,

0x12,0xC8,

0x13,0x70,

0xFE,0x30,

0x16,0x58,

0x1B,0x8C,

0x12,0x06,

0x30,0x06,

0x40,0x01,

(16x16,H)

0x90,0x20,

0x50,0x21,

0x30,0x22,

0xFD,0xFE,0x18,0x28,

0x14,0x30,

0x1B,0xFC,

0x31,0x48,

0xD0,0x88,

0x11,0xD0,

0x12,0x60,

0x14,0x70,

0x18,0x98,

0x11,0x0E,

0x76,0x06,

0x60,0x01

漢字“學(xué)”的代碼

(16x16,V)0x82,0x00,

0x4C,0x41,

0x28,0x42,

0x58,0x44,

0x3A,0x48,

0x2E,0x50,

0x0A,0x62,

0x8B,0x41,

0x7A,0xFE,

0x2B,0x40,

0x0A,0x60,

0x1C,0x50,

0xEA,0x48,

0x5C,0x44,

0x28,0x42,

0x40,0x01,

(16x16,H)

0x81,0x08,

0x50,0x8D,

0x2C,0xCA,

0x18,0x94,

0x7F,0xFE,

0x44,0x14,

0x8F,0xE8,

0x01,0x40,

0x00,0x80,

0x7F,0xFE,

0x02,0xA0,

0x04,0x90,

0x08,0x88,

0x10,0x84,

0x22,0x82,

0x41,0x01,

漢字“院”的代碼

(16x16,V)0xFF,0xFF,

0x40,0x01,

0x6C,0x42,

0x52,0x24,

0x69,0xC9,

0x34,0x92,

0x26,0xAC,

0x25,0xF0,

0xA4,0x80,

0x65,0xC0,

0x26,0xFE,

0x24,0x91,

0x2C,0x89,

0x30,0x85,

0x20,0x8F,

0x40,0x01,

(16x16,H)

0x80,0x80,

0xF8,0x41,

0xAF,0xFE,

0x94,0x04,

0xA8,0x08,

0xA7,0xF8,

0x92,0x20,

0x89,0x40,

0x8F,0xFE,

0xA9,0x60,

0x93,0x20,

0x85,0x30,

0x8A,0x2A,

0x92,0x26,

0xA4,0x22,

0xC8,0x1F,4.2子程序設(shè)計(jì)延時(shí)子程序,協(xié)調(diào)字符顯示速度：DELAY:

MOV

R7,#1H

DL1:

MOV

R6,#00H

DL2:

DJNZ

R6,DL2DJNZ

R7,DL1RET

LED

點(diǎn)陣顯示子程序：CSLED

EQU

8000H

CSR1

EQU

CSLED

行1

273CSC1

EQU

CSLED+2H

列1

374

CSC2

EQU

CSLED+3H

列2

374ORG

0000H

MOV

SP,#60HINIT:

MOV

A,#0H

關(guān)閉行MOV

DPTR,#CSR1MOVX

@DPTR,AMOV

DPTR,#CSR2

MOVX

@DPTR,A

MOV

A,#0FFH

關(guān)閉列MOV

DPTR,#CSC1

MOVX

@DPTR,AMOV

DPTR,#CSC2

MOVX

@DPTR,A

D:

MOV

R5,#00H

MOV

R4,#01H

每次為單行掃描DISP:MOV

A,R5

MOV

DPTR,#ASCE

此處設(shè)定所要顯示的字符MOVC

A,@A+DPTRCPL

ACC

代碼取反,決定顯示的陰陽

MOV

DPTR,#CSC2MOVX

@DPTR,A

MOV

DPTR,#CSR1MOV

A,R4

MOVX

@DPTR,A