【文章內(nèi)容簡介】 I/O資源。 為解決靜態(tài)顯示占用較多 I/O 資源的問題，在多位顯示時(shí)通常采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的段碼線對應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位的輸出口控制，每位數(shù)碼管的公共端分別出一位 I/O 線控制。顯示不同數(shù)碼時(shí)，由位線控制各位輪流顯示。位線控制某位選通時(shí)，該位應(yīng)顯示數(shù)碼的段碼同時(shí)加在段碼線 4 上，即每一時(shí)刻僅僅有一位數(shù)碼管是被點(diǎn)亮的，當(dāng)輪流顯示的速度較快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，看起來就像所有位同時(shí)顯示一樣，這時(shí)，我們就能看到穩(wěn)定的圖像了 點(diǎn)陣顯示 原理 點(diǎn)陣顯示器實(shí)際上就是 LED 顯示器，構(gòu)成顯示器的所有 LED 都依矩陣形式排列。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，點(diǎn)亮 LED 的方法就是要讓該 LED 所對應(yīng)的 Y線、 X 線加上高、低電平，使 LED 處于正向偏置狀態(tài)。使用多行掃描的方式，可以實(shí)現(xiàn)很多動(dòng)態(tài)效果，點(diǎn)陣顯示器常采用掃描法，掃描方式包括：行掃描和列掃描。行掃描就是控制點(diǎn)陣顯示器的行線依次輸出有效驅(qū)動(dòng)電平，當(dāng)每行行線狀態(tài)有效時(shí)，分別輸出對應(yīng)的行掃描碼之列線驅(qū)動(dòng)該行 LED 點(diǎn)亮。列掃描控制列線依次輸出有效驅(qū)動(dòng)電平，當(dāng)?shù)?n列有效時(shí)，輸出列掃描至行線，驅(qū)動(dòng)該列 LED 點(diǎn)亮。 行掃描和列 掃描都要求點(diǎn)陣顯示器依次驅(qū)動(dòng)一行或一列（ 8個(gè) LED）。 具體就 8ｘ 8的點(diǎn)陣來說，把所有同 1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1行使其燃亮一定時(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 2 行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第8 行之后，又重新燃亮第 1 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，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了 。 3 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 硬件電路大致上可以分 成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路三部分。 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 單片機(jī)采用 89C51 或其兼容系列的芯片，采用 24M 或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來送顯示數(shù)據(jù)。 P1 口低 4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號； ~ 口則用來發(fā)送控制信號。 P0 和 P2口空著，在有必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM。 列驅(qū)動(dòng)電路 列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成，它具有一個(gè) 8位串入并出的移位寄存器和一個(gè) 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(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。 5 74HC595的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2所示。它的輸入 側(cè)有 8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳 SI 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SCK 是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將 SI 的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。 RCK 是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳 G 是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。 SCLR 信號是移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于 SCK 和 RCK 兩個(gè)信號是互相 獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為 QA～ QH，最高位QH可作為多片 74HC595 級聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級的級聯(lián)輸出。但因 QH 受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了 QH’ ，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出。 圖 31列驅(qū)動(dòng)及控制 6 行驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī) P1 口低 4位輸出的行號經(jīng) 4/16 線譯碼器 74LS154 譯碼后生成 16 條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng) 16 列的 LED進(jìn)行顯示，按每一 LED器件 20mA 電流計(jì)算， 16個(gè) LED 同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要 320mA電流，選用三極管 8550 作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。 圖 32 行控制及驅(qū)動(dòng) 7 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us才能完成復(fù)位操作。 圖 33復(fù)位信號的電路邏輯圖 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 4（ a） 所示。這佯，只要電源 Vcc的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電 平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 4（ b） 所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的， 其電路如圖 4（ c）所示： （ a） 上電復(fù)位 （ b）按鍵電平復(fù)位 （ c）按鍵脈沖復(fù)位 圖 34復(fù)位電路 8 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期。 電源 電路 圖 35電源電路 4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 這部分重點(diǎn)介紹主程序和顯示驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和要求。 系統(tǒng)主程序開始以后 ，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口； 接著自左到右 以 “ 滾動(dòng) ” 效果顯示 班級姓名 ，停留約 ；，由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。 LED 顯示屏硬件電路只要硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，一般無需調(diào)試即可 正常工作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由定時(shí)器 T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定。 從理論上來說， 24Hz 以上的刷新頻率就能看到穩(wěn)定的連續(xù)的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新頻率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序 占用的 CPU 時(shí)間越多。試驗(yàn)證明，在目測條件下刷新頻率 40Hz 一下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新頻率50Hz 以上的已基本察覺不出畫面的閃爍，刷新頻率達(dá)到 85Hz 以上時(shí)再增加畫面閃爍沒有明顯的改善 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，我們可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程 序由定時(shí)器 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn)。 9 系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實(shí)現(xiàn)。 從有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法（顯示效果處理）和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯示屏程序適宜采用 C語言編寫。 顯示驅(qū)動(dòng)程序 顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時(shí)器 T0 重新賦初值以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定， 1/16 掃描的顯示屏的刷新率（幀頻）的計(jì)算公式如下： )65 53 6(12161161 00 tfT o s c ????? 溢出率刷新率（幀頻） 其中 fosc為晶振頻率， t0為定時(shí)器 T0初值（工作在 16 位定時(shí)器模式）。 然后顯示 驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的