【正文】 LED動(dòng)態(tài)掃描顯示器接口及程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 LED動(dòng)態(tài)掃描顯示器接口及程序設(shè)計(jì)背景LED的發(fā)展惠及大型商場(chǎng)、碼頭、車站、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的 場(chǎng)所需要用 LED 點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED已成為一個(gè)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)空間巨大，前景廣闊。LED 點(diǎn)陣設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于顯示屏，它是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或 像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、 組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED 顯示作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進(jìn)行服務(wù) 內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場(chǎng)所，例如戶內(nèi)外公共場(chǎng)所廣告宣傳、機(jī)場(chǎng) 車站旅客引導(dǎo)信息、公交車輛報(bào)站系統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、餐館報(bào) 價(jià)信息豆示、高速公路可變情報(bào)板、樓宇燈飾、體育館比賽轉(zhuǎn) 播、交通信號(hào)燈、景觀照明等。已然LED 顯示已成為城市量化、現(xiàn)代化和信息化的一個(gè)重要標(biāo)志。自二十世紀(jì) 80 年代后期開始，隨著LED 制造技術(shù)的不斷完善，在國(guó)外得到了廣泛的 應(yīng)用。在我國(guó)改革開放之后，特別是進(jìn)入90 年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì) 公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED 顯示屏的 出現(xiàn)的時(shí)機(jī)正好適應(yīng)了這 一 市場(chǎng)形勢(shì)，所以在 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅 速的提高和發(fā)展。LED 顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示的發(fā)展過程。 LED動(dòng)態(tài)掃描LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描：說到動(dòng)態(tài)掃描，一般都是兩個(gè)以上的數(shù)碼管聯(lián)合使用，數(shù)據(jù)線每次只為一個(gè)數(shù)碼管服務(wù)，更換服務(wù)的LED數(shù)碼管，數(shù)字也相應(yīng)變化，然后利用人類眼睛的“視覺暫留”原理，讓看的人誤以為是每個(gè)數(shù)碼管都是同時(shí)點(diǎn)亮的。其實(shí)數(shù)碼管都是一個(gè)一個(gè)亮過去的，每個(gè)數(shù)碼管顯示它該現(xiàn)實(shí)的數(shù)字，中間只間隔十毫秒，由于斷電的那幾毫秒數(shù)碼管有余暉，人類眼晶看上去好像所有排數(shù)碼管都是亮的。 LED顯示控制技術(shù)狀況LED顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號(hào)控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路和輸出接口電路等等，牽扯到的具體專 業(yè)技術(shù)有很多，最關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動(dòng)態(tài) 掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等。串行傳輸與并行傳輸技術(shù) LED 顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技 術(shù)，顯示屏每個(gè)單元內(nèi)部的不同驅(qū)動(dòng)電路和各級(jí)單元之間，每個(gè)時(shí)鐘僅傳送一位數(shù) 據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動(dòng) I C 種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示 3 基于單片機(jī)的 LED 電陣顯示 單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)元件，所以增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 及性價(jià)比，具體工程實(shí)施也較 為容易。 LED動(dòng)態(tài)掃描原理數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1ms到2ms，LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示就是一個(gè)一個(gè)地輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管，對(duì)于每一個(gè)LED數(shù)碼管來說，每隔一段時(shí)間就點(diǎn)亮一次，由于人的“視覺暫留”現(xiàn)象及發(fā)光二極體的“余輝效應(yīng)”， 采用循環(huán)掃描的方式，分時(shí)輪流選各數(shù)碼管的公共端，使數(shù)碼管輪流導(dǎo)通顯示。當(dāng)掃描速度達(dá)到一定程度時(shí)，人眼就分辨不出來了。盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的 速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，認(rèn)為各數(shù)碼管是同時(shí)發(fā)光的。盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示 是一樣的，如果LED數(shù)碼 管的位數(shù)不大于8位時(shí)，只需兩個(gè)8位I／O口，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。LED動(dòng)態(tài)掃描前景應(yīng)用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平面式顯示屏幕。 它具 有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)。LED 顯示屏經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的發(fā) 展過程，自 20 世紀(jì)八十年代開始，LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教 育、證券、廣告宣傳等各方面。主要用于樓體墻面，廣告壁牌、高檔的DISCO、酒吧、夜總會(huì)、高檔會(huì)所的廣告牌等。特別適合應(yīng)用于廣告牌背景、立交橋、河、湖護(hù)欄、建筑物輪廓等大型動(dòng)感光帶之中，可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公共場(chǎng)合的信息發(fā)布和廣 告宣傳。用護(hù)欄管裝飾建筑物的輪廓，可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。依然證明，它已經(jīng)成為照明產(chǎn)品中的一只奇花，開放在動(dòng)感我們都市。 LED動(dòng)態(tài)掃描設(shè)計(jì)方案總體方案論證與設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為本LED 數(shù)碼管的控制核心部分，系統(tǒng)主要包括 LED 驅(qū)動(dòng)模塊、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PC 機(jī)通信模塊等。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)逐一進(jìn)行論證比較。 LED驅(qū)動(dòng)模塊 方案1：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個(gè) LED 發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一個(gè) I/ O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng) LED，原理簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)， LED數(shù)碼管的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的 I/ O 口， 比較適合于較小的系統(tǒng)。 