【正文】 示原理 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作 ，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 點(diǎn)陣式 LED漢字廣告屏絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀 /秒，人眼看起來就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫面。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用。 以 8 8 點(diǎn)陣模塊為例，說明一下其使用方 法及控制過程。圖 中，紅色水平線 Y0、Y1?? Y7 叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行 8個(gè) LED 的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線 X0、 X1?? X7叫做列線，接內(nèi)部每列 8個(gè) LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 在這種形式的 LED 點(diǎn)陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“ 1”表示），在某列線上施加低電平（用“ 0”表示）。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的 LED 就會(huì)有電流流過而發(fā)光。比如， Y7 為 1， X0 為 0,則右下角的 LED 點(diǎn)亮。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8個(gè) LED全點(diǎn)亮。 LED 常見的控制方式 目前常見的是并行傳輸方式（見附錄 ），通過 8 位鎖存器將 8 位總線上的列數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，各 8位鎖存器的片選信號(hào)由譯碼器提供。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，對(duì)微控制器（ MCU）的通信速度要求較低。但是這種方案最大的缺點(diǎn)是不便于隨意擴(kuò)展顯示單元的數(shù)目。每增加一個(gè) 16 16 點(diǎn)陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多增加兩根地址線，這就要求在 PCB 布線的時(shí)候要留有充足的地址線冗余量。再一個(gè)缺點(diǎn)是，每個(gè)單元的 PCB隨著安放位置的不同，布線結(jié)構(gòu)也不相同，不利于廠家批量生產(chǎn)。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)用 FPGA,CPLD 等高密度可編程邏輯器件（ PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器 IC 的方案。成本有所下降，但可擴(kuò)展性仍舊較差。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。 一．以傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)為控制器的 LED 顯示屏。因受到單片機(jī)運(yùn)算速度及通信速率的限制， LED 動(dòng)態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對(duì)顯示效果和移動(dòng)算法的處理也比較吃力，在實(shí)際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)的內(nèi)部資源貧乏，僅 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，幾 K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，無 E2PROM， SPI。這就需要對(duì)單徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) (論文 ) 4 片機(jī)擴(kuò)展外設(shè)，無疑增加了硬件成本。因此， 8051 控制的條屏只能用于顯示內(nèi)容及其簡(jiǎn)單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場(chǎng)合。 二．以 PIC 單片機(jī)為控制器的 LED 顯示屏。因 PIC 單片機(jī)是 RISC 架構(gòu)的工業(yè)專用單片機(jī)，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號(hào)種類繁多。作為條屏的控制器，可以明顯的改善顯示效果，同時(shí) PIC 單片機(jī)內(nèi)部的資源較豐富，可節(jié)省外部電路設(shè)計(jì)難度，同時(shí)降低了硬件成本。因此，以 PIC 單片機(jī)為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場(chǎng)的主流。 三．以 FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的 LED 顯 示屏。 FPGA 以高速、并行著稱。是近年來新興的可編程邏輯器件。用他作為 LED 顯示屏的控制器，能夠高速的處理色階 PWM 信號(hào)、高速的完成動(dòng)態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動(dòng)算法。因此被運(yùn)用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。 設(shè)計(jì)目標(biāo)及采取的方案 本設(shè)計(jì)的目標(biāo) 本設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是單片機(jī)原理與應(yīng)用，模電和數(shù)電。比如 AT89C51 芯片的一些工作原理是在 MCS— 51 的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)完成的。 74LS154 的工作原理數(shù)電里也學(xué)習(xí)過。 本設(shè)計(jì)完成了 16*16LED 點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示兩個(gè)以上漢 字，并可以利用按鍵控制其左右移動(dòng)。 通過本設(shè)計(jì)不僅可以復(fù)習(xí)之前學(xué)過的知識(shí)，而且可以通過查閱課外資料學(xué)到書本上沒有的知識(shí)，還鍛煉了我們的動(dòng)手能力。 通過這次課程設(shè)計(jì)把我們?cè)趯W(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，把理論跟實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)了我們的專研精神。 本設(shè)計(jì)采取的方案 （ 1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求確定系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能 （ 2）按照系統(tǒng)功能將系統(tǒng)分模塊組合起來 （ 3）根據(jù)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)編寫實(shí)驗(yàn)程序，并通過 keil 軟件進(jìn)行編譯并找出程序中的錯(cuò)誤，改正這些錯(cuò)誤 （ 4）確定所需的元器件，然后利用 proteus 軟件畫出系統(tǒng)電路圖并進(jìn)行仿真 （ 5）仿真成功后根據(jù)仿真圖制作實(shí)際硬件圖 （ 6）最終能在 LED 電路板上顯示實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上所要求的漢字顯示形式。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 采用以 AT89C51 單片機(jī)為核心芯片的電路來實(shí)現(xiàn)，主要由 AT89C52 芯片、時(shí)鐘電路、列掃描驅(qū)動(dòng)電路 (74LS154)、 16*16 LED 點(diǎn)陣 5部分組成 。 AT89C52 芯片的介紹 因?yàn)樵诔绦蛑校褂玫膬?nèi)部存儲(chǔ)器的空間較大，對(duì)于 51 系列單片機(jī)，高 128B 被特徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) (論文 ) 5 殊功能寄存器占用，對(duì)于 52系列單片機(jī)，高 128B 與特殊功能寄存器有相同 的地址，而物理上是分開的，故使用了 AT891C52 芯片。 