【正文】 點陣字符顯示電路 ” ，本課題的實現(xiàn)主要有兩種方案。 方案一：由數(shù)字電路來實現(xiàn)，由移位寄存器與鎖存器對字符數(shù)據(jù)進行存儲，然后并行輸入到顯示屏，來實現(xiàn)漢字的顯示。 方案二：由單片機編程控制來實現(xiàn)，方案利用單片機控制鎖存器和譯碼器，由鎖存器和譯碼器送出行選和列選來控制 LED 屏的亮滅，從而顯示漢字。 方案論證：不難看出，選用數(shù)字電路來實現(xiàn)比較復(fù)雜。因為用數(shù)字電路實現(xiàn)必須要有移位寄存器與鎖存器對字符數(shù)據(jù)進行存儲，然后并行輸入到顯示屏，不但如此，而且需要很大一部分的擴展電路才能實現(xiàn)。用數(shù)字電路實現(xiàn)不但大大提高成本，而且設(shè)計出的電路的靈活性差、不易調(diào)試、成本高等缺點。方 案二不僅能夠改進方案一設(shè)計的不靈活，還可進行擴展。通過比較，從設(shè)計方案的優(yōu)點及所設(shè)計的方便實用性，選擇第二種設(shè)計方案。 本文是基于單片機來實現(xiàn)的。 由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因而在國民經(jīng)濟建設(shè)、軍事及家用電器等不同領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用。 用單片機匯編語言編程，來控制 16*16 LED 點陣塊進行顯示相應(yīng)的漢字、圖形、圖像等。使用匯編來開發(fā)系統(tǒng)會更加方便快捷。一方面不會降低對硬件的控制能力，另一方面也不會使代碼長度增加多少。如果運用的好的話，就能夠開發(fā)出非常高 效的系統(tǒng)。并且非常易于維護。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 4 第三章 硬件設(shè)計 設(shè)計框圖及介紹 LED 點陣總體框圖如圖 所示，點陣電路大體上可以分成微機本身的硬件、顯示驅(qū)動電路、控制信號電路三部分?？刂齐娐凡糠职ㄒ粋€ 51CUP 和一些外圍電路。在整個電路當(dāng)中此控制電路部分相當(dāng)于一個上位機，它負責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、與 PC機的串行通訊、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。點陣顯示屏體、以及它的行和列的各個驅(qū)動電路。由于兩部分的電路在制板時可以放到一起，所以可以將其字庫放到控制電路部分使用串行通訊方式來與屏體電 路部分進行數(shù)據(jù)和命令的傳送。 此顯示電路采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。由行譯碼器給出的行選通信號，從第一行開始，按順序依次對各行進行掃描 (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，就在該行該列點燃相應(yīng)的 LED；未接通的列所對應(yīng)的 LED 熄滅。 圖 點陣顯示的總體框圖 51 系列單片機簡介 單片機（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機 ，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 5 8051 單片機的基本結(jié)構(gòu)見圖 。 圖 8051 單片機的基本結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機的一個產(chǎn)品。 MCS51 系列單片機是 Intel 公司推出的通用型單片機， 8051 單片機系列指的是MCS51 系列和其他公司的 8051 衍生產(chǎn)品。這些衍生品是在基本型基礎(chǔ)上增強了各種功能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品給 8位單片機注入了新的活力，給它的開發(fā)應(yīng)用開拓了更廣泛的前景。 8051 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為 CPU、存儲器、并行口、串行口、定時器 /計數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 （ 1）中央處理器 8051 的中央處理器由運算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器（ SFR）。 算術(shù)邏輯單元 ALU 能對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術(shù)運算；“與”、“或”、“異或”等邏輯運算以及位操作運算。 ALU 只能進行運算，運算的操作數(shù)可以事先存放到累加器 ACC或寄存器 TMP 中，運算結(jié)果可以送回 ACC 或通用寄存器或存儲單元中，累加器 ACC 也可以寫為 A。 B寄存器在乘法指令中用來存放一個乘數(shù)，在除法指令中用來存放除數(shù)，運算后 B中為部分運算結(jié)果。 程序狀態(tài)字 PSW 是個 8 位寄存器，用來寄存本次運算的特征信息，用到其中七位。 PSW 的格式如下所示，其各位的含義是： 廣告燈自動控制系統(tǒng) 6 CY：進位標(biāo)志。有進位 /錯位時 CY=1，否則 CY=0。 AC：半進位標(biāo)志。當(dāng) D3位向 D4位產(chǎn)生進位 /錯位時， AC=1，否則 AC=0，常用于十進制調(diào)整運算中。 F0：用戶可設(shè)定的標(biāo)志位，可置位 /復(fù)位，也可供測試。 RS RS0：四個通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 0~3 寄存器組。 OV：溢出標(biāo)志。當(dāng)帶符號數(shù)運算結(jié)果超出 128~+127 范圍時OV=1，否則 OV=0。當(dāng)無符號 數(shù)乘法結(jié)果超過 255 時，或當(dāng)無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0 時 OV=1，否則 OV=0。 P：奇偶校驗標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，否則 P=0，即偶校驗方式。 控制邏輯主要包括定時和控制邏輯、指令寄存器 、譯碼器以及地址指針 DPTR 和程序寄存器 PC等。 單片機是程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。 8051 的控制器在單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各 功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3 口的某些端子合用，如 WR 和 RD 就是 和 ，他們的具體功能在介紹 8051 引腳是一起敘述。 （ 2）存儲器組織 8051 單片機的存儲器結(jié)構(gòu)特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的尋址機構(gòu)和尋址方式，這種結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu)單片機。這種結(jié)構(gòu)與通用微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM 或 RAM，訪存時用同一種指令，這 種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。 8051 單片機在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 8051 片內(nèi)有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片外擴展 RAM 和 ROM，并且各有 64KB 的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴展 2*64KB 存儲器。 