【正文】 1 8 8 點(diǎn)陣 LED數(shù)碼圖形顯示器的課程設(shè)計(jì) 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C51為 LED顯示屏的控制核心，制造一種簡(jiǎn)單的 88顯示屏，能夠在目測(cè)條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_，圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，初步確定設(shè)計(jì)方案如下： 1. 選擇 AT89C51 單片機(jī)（晶振頻率為 f=12MHZ）作為整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總 體控制，發(fā)送并時(shí)時(shí)處理系統(tǒng)信息。 2．通過編程顯示數(shù)字：“ ★， ● ， 心形圖 ”。 3．動(dòng)態(tài)顯示，即跑馬燈文字幕，每 秒左移一次。 4. 掃描信號(hào)連接到單片機(jī)的 P0 口，顯示信號(hào)連接到單片機(jī)的 P2 口。 5．點(diǎn)陣的點(diǎn)亮過程有程序控制，由驅(qū)動(dòng)電路完成，點(diǎn)陣采用單色顯示，其中驅(qū)動(dòng)電路采共陰型高態(tài)掃描、高態(tài)顯示信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路。 系統(tǒng)框圖 本文設(shè)計(jì)行、列驅(qū)動(dòng)電路，顯示屏電路，運(yùn)用單片機(jī)的智能化，系統(tǒng)的將每個(gè)功能電路模塊連接在一起，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖 11 所示： P C 上 位 機(jī) 單 片 機(jī)點(diǎn) 陣 顯 示 器行 驅(qū) 動(dòng) 電 路點(diǎn) 陣 顯 示 器列 驅(qū) 動(dòng) 電 路8 8 點(diǎn) 陣L E D 顯 示器 電 路 圖 11 系統(tǒng)框圖 第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 2 本系統(tǒng)的硬件電路是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成；顯示部分使用共陰型高臺(tái)掃描、高態(tài)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，完成“跑馬燈”文字幕效果。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反向放大器，引線 X1 和 X2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。 AT89C51 的時(shí)鐘產(chǎn)生 方式有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘電方式和外部時(shí)鐘方式。由于外部時(shí)鐘方式用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部時(shí)鐘方式：利用其內(nèi)部的振蕩電路在 X1和 X2 引線上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 X1 和 X2 之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖 21 電路所示為單片機(jī)最常用的時(shí)鐘振蕩電路的接法，其中晶振可選用振蕩頻率為 12MHz 的石英晶體，電容器一般選擇 30PF 左右。 圖 21 使用片內(nèi)振蕩電路的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中 AT89C51 是采 用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路如圖 22 所示。上電瞬間， RC電路充電， RST 引線端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST端保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。其中 R1 和 R2 分別選擇200Ω和 2KΩ的電阻，電容器一般選擇 22μ F。 3 圖 22 AT89C51 的復(fù)位電路 AT89C51 的最小應(yīng)用系統(tǒng) AT89C51 是片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，要構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)只要將單片機(jī)接上外部的晶體或時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 23所示。這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，其特點(diǎn)是沒有外部擴(kuò)展，有可供用戶使用的大量的 I∕ O線。 4 圖 23 AT89C51 單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng) 顯示器及接口設(shè)計(jì) 8 8點(diǎn)陣 LED顯 示器的組成原理及控制方式 本次設(shè)計(jì)中采用 8 8點(diǎn)陣 LED顯示器，簡(jiǎn)稱 LED點(diǎn)陣板或 LED矩陣板。它是以發(fā)光二極管為像素，按照行與列的順序排列起來，用集成工藝制成的顯示器件。有單色和雙色之分，這種顯示器有共陽(yáng)極接法和共陰極接法兩種，設(shè)計(jì)中用到的是共陽(yáng)極的顯示器。共陽(yáng)極接法的原理圖如圖 24 所示，圖中畫出了 8 8點(diǎn)陣的二極管。每一行發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起，有一個(gè)引出端 r，每一列發(fā)光二極管的陰極接在一起，有一個(gè)引出端 c。當(dāng)給發(fā)光二極管陽(yáng)極引出端 r1加高電平，陰極引出端 c1加低電平時(shí)，左上角的二極管被點(diǎn)亮因 此，對(duì)于行和列的電平進(jìn)行掃描控制時(shí)，可以達(dá)到顯示不同字符的目的。 圖 24 8 8 點(diǎn)陣 LED 顯示器組成原理圖 (1)． “ ★ ” 在 8X8LED 點(diǎn)陣上顯示圖如下圖所示 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 1 2 3 4 5 6 7 8 12H， 14H， 3CH， 48H， 3CH， 14H， 12H， 00H (2).“●” 在 8X8LED 點(diǎn)陣上顯示圖如下圖所示 5 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 1 2 3 4 5 6 7 8 00H， 00H， 38H， 44H， 44H， 44H， 38H， 00H (3)．心形圖在 8X8LED 點(diǎn)陣 上顯示圖如下圖所示 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 1 2 3 4 5 6 7 8 30H， 48H， 44H， 22H， 44H， 48H， 30H， 00H 圖 25 8 8點(diǎn)陣 LED 引腳的排列圖 8 8 點(diǎn)陣 LED 顯示器與單片機(jī)的接口 8 8 點(diǎn)陣 LED 的引腳圖如圖 25 所示，當(dāng)采用單片 機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，連接點(diǎn)陣顯示器的共陽(yáng)極 r 端需經(jīng)驅(qū)動(dòng)三極管 9012 與單片機(jī)的 P2 口相連，而共陰極 c端需經(jīng)限流電阻與單片機(jī)的 P0口相連。在編程控制時(shí)，將 8 8點(diǎn)陣 LED顯示分 6 成行和列兩部分，字符數(shù)據(jù)從 P0 口輸出，掃描控制字從 P2口輸出，每一列由一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)可一次送入，然后掃描一行，顯示一個(gè)字需要掃描 8次。 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 顯示器驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問題，如果驅(qū)動(dòng)能力差，顯示器亮度就低；而驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行則很容易損壞。 如果是靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能 力與顯示器工作電流相匹配即可。而且只須考慮段的驅(qū)動(dòng)，因?yàn)?，共?yáng)極接 +5V，而共陰極接地，所以位的驅(qū)動(dòng)無須考慮。 動(dòng)態(tài)顯示則不然，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號(hào)共同配合完成的，因此，必須同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。 理論分析表明，同樣的驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)其驅(qū)動(dòng)靜態(tài)顯示器時(shí)，其亮度為驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示器的 n倍， n近似為顯示位數(shù)。所以