【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)的算法。不過當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費(fèi)時(shí)間的話，也可以考慮預(yù)先 生成刷新數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)備用。刷新的時(shí)間控制，要考慮運(yùn)動(dòng)圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動(dòng)感不 顯著；刷 新太快了，中間過程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì) 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(shí)控制 LED 顯示屏的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅 的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。 1616 的點(diǎn)陣共有 256 個(gè)發(fā)光二極管， 顯然單片機(jī)沒有這么多端口， 如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按 8 位的鎖存器來計(jì)算， 1616 的點(diǎn)陣需要 256/8=32 個(gè)鎖存器。 這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是 1616 的點(diǎn) 陣，在實(shí)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(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 6 屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而 采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。 動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如 16 行） 的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，具體就 1616 的點(diǎn)陣來說，把所有同一行的 發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一 行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅； 再送出第二行的數(shù) 據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；??第十六行之后，又重新燃亮第一 行，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 顯示屏上穩(wěn)定的圖形了 。 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按 8 位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù) 據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量 大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才 能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯 示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以至影響到 LED 的亮度。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具 有鎖存功能。 經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)于列數(shù) 據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù) 據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 7 第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)框圖及介紹 LED 點(diǎn)陣總體框圖如圖 所示，點(diǎn)陣電路大體上可以分成微機(jī)本身的硬件、顯示驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)電路三部分?？刂齐娐凡糠职ㄒ粋€(gè) 51CUP 和一些外圍電路。在整個(gè)電路當(dāng)中此控制電路部分相當(dāng)于一個(gè)上位機(jī)，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、與 PC 機(jī)的串行通訊、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。點(diǎn)陣顯示屏體、以及它的行和列的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。由于兩部分的電路在制板時(shí)可以放到一起，所以可以將其字庫放到控制電路部分使用串行通訊方式來與屏體電路部分進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。 單片機(jī)列 驅(qū) 動(dòng) 器電 源L E D 顯 示 點(diǎn) 陣行驅(qū)動(dòng)器 圖 顯示屏電路框圖 此顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描 (把該行與電源的一端接通 )。另一方而，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的 LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的 LED 熄滅。 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 8 控制電路模塊 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的各種功能部件，包括 CPU（ Central Processing Unit）、存儲(chǔ)器（ memory）、基本輸入 /輸出 (Input/Output，簡(jiǎn)稱 I/O)接口電路、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和中斷系 統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱為微控制器 (MicroController Unit，簡(jiǎn)稱 MCU)。 時(shí) 鐘 電 路 R O M 定 時(shí) / 計(jì) 數(shù) 器R A MC P U并 行 接 口 串 行 接 口 中 斷 系 統(tǒng)T X D R X D I N T 0 I N T 1圖 單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來顯示數(shù)據(jù)。P1 口低 4 位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)； ～ 口則用來發(fā)送控制信號(hào)。P0 口和 P2 口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM,圖 給出的是 AT89C51 的最小系統(tǒng)圖。 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 9 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 注 ： 該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位 RESET 電路、晶體振蕩電路以及 I/O 接口電路組成。 復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用 2 種方式 ： 開機(jī)上電復(fù)位和外部手動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)用的是外部手動(dòng)復(fù)位。電路如圖 ： 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 10 單片機(jī)引腳介紹 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口， 每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) 。 P3 口： P3 口管腳 是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口特殊功能 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 11 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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)引腳圖如圖 ： 圖 單片機(jī)的引腳圖 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 12 顯示模塊介紹 8X8 點(diǎn)陣介紹 從圖 可以看出，點(diǎn)亮跨接在某行某列的 LED 發(fā)光二極管的條件是：對(duì)應(yīng)的輸出高電平，對(duì)應(yīng)的輸出低電平。列如 Y7=1， I7=0 時(shí)，對(duì)應(yīng)于右下角的 LED發(fā)光。如果再很短的時(shí)間內(nèi)依次點(diǎn)亮多個(gè)發(fā)光二極管，我們就可以看到多個(gè)二極管穩(wěn)定點(diǎn)亮，及看到要顯示的數(shù)字、字母或其他圖形符號(hào)，這就是動(dòng)態(tài)顯示原理。 一個(gè) 8X8LED 點(diǎn)陣需要使用兩個(gè)并行端口，一個(gè)端口控行線，另一個(gè)控制列線。顯示過程以行掃描的形式進(jìn)行，掃描顯示過程是每次顯示一行 8 個(gè) LED，顯示時(shí)間稱為行周期， 8 行掃描顯示完成后開始新一輪掃描，這段時(shí)間稱為場(chǎng)周期。行與行之間延時(shí) 1~2ms。延時(shí)時(shí)間受 50HZ 閃爍頻率的限制，不能太大，用保證掃描所有 8 行所用時(shí)間之和在 20 ms 以內(nèi)。 圖 8X8LED 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和焊接面引腳圖 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 13 組成 16X16 點(diǎn)陣顯示屏介紹 如圖 所示電路為由 4 片 8X8LED 點(diǎn)陣組成的 16X16LED 點(diǎn)陣于單片機(jī)之間的接口電路。正反面焊接面如圖 與圖 所示。其中片 1 與片 2 的行并聯(lián)在一起組成 ROW0~ROW7,片 3 與片 4 的行并聯(lián)在一起組成 ROW8~ROW15；片 1 與片 3 的列并聯(lián)在一起組成 COLO~COL7，片 2 與片 4 的列并聯(lián)在一起組成COL8~COL15。然后用 P1 和 P3 外加驅(qū)動(dòng) 74HC154 控制行信號(hào) ROW0~ROW15，用 P0 和 P2 外加限流控制信號(hào) COL0~COL15。 行與行之間延時(shí) 1ms，保證掃描所用時(shí)間之和在 20ms。并且我們的實(shí)物連接是按照從右到左從上到下的規(guī)則來定義字形碼數(shù)組順序的。 圖 LED 顯示屏焊接電路實(shí)物圖 （正面） 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 14 圖 LED 顯示屏焊接電路實(shí)物圖（反面） 圖 4 片 8X8LED 點(diǎn)陣組成的 16X16LED 點(diǎn)陣圖 基于單片機(jī)的點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì) 15 文字 顯示及移動(dòng)顯示介紹 從結(jié)構(gòu)上可知，它的每一列共用一根列線，每一行共用一根行線。當(dāng)相應(yīng)的行接高電平，列接低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。通常情況下，一塊 8X8像素的 LED 顯示屏是不能用來顯示一個(gè)漢字的，因此，按照其原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展為 16X16，就足以顯示一個(gè)完整的漢字。在顯示過程中，多采用掃描方式，利用人的視覺暫停效應(yīng)，只要刷新速率不小于 25 幀 /秒，就不會(huì)有閃爍的感覺。 LED點(diǎn)陣顯示屏采用 16 16 共 256 個(gè)象素的點(diǎn)陣，通過萬用表檢測(cè)發(fā)光二極管的方法測(cè)試判斷出該點(diǎn)陣的引腳分布。 我們以 UCDOS 中文宋體字庫為例，每一個(gè)字由 16 行 X 16 列的點(diǎn)陣組成顯示。即國(guó)標(biāo)漢字