8051 的存儲器組織結(jié)構(gòu)如圖 所示。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 7 圖 8051 存儲器組織結(jié)構(gòu) 64K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K字節(jié)地址區(qū)對于片內(nèi) ROM 和片外 ROM 是公用的，這 4K 字節(jié)地址是 0000H~FFFH。而 1000H~FFFFH 地址區(qū)為外部 ROM 專用。 CPU 的控制器專門提供一個控制信號 EA用來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當(dāng) EA 接高電平時，單片機從片內(nèi) ROM 的 4K 字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當(dāng)指令地址超過 0FFFH 后，就自動的轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令。當(dāng)EA 接低電平時， CPU 只從片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的： 0000H~0002H單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復(fù)位以后， CPU總是叢 0000H單元開始執(zhí)行程序。 0003H~002AH 單元均勻地分為五段，用做五個中斷服務(wù)程 序的入口。用戶程序不應(yīng)進入上述區(qū)域。 8051 的 RAM 雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。256 個字節(jié)被分為兩個區(qū)域： 00H~7FH 時真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。而 80H~FFH 是專門用于特殊功能寄存器（ SFR）的區(qū)域。對于 8051 安排了 21 個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8位，所以實際上 128 個字節(jié)并沒有全部利用。 內(nèi)部 RAM 的各個單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 R0~R7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 8051 內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并 可用“寄存器名 .位”來表示，如 ， 等。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 8 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計 C13 0PC23 0PY11 2MR1R31 0KC3 1 0uS1V C CP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3S2S3S4P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178R E S E T9P 30 / R X D10P 31 / T X D11P 3212P 3313P 3414P 3515P 3616P 3717X218X119V s s20P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30EA31P 0732P 0633P 0534P 0435P 0336P 0237P 0138P 0039V C C40U1A T 89 C 5 1V C CP 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 2. 0P 2. 1P 2. 2V C C4 .7 K *4 圖 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)原理圖 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)位的實現(xiàn)通常用 2種方式 : 開機上電復(fù)位和外部手動復(fù)位，本設(shè)計用的是外部手動復(fù)位。電路圖 如下： 圖 單片機復(fù)位圖 AT89C51 工作電壓 VCC=5V,其 EA 引腳需接高電平 ,5V 電源電路如圖 所示。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 9 T1AC1V+ 2AC3V4D6C41 0 0 u /1 6 VC61 0 0 u /1 6 vV C CV in1GND3+ 5 V 2U27 8 0 5C51 0 4C71 0 4 圖 單片機電源原理圖 注 : 該電源電路主要模塊為 IC7805,它能 輸出穩(wěn)定的 5V電源 ,圖中整流橋是將市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?,電容起到慮波作用由 7805 的OUT 引腳輸出 5V電壓。 [6] LED 點陣介紹 8 8 單色點陣共需要 64個發(fā)光二極管組成，且每個二極管是放置在行線與列線的叉點上。本設(shè)計是一種實用的漢字顯示屏的制作，制作的是點陣。考慮到元器件的易購性，使用 8 8的點陣發(fā)光二極管模塊，組成了 16行 16 列的發(fā)光點陣。實際使用時可以根據(jù)這個原理自行擴充顯示的字數(shù)。 下面的 8 8單色點陣和 8 8 雙色點陣可以看出，其實 8 8雙色點陣就是兩塊 8 8單色點陣組合在一起的。要實現(xiàn)用 兩種顏色顯示，只要在電路的設(shè)計中適當(dāng)?shù)倪B線就可以了。 8 8 單色和雙色點陣 LED 結(jié)構(gòu)分別如下圖 和 所示。 圖 8 8 點陣外觀及引腳圖 廣告燈自動控制系統(tǒng) 10 圖 8 8單色點陣內(nèi)部圖 圖 8 8 雙色點陣內(nèi)部圖 LED 顯示方式 [7] 漢字顯示屏用于顯示漢字、字符及圖像信息，在公共汽車、銀行、醫(yī)院及戶外廣告等地方都有廣泛的應(yīng)用。下面是簡單的漢字顯示屏的制作，由單片機控制漢字的顯示內(nèi)容。為了降低成本，使用了四塊 8 8的 LED 點陣發(fā)光管的模塊， 組成了一個 16 16的 LED 點陣顯示屏，如圖 所示。在這里僅做了四個漢字的顯示，在實際的使用中可以根據(jù)這個原理自行的擴展顯示的漢字，下面是介紹漢字顯示的原理。 圖 四塊 8 8的 LED 點陣組成 16 16 的 LED 點陣 LED 驅(qū)動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。以 16 16 點陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），廣告燈自動控制系統(tǒng) 11 先送出對應(yīng)第 1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并 鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第 2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅； ? .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（每秒24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。該方法能驅(qū)動較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。 顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)?位之后，這一行的各列才能并行地