【文章內(nèi)容簡介】 文顯示屏（簡稱條屏），也可以按一定高 度比例做成矩形的平面圖文顯示屏。其實條屏只不過是其寬度遠大于高度的平面顯示屏，在顯示與控制的原理上并無區(qū)別。 從理論上說， 不論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形， 再 按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個 LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的 1 位（ 1bit），在需要該 LED 器件發(fā)光的數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填 1，否則填 0。當然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣 是 可行的。這樣依照所需顯示 的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模。組成一個字的點陣，其大小也可以有 16 1 2424 、 3232 、 4848 等不同規(guī)格。 漢字的點陣結(jié)構(gòu)相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)是用 16 進制格式以字節(jié)為單位表示的。 用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式圖文顯示 屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。 點陣顯示方式適應(yīng)信息變化的優(yōu)點，是以點陣顯示器的價格和其復(fù)雜的控制電路為代價的。點陣顯示器在整個顯示單元的所有位置上都布置了 LED 器件， 而像數(shù)碼管一類的顯示器件只在 需要發(fā)光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置是空白的。因此，點陣顯示器在相同面積情況下，價格要貴些。但是，數(shù)碼管可顯示的信息有限，只有 0～ 9 或單個的英文字符，由于組合形成的字符不多，所以其顯示數(shù)據(jù)和控重慶信息技術(shù)職業(yè)學院 1 制電路都比較簡單。點陣顯示器則不然，它要對點陣上全部 LED 進行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯 示數(shù)據(jù)和控制電路自然要復(fù)雜得多。因此，根據(jù)不同的場合 ，不同的顯示特點和格式可以分別采用數(shù)碼管器件或點陣顯示方式，有的情況可以采用兩者搭配的混合屏顯示方式。 圖文顯示屏的顏色，有 單色、雙色、和多色幾種。最常用的是單色圖文屏。單色屏多使用紅色 、 橘紅色或橙色 LED 點陣單元。雙色圖文屏和多色圖文屏，在 LED 點陣的每一個 “ 點 ” 上布置有兩個或多個不同顏色的 LED 發(fā)光器件。換句話說，對應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時候，各顏色的顯示點陣是分開控制的。事先設(shè)計好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時分別送到各自的顯 示點陣，即可實現(xiàn)預(yù)期效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同，因此掌握了單色圖文顯示屏的原理，雙色屏和多色屏就不難理解了。 2． 3 設(shè)計方案論證 2． 3． 1 顯示模式方案 為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式 ， 最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說的 “ 靜態(tài)顯示模式 ” 不同于靜態(tài)驅(qū)動方式。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動的。按照圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的 算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。例如，按順序調(diào)整行號，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達到左右平移的目的；同時調(diào)整行列順序，就能得到對角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。不過當算法太復(fù)雜，太浪費時間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲備用。刷新的時間控制，要考慮運動圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動感不顯著；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)。 同時控制 LED 顯示屏的各個發(fā)光點亮滅的方法稱為 靜態(tài)驅(qū)動顯示方式 。 1616的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 1616 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 1616 的點陣，在實際應(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很龐大的數(shù)字。 而且靜態(tài)顯示功耗大，顯示一個16 16的字的功耗為： 16 16 10 5=12800mW=！普通電池根本無法驅(qū)動，要是組成大顯示屏那功耗將更驚人。 因此 雖然靜態(tài)顯示效果好，但是 在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另一種稱為 動態(tài)掃描的顯示方法。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮， 這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套列驅(qū)動器 ， 每行 有 一個行驅(qū)動器， 具體就 1616的點陣來說，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）， 由行譯碼器給出的行選通信號， 從第一行開始，按順序依次對各行進行掃描 (把該行與電源的一端接通 )。另一方 面 ，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動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 燃重慶信息技術(shù)職業(yè)學院 1 單片機 列驅(qū)動器 行驅(qū)動器 LED 顯示點陣 電源 圖 21 顯示屏電路框圖 亮 相應(yīng)的 LED；未接通的列所對應(yīng)的 LED 熄滅。當一 行的掃描 持續(xù)時間結(jié)束后， 該行燃亮的 LED也就熄滅； 下一行又以同樣的方法進行顯示。全部各行都掃過一 遍 之后 (一個掃描周期 )，又從第一行開始下一個周期的掃描。只要一個掃描 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， 就不容易感覺出閃爍現(xiàn)象 ， 就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 而且動態(tài)掃描方式功耗低，硬件成本低，每個 LED 都不是連續(xù)工作，因而還有利于延長 LED 的使用壽命。 2． 3． 2 數(shù)據(jù)傳輸方案 采用掃描方式進行顯示時，顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位 一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各 列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸 方式 的問題。