方案2： 采用動(dòng)態(tài)掃描方式， 通過三極管驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的 LED 發(fā)光管的一端(共 陰或共 陰陽2 端)，LED 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O 口，控制其亮滅。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。比較上述兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用方案2。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 MCS51單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間： 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1 但在邏輯上，即從用戶的角度上，8051單片機(jī)有三個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K的程序存儲(chǔ)器地址空間（MOVC）256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOV）以及64K片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOVX）在訪問三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應(yīng)采用不同形式的指令（具體我們?cè)诤竺娴闹噶钕到y(tǒng)學(xué)習(xí)時(shí)將會(huì)講解），以產(chǎn)生不同的存儲(chǔ)器空間的選通信號(hào)。程序內(nèi)存ROM尋址范圍：0000H ~ FFFFH 容量64KBEA = 1，尋址內(nèi)部ROM；EA = 0，尋址外部ROM地址長(zhǎng)度：16位作用： 存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。七個(gè)具有特殊含義的單元是：0000H —— 系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處；0003H —— 外部中斷0入口000BH —— T0溢出中斷入口0013H —— 外中斷1入口001BH —— T1溢出中斷入口0023H —— 串口中斷入口002BH —— T2溢出中斷入口內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM物理上分為兩大區(qū)：00H ~ 7FH即128B內(nèi)RAM 和 SFR區(qū)。作用：作數(shù)據(jù)緩沖器用。下圖是8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)圖程序存儲(chǔ)器一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）。程序相當(dāng)于給微處理器處理問題的一系列命令。其實(shí)程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機(jī)器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲(chǔ)器中。MCS51具有64kB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。對(duì)于內(nèi)部無ROM的8031單片機(jī)，它的程序存儲(chǔ)器必須外接，空間地址為64kB，此時(shí)單片機(jī)的端必須接地。強(qiáng)制CPU從外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。對(duì)于內(nèi)部有ROM的8051等單片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)中讀取程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM的容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存儲(chǔ)器讀取程序。當(dāng)EA=1時(shí)，程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM空間。當(dāng)EA=0時(shí)，程序從外部存儲(chǔ)器開始執(zhí)行，例如前面提到的片內(nèi)無ROM的8031單片機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中就要把8031的引腳接為低電平。8051片內(nèi)有4kB的程序存儲(chǔ)單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲(chǔ)中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意：其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為0000H，單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003H—002AH，這40個(gè)單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：0003H—000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)。000BH—0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)。0013H—001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)。001BH—0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)。0023H—002AH 串行中斷地址區(qū)。可見以上的40個(gè)單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從上面可以看出，每個(gè)中斷服務(wù)程序只有8個(gè)字節(jié)單元，用8個(gè)字節(jié)來存放一個(gè)中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲(chǔ)器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行,這樣中斷響應(yīng)后，CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。下圖是ROM的地址分配圖：從上圖中大家可以看到，0000H0002H，只有三個(gè)存儲(chǔ)單元，3個(gè)存儲(chǔ)單元在我們的程序存放時(shí)是存放不了實(shí)際意義的程序的，通常我們?cè)趯?shí)際編寫程序時(shí)是在這里安排一條ORG指令，通過ORG指令跳轉(zhuǎn)到從0033H開始的用戶ROM區(qū)域，再來安排我們的程序語言。從0033開始的用戶ROM區(qū)域用戶可以通過ORG指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過了實(shí)際的存儲(chǔ)空間，不然程序就會(huì)找不到。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。MCS51內(nèi)部RAM有128或256個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（不同的型號(hào)有分別），片外最多可擴(kuò)展64KB的RAM，構(gòu)成兩個(gè)地址空間，訪問片內(nèi)RAM用“MOV”指令，訪問片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。MCS51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。MCS51單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間，即：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（低128單元）；特殊功能寄存器空間（高128單元）；這兩個(gè)空間是相連的，從用戶角度而言，低128單元才是真正的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。下面我們就來詳細(xì)的與大家講解一下：低128單元：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個(gè)單元地址，對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用間接尋址方式，R0、R1和DPTR都可以做為間接尋址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的尋址范圍最大為256個(gè)單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達(dá)到64KB。也就是說在尋址片外數(shù)據(jù)