【文章內(nèi)容簡介】 方面無 疑是十分經(jīng)濟的。但是， 我們也可以看到這樣的方式也存在不足。那 就是整個 串行傳輸 的 過程較長，數(shù)據(jù) 是 按順序一位一位 的 輸出給列驅(qū)動器 的 ，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都 已經(jīng) 傳輸?shù)轿?過后 ，這一行的各列才能并行地顯示。這樣，對于 每 一行的顯示過程 我們 就可以 將其 分解成列數(shù)據(jù)傳輸和列數(shù)據(jù)顯示 這樣 兩 個 部分。 由于 串行傳輸方式 的 列數(shù)據(jù)準備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期 一定 的情況下留給行顯示的時間就 可能比較 少了， 這會 影響到 LED 的亮度。 我們 可以采用重疊處理的方法 來 解決串行傳輸中 的列數(shù)據(jù)準備與列數(shù)據(jù)顯示時間 的 矛盾問題 。 重疊處理的方法， 即在顯示 一 行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。 為了達到 這樣 的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需 要具有 鎖存 功能。經(jīng)過上述分析，就可以 歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。列數(shù)據(jù)準備應(yīng)當(dāng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能，而 列數(shù)據(jù)顯示 則 應(yīng) 當(dāng) 具有并行鎖存的功能。這樣，本行 將 已準備好的數(shù)據(jù) 輸 入并行鎖存器進行顯示 的時候 ，串并移位寄存器就 進行 準備下一行的列數(shù)據(jù) 的動作 ，而不會影響本行的顯示。 點陣電子顯示屏總體框圖 圖 為 點陣電子顯示屏總體框圖 。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 10 圖 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 11 3 硬件設(shè)計 點陣電子顯示屏的 硬件電路大致上可以分成 列驅(qū)動電路， 行驅(qū)動電路 以及 單片 機系統(tǒng)及外圍電路 三部分。 點陣顯示屏的硬件原理圖如圖 所示 。 單片機系統(tǒng)及外圍電 路 單片機采用 MS51 芯片或其兼容系列芯片 。 單片機的串口與列驅(qū)動器相連，用來顯示數(shù)據(jù)。 P2 口低 4 位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號； ， ， 口則用來發(fā)送控制信號。 P0 口和 P1 口空著，在有必要的時候可以擴展系統(tǒng)的 ROM 和RAM。 圖 MS51單片機最小系統(tǒng) 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 12 MSC51 單片機管腳說明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口的輸出驅(qū)動電路由上拉場效應(yīng)管和驅(qū)動場效應(yīng)管組成，控制電路包括一個與非門，一個非門和多路開關(guān) MUX。 P0 口既可以作為通用的 I/O 口 進行數(shù)據(jù)的輸入 輸出，也可以作為單片機系統(tǒng)的地址 /數(shù)據(jù)線使用，為此在 P0 口的電路中有一個多路轉(zhuǎn)換器 MUX。在控制信號的作用下，多路轉(zhuǎn)換器可以分別接通鎖存器輸出或地址 /數(shù)據(jù)線輸出。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載 。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故 。 P1 口作為一般的 I/O 口使用時記做 ~。 P2 口： P2 口 既可以作為通用的 I/O 口使用，也可以作為地址總線使用，所以他的位結(jié)構(gòu)比 P1 口多 了一個多路控制開關(guān) MUX。當(dāng) P2口作為通用 I/O 口使用時，多路開關(guān) MUX 倒向鎖存器的輸出端 Q，構(gòu)成一個準雙向口，其功能與 P1 口相同，有輸出，讀引腳和讀鎖存器3 種工作方式。 P3 口： P3 口 為多功能口。當(dāng)?shù)诙δ茌敵龆吮３?1 的時候，與非門 3 對鎖存器 Q 端是暢通的，這時 P3 口完全實現(xiàn)第一功能，即作為通用的 I/O 口使用，而且是一個準雙向 I/O 口，其功能與 P1 口是完全相同的。 RST： 這時 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時， 需 要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平 的 時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出 電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 13 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期 間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保 持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 列驅(qū)動 列驅(qū)動電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成。它具有一個 8 位串入并出的移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達到重疊處理的目的。 圖 74HC595 結(jié)構(gòu)圖 74HC595 的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 作為 硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件 ， 74HC595 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 了 JEDEC 標準。 74HC595 是 具有 8 位移位寄存器和 1 個存儲器，三態(tài)輸出功能 的器件 。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在SHCP 的上升沿輸入到移位寄存器中， 在 STCP 的上升沿輸入到存儲寄存器中去。 將 兩個時鐘連在一起，則 存儲寄存器 總是比 移位寄存器基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 14 晚 一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入（ DS） 和一個串行輸出（ Q7’） 以及 一個異步的低電平復(fù)位 。 存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 為 OE 時（ 即 為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù) 傳輸 到總線 。 