從控制電路到列驅(qū)動器的數(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，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大 ， 相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將 列數(shù)據(jù) 一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長， 數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換。首先，單片機從存儲器中讀出的 8 位并行數(shù)據(jù)要通過并串變換，按 順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器 。與此同 時，列驅(qū)動器中每一列都把當前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止。 只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅?這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以 分解列數(shù)據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以至影響到 LED 的亮度。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，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，準備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的 ，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)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能； 對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。圖 21 為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。 重慶信息技術(shù)職業(yè)學院 1 第三章 系統(tǒng)硬件 部分 設(shè)計 由于圖文屏的控制電路采用單片機方案，控制功能的實現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩方面進行折中。單片機及相應(yīng)軟件，主要負責存儲（或生成）顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號的定時與順序 等。但是單片機的接口數(shù)量少，驅(qū)動能力不強，必須擴展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。 系統(tǒng)硬件 部分 電路大致上可以分成穩(wěn)壓電源、單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動器電路 、行驅(qū)動器電路和 LED 顯示屏電路五部分。 3． 1 電源設(shè)計 穩(wěn)壓電源的功能是把 來自電網(wǎng)的 220V交流電壓 轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧摹⒎€(wěn)定的直流電 壓 。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖 31 所示 ： + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖 32 所示。圖中變壓器 T 將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為整流電路所需要的 交流電壓 ，再 經(jīng) 整流 電橋（ 4 個二極管） D1 將交流電壓變換成脈動的直流電壓 ，隨后 電解 電容 器 C1 將 脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較為平滑的直流電壓 。 為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容 C2，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器 IC1 穩(wěn)壓， 在輸出端 得到穩(wěn)定的 5V直流電壓 。 這時，在輸出端接上電容 C3，用以濾除輸出端的高頻信號，改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。 圖 31 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程 （ b）整流與穩(wěn)壓過程 （ a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 重慶信息技術(shù)職業(yè)學院 1 T2 2 0 V ～ 7 .5 VC31 0 4C21 0 4V i n1GND2V o u t3I C 17 8 0 5R11 0 0 ΩV C C1234D1B R I D G EC11 0 0 0 uSS W D2L E D+_ 3． 2 單片機系統(tǒng)及外圍電路 3． 2． 1 單片機的選擇 單片機采用 89C51 或其兼容系列的芯片 進行控制 ， 它負責控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。 這里我們選擇了內(nèi)含 4K 字節(jié) Flash的 AT89C51，因為我們只需要顯示特定的 圖形和 文字，無需龐大的字庫， 因此 4K Flash已經(jīng)可以滿足字庫儲存的需求，不需要 擴展 外存儲器。 3． 2． 2 AT89C51 芯片介紹 AT89C51 AT89C51 是 美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 Flash ROM 單片機。其最突出的優(yōu)點是片內(nèi) ROM 為 Flash ROM，可擦寫 1000 次以上 ， 應(yīng)用并不復(fù)雜的通用 ROM 寫入器就能方便的擦寫，讀取也很 方便， 價格 低廉 ，具有在片程序 ROM 二級保密系統(tǒng)。 因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 包含以下一些功能部件 ： （ 1）一個 8 位 CPU ； （ 2）一個片內(nèi)振蕩器和 時鐘電路 ； （ 3） 4KB Flash ROM ； （ 4） 128B 內(nèi) RAM； （ 5）可尋址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制電路 ； （ 6）兩個 16 位定時 /計數(shù)器 ； （ 7） 21 個特殊功能寄存器 ； （ 8） 4 個 8 位并行 I/O 口 ； （ 9）一個可編程全雙工串行口 ； （ 10） 5 個中斷源，可設(shè)置成 2 個優(yōu)先級 。 AT89C51 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個 引腳，圖 33 為其引腳排列圖。 40 個引腳大致可分為 4 類：電源、時鐘、控制各 I/O 引腳。 圖 32 電源電路圖 重慶信息技術(shù)職業(yè)學院 1 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T / V P D9P 3 . 0 / R x D10P 3 . 1 / T x D11P 3 . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014