【正文】 aturization, Yi Yu IC match, Qu Dong simple, Shou Ming long, impact resistance, stable performance, graphics and display options. 一、 系統(tǒng)方案選擇和論證 設(shè)計要求 基本要求： ①要求點陣顯示屏能夠顯示中文漢字、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字等信息。 ②要求點陣顯示屏能夠顯示三角形、矩形等各類簡單的圖形。 ③要求通過按鍵進行顯示模式（漢字、英文、數(shù)字、圖形）的切換。 ④要求整個系統(tǒng)只使用兩節(jié) 的電池進行供電。 發(fā)揮要求： ①要求所顯示的內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)上、下、左、右的移動功能 。 ②移動方向和移動速度（至少分 三個等級）可以通過按鍵進行設(shè)置 。 ③顯示屏能夠通過紅外遙控的方式進行控制 系統(tǒng)基本方案 . 主控電路選擇 方案一： 數(shù)字電路控制的原理是 LED點陣顯示屏由單片機控制電路和顯示驅(qū)動電路兩大部分組成 。 一般的單片機控制部分采用 ATMEL 公司的 AT89S51/52系列單片機，顯示驅(qū)動部分由 4片 88 LED 點陣模塊和相應(yīng)的驅(qū)動電路組成，位碼掃描信號和段碼信號都 由 單片機提供 ， 并且 AT89S52 單片機構(gòu)成的主控電路，支持 ISP 下載技術(shù)，控制操作簡單，價格低廉，通用性強。 方案二： 由 CPLD 器件組成的控制電路，具有很高的可靠性 和設(shè)計靈活性，所實現(xiàn)的顯示效果樣式較多，但采用可編程邏輯器件 CPLD 的設(shè)計成本相對較高。 由于采用由單片機組成的控制電路已能完成設(shè)計的要求，且其性價比要優(yōu)于采用由 CPLD 組成的控制電路。因此， 主控電路 采用 方案一 作為控制電路 。 . 點陣顯示屏部分 方案一：串行方式顯示。這種方式可同時顯示 4 個 8 8漢字點陣的漢字、字符或數(shù)字。點陣顯示屏每個單元由 4 個 88 點陣 LED 顯示模塊、 驅(qū)動器74HC15數(shù)據(jù)移位寄存器 74HC595 和行驅(qū)動器組成，單元顯示屏可以接收控制器 (主控制電路板 )或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù) 據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示屏可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的內(nèi)容。此方案為點陣顯示屏系統(tǒng)中比較常用的，所用器件也比較常用，容易買到。但是它存在一個致命的缺點，就是刷新速度不夠快。如果要驅(qū)動 64列點陣顯示，通用 51 單片機會比較吃力，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的閃爍停滯現(xiàn)象。此外，要實現(xiàn)文字的左右移動和調(diào)整移動速度等功能，都會給軟件設(shè)計帶來較多 困難。 方案二：并行方式顯示。可以通過鎖存器芯片來擴展 I/O口，達到控制 LED點陣的 64 個列線的目的。方案 中運用 16 片鎖存器 74HC154 來組成 8 組雙緩沖寄存器 。 驅(qū)動 LED 點陣的 8 組列線， 移位寄存器 74HC595 對 LED點陣的 16 行進行 掃描。在送每一行的數(shù)據(jù)到 LED 點陣前，先把數(shù)據(jù)分別送到第一級的 8個74HC154，然后再給第二級的 8個 74HC154送鎖脈沖，數(shù)據(jù)一起輸出到 LED 點陣列中，這樣就避免了各行數(shù)據(jù)顯示不同步問題。由于并行數(shù)據(jù)傳輸速度比串行快，所以字符閃爍的問題得到較好地解決，文字左右 /上下 移動也比較容易控制。 綜上所述，本 作品制作 最終選擇了方案 二 。 . 顯示屏控制部分 方案一：單機工作模式。采用 一個單片機控制實現(xiàn)所有功能，其中包括 LED點陣顯示屏的刷新顯示、模式 選擇 等。只用一個單片機控制點陣顯示屏可以使電路大大減化，軟件設(shè)計方面也容易實現(xiàn)。但是，將所有功能集成在一起，一片AT89S51/52 單片機處理能力是不夠的。此時，單片機的 CPU 內(nèi)部資源已顯不足，會導(dǎo)致系統(tǒng)功能欠佳，達不到較好的性能。 方案二：主從工作模式。采用主從單片機工作方式來控制整個系統(tǒng)。其中一個單片機用于控制 LED點陣顯示，另外一個單片機用于擴展鍵盤、串口等工作。相對單機工作方式，主從工作模式的處理能力大大提高，并且分工明確，執(zhí)行速度 得到很大的提高。雖然硬件電路以及軟件設(shè)計方面要求相對高了一些，更涉及到主從單片機通信問題。 至此， 為了更好地實現(xiàn)各項性能指標(biāo)，本設(shè)計采用了這種方案。 二、 電路模塊的設(shè)計與分析 . 系統(tǒng)程序的設(shè)計 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，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定 時器 T0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，由主程序來實現(xiàn)。從有利于實現(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 匯編 語言編寫。 16X16 LED 顯示屏電路大致上可以 分成單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路三部分，系統(tǒng)框如下 所示 ： . 單片機系統(tǒng)及外圍電路 單片機采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 12MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。 