74HC595 引腳說明見表 。 列驅(qū)動電路見圖 。 表 74HC595引腳說明 符號 引腳 描述 Q0~Q7 1~7， 15 并行數(shù)據(jù)輸出 GND 8 地 Q7’ 9 串行數(shù)據(jù)輸出 MR 10 主 復(fù)位（低電平） SHCP 11 移位寄存時鐘輸入 STCP 12 存儲寄存時鐘輸入 OE 13 輸出有效（低電平） DS 14 串行數(shù)據(jù)輸入 VCC 16 電源 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 15 圖 列驅(qū)動電路 74HC595 進行 8 片 級連，可共用一個 移位時鐘 SHCP 及數(shù)據(jù)鎖存信號 STCP。這樣，當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過 8x8=64 個 SHCP 時鐘后便可將其全部移入 74HC595 中， 同時 還將產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號STCP， 將數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 中， 并且 在使能信號的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行 傳輸 輸出，從而使與各輸出位對應(yīng)的場驅(qū)動管處于放大 狀態(tài) 或截止?fàn)顟B(tài)；同時由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)于第一行 LED 的正端都接高，顯然，第一行 LED 是否點亮 就取決于 74HC595 的鎖存信號。 此外，在第一行 LED 管點亮的同時，再在 74HC595 中移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，同時由行掃描控制電路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行 LED 管點亮，以此類推，當(dāng) 第十六行掃描過后再回到第一行，這樣 只要 達到一定的 掃描 速度 就可形成一幅完整的文字 或 圖像 。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 16 行驅(qū)動 本電路中 我們 加入了 兩 個 38 線譯碼器 74HC138，其輸入是一個16 進制碼 。 74HC138 結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 74HC138結(jié)構(gòu)圖 74HC138 引腳說明如表 表 符號 引腳 描述 0Y ~ 6Y 9~15 輸出端 GND 8 GND電源地 1G ~ 2G 5 使能輸出端 A、 B、 C 1~3 地址輸出端 Vcc 16 VCC電源正 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 17 圖 行驅(qū)動電路 如圖 所示的行驅(qū)動電路中 , 以 A、 B、 C、 D 四腳為輸入端 ，把 74HC138 的 E2 和 E3 引腳接地，然后就會形成 16 種不同的輸入狀態(tài)，分別為 0000～ 1111，然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即會有 16路輸出 。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 18 點陣顯示屏硬件原理圖 圖 4個 16 16點陣顯示屏硬件原理圖 圖 為 4 個點陣顯示屏硬件原理圖 ，硬件部分采用了 4 塊 8 8的點陣顯示屏來構(gòu)成 1 塊 16 16 LED 顯示屏 .。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 19 4 軟件設(shè)計 點陣的 顯示屏軟件的主要功能是 在 向屏體提供顯示數(shù)據(jù) 的同時 產(chǎn)生 一系列 控制信號，使屏幕按 我們的 要求顯示。 我們 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)分為兩部分： 第一 部分是底層的顯示驅(qū)動程序， 第二 部分 是上層的系統(tǒng) 主程序。其中 顯示驅(qū)動程序負責(zé)向 屏體送顯示數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號來完成 配合 LED 顯示屏的掃描顯示工作。 定時器 T0 的中斷程序來實現(xiàn)顯示驅(qū)動程序。 主程序來實現(xiàn) 系統(tǒng)應(yīng)用程序 ， 完成系統(tǒng) 初始化以及 顯示效果處理等工作 。 顯示驅(qū)動程序 顯示驅(qū)動程序首先對端口進行定義，然后按照取字模，進行延時，再對定時器進行模式選擇和賦初值，再移位寄存，定時中斷這樣一個流程進行。 圖 為顯示驅(qū)動程序流程圖。 圖 定義端口取字模延時選定時器模式并賦初值移位寄存器驅(qū)動函數(shù)定時器中斷基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 20 顯示驅(qū)動程序見附錄一。 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度充足并且 可顯示圖形和文字。圖形或文字顯示有 滾動 顯示方式。 系統(tǒng)主程序 開始 ，首先是 啟動定時器 ；然后通過 讀取行號并加1；接著 送出新的行顯示數(shù)據(jù) ，然后以 切換顯示數(shù)據(jù)；送新行號并打開顯示；最后退出。 圖 是系統(tǒng)主程序流程圖。 啟 動 定 時器開 始讀 取 行 號并 加 1送 新 行 顯示 數(shù) 據(jù)切 換 顯 示數(shù) 據(jù)送 新 行 號 并打 開 顯 示退 出 圖 系統(tǒng)主程序見附錄 2。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 21 5 性能分析 及仿真結(jié)果 程序 開發(fā)環(huán)境介紹 程序編寫采用 Keil 51 環(huán)境下 調(diào)試 ,Keil C51 是美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開 發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision） 將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。 如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生 成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 性能分析 點陣電子 顯示屏硬件電路只要硬件質(zhì)量可靠 且 引腳焊接正確，那么一般無需調(diào)試就 可正常工作。 軟件部分 主要有顯示屏刷新頻率和 顯示效果兩部分 需要調(diào)試 。 定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率 將 決定 顯示屏刷新率 。 表 給出了 顯示平刷新率與 T0 初值關(guān)系表 。 基于 MS51 單片機的點陣電子顯 示屏的設(shè)計 22 表 顯示平刷新率與 T0初值關(guān)系表 刷新率 25 50 75 85 100