AT89C52 是一種帶 8kB 閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory， FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS 型 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 公司 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 MCS51 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，能夠進(jìn)行 1 000 次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為 10 年。 它 是一種高效微控制 器，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。因此，在智能化電子設(shè)計(jì)與制作過程中經(jīng)常用到 AT89C52芯片。 AT89C52 是一個(gè)低功耗高性能的單片機(jī)，共有 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， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器和 1 個(gè)全雙工串行通信口， AT89C52 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。 74LS154 芯片的介紹 （ 1） 54/74154 為 4 線－ 16 線譯碼器，當(dāng)選通端（ G G2）均為低電平時(shí)，可將地址端（ ABCD）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。 如果將 G1 和 G2 中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端，由 ABCD 對(duì)輸出尋址， 74LS154 還可作 1線 16 線數(shù)據(jù)分配器 ，見圖21。 圖 21 74LS154 芯片 （ 2） 引腳功能介紹 A、 B、 C、 D 譯碼地址輸入端 (低電平有效 ) G G2 選通端 (低電平有效 ) 0－ 15 輸出端 (低電平有效 ) （ 3） 74LS154 真值表 ，見表 21 表 21 74LS154 真值表 Inputs 輸入 Outputs 輸出 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) (論文 ) 6 G1 G2 D C B A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 L L L L L L L H H H H H H H H H H H H H H H L L L L L H H L H H H H H H H H H H H H H H L L L L H L H H L H H H H H H H H H H H H H L L L L H H H H H L H H H H H H H H H H H H L L L H L L H H H H L H H H H H H H H H H H L L L H L H H H H H H L H H H H H H H H H H L L L H H L H H H H H H L H H H H H H H H H L L L H H H H H H H H H H L H H H H H H H H L L H L L L H H H H H H H H L H H H H H H H L L H L L H H H H H H H H H H L H H H H H H L L H L H L H H H H H H H H H H L H H H H H L L H L H H H H H H H H H H H H H L H H H H L L H H L L H H H H H H H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H H H H H H H H H L H H L L H H H L H H H H H H H H H H H H H H L H L L H H H H H H H H H H H H H H H H H H H L L H X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H H L X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H H H X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H 表中 L— 表示低電平； 表中 H— 表示高電平。 (4)與單片機(jī)引腳的連接 地址輸入端 A、 B、 C、 D分別接單片機(jī)的 、 、 、 口來控制選擇第幾列顯示。選通端 G1接 口， G2接地。 （ 5） 與點(diǎn)陣引腳的連接 74LS154 芯片的 18腳對(duì)應(yīng)接上面兩個(gè)點(diǎn)陣引腳的列線， 917腳（ 12 腳接地）對(duì)應(yīng)接下面兩個(gè)點(diǎn)陣引腳的列線。點(diǎn)陣引腳圖見下圖 21。 點(diǎn)陣式漢字 LED 顯示屏設(shè)計(jì) 16*16 點(diǎn)陣 LED 原理及應(yīng)用 設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣顯示屏?xí)r必須掌握點(diǎn)陣工作原理才能進(jìn)行更深層設(shè)計(jì)。 16*16LED 點(diǎn)陣實(shí)質(zhì)上就是 4 塊 8*8 點(diǎn)陣 LED 級(jí)聯(lián)而成的，因此 特給出 8*8 點(diǎn)陣 LED 的工作原理。 圖 21為 8*8 點(diǎn)陣 LED 的 等效電路圖，只要其對(duì)應(yīng)的 X、 Y 軸順向偏壓，即可使 LED 發(fā)亮。例如如果想使左上角 LED 點(diǎn)亮，則 Y0=1， X0=0 即可。應(yīng)用時(shí)限流電阻可以放在 X 軸或 Y 軸。徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) (論文 ) 7 而 16*16 就是在 8*8原理的基礎(chǔ)上將四塊 8*8 級(jí)聯(lián)而成，見圖 22。 圖 21 8*8 點(diǎn)陣 LED 等效電路圖 圖 22 四塊 8x8點(diǎn)陣 LED級(jí)聯(lián)成 16x16 點(diǎn)陣 LED 點(diǎn)陣的顯示文字圖形原理 LED 驅(qū)動(dòng)顯示采用 動(dòng)態(tài)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。以 16 16 點(diǎn)陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的 陰 極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的 陽 極連在一起（共 陰 的接法），先送出對(duì)應(yīng)第 1列 發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1列 使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第 2列 的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2列 使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅 ；以此類推， 第16 列 之后，又重新燃亮第 1列 ，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 的漢字的每一筆都是 同時(shí)出現(xiàn)的 。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單 片 機(jī)的資源。 顯示數(shù)據(jù)可通過單片機(jī)的 P0， P2 口傳輸?shù)近c(diǎn)陣行引腳。 LED 點(diǎn)陣顯示模塊進(jìn)行的方法有兩種： （ 1）水平方向（ X 方向）掃描，即逐列掃描的方式（簡(jiǎn)稱列掃描方式）：此時(shí)用一個(gè)徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) (論文 ) 8 P 口輸出列碼決定哪一列能亮（相當(dāng)于位碼），用另一個(gè) P 口輸出行碼（列數(shù)據(jù)），決定該列上哪個(gè) LED 亮（相當(dāng)于段碼）。能亮的列從左到右掃描完 16列（相當(dāng)于位碼循環(huán)移動(dòng) 16次）即顯示出一個(gè)完整的圖像。 （ 2）豎直方向（ Y 方向）掃描，即逐行掃描方式（簡(jiǎn)稱行掃描方式）：此時(shí)用一 個(gè) P口輸出決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼），另一個(gè) P 口輸出列碼（行數(shù)據(jù)，行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn) 90 度的數(shù)據(jù)）決定該行上哪些 LED 燈亮（相當(dāng)于段碼）。能亮的行從上向下掃描完 16行（相當(dāng)于位碼循環(huán)移位 16次）即顯示一幀完整的圖像。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是第一種的掃描方法，即水平方向（ X方向）掃描。 每一個(gè)字由 16行