顯示驅(qū)動程序在進入中斷后首先要對定時器 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）計算公式如下： 刷頻率（幀頻） =1/16 =1/16 f/12（ 65536t） 其中 f位晶振頻率， t為定時器 T0 初值（工作在 16位定時器模式）。 然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃 亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行 /列顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(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 /列 號，重新打開顯示。 圖 1 顯示驅(qū)動程序流程圖 圖 2 顯示驅(qū)動電路 . LED點陣顯示 從 下 圖 5 LED 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可以看出， 8X8 點陣共 需要 64 個發(fā)光 二極管 組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當(dāng)對應(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 。 對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述： 一根豎柱：對應(yīng)的列置 1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 一根橫柱：對應(yīng)的行置 0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn) 圖 5 LED 內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED 點陣選用 8x8 模塊，每 2 塊排列成一個 16x16 的點陣，用于顯示一個漢字。點陣每一行的所有 LED 共陰極，每一列的所有 LED 共陽極。因為單片機 I/O口的驅(qū)動能力有限，所以每一行 LED 陰極通過一個三極管 9012（或者 8550） 與電源相連， I/O 口僅需要提供幾個毫安的灌入電流即可控制其通斷。同一行漢字字模（即 12個字節(jié)）通過鎖存器 74HC154并行送出后，由移位寄存器 74HC595輸出行選通信號，來點亮該行的 LED，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到 16 行全被掃描過一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來，然后按這種方式反復(fù)掃 描，借助于程序的控制，即可實現(xiàn)信息從右至左 （或者從上 至 下）的動態(tài)顯示了。具體電路圖 流程 如圖 6 所示。 圖 6 實驗程序框圖 . 漢字掃描 的原理 漢字掃描顯示基本過程是這樣：通電后由于 電阻 ， 電容 的 作用，使單片機RST復(fù)位腳電平先高后低，從而達到復(fù)位 。 之后，在 電阻 、 電容 、晶振 以及單片機內(nèi)部時鐘電路作用下，單片機 89C51/52按照設(shè)定程序在 P1和 P3 接口輸出與內(nèi)部漢字對應(yīng)代碼電平送至 LED 點陣行選線 (高電平驅(qū)動 )，同時在 ， ， (低電平驅(qū)動 )，從而選中相應(yīng)象素 LCD 發(fā)光，并利用人眼視覺暫留特性合成整個漢字顯示。 以 UCDOS 中文宋體字庫為例，每一個字由 16 行 16 列點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中每一個字均由 256 點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個象素，而把每一個字字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在 256象素范圍內(nèi)任何圖形。如查用 8位 AT89C51/52 單片機 控制，由于單片機總線為 8位，一個字需要拆分為 2個部分首先通過列掃描方法獲取漢字代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由 816 點陣組成，下部也由 816 點陣組成。 漢字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描 3種。為了符合視覺暫留要求，點掃描方法掃描頻率必須大于 1664=1 024 Hz，周期小于 1 ms 即可。行掃描和列掃描方法掃描頻率必須大于 168=128 Hz，周期小于 ms即可，但是一 次驅(qū)動一列或一行 (8 顆 LED)時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則 LED 亮度會不足。 . 方案 的 實現(xiàn) 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應(yīng)的 LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。 16ｘ 16 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果 采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 16ｘ 16的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16ｘ 16 的點陣，在實際應(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很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮 。 這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套