【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要求及方案論證本方案設(shè)計(jì)一個(gè)電子顯示屏，具體要求滿足以下條件：(1) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易16 *16點(diǎn)陣顯示的LED電子顯示屏。(2) 利用串口通訊可以實(shí)現(xiàn)從電腦上發(fā)送漢字和字符，并在點(diǎn)陣屏上顯示出來。(3) 在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足、穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。(4) 能顯示一組特定漢字組成的句子，通過控制器切換顯示內(nèi)容，并具有掉電保護(hù)功能。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。 設(shè)計(jì)主要框圖如圖1所示。行驅(qū)動(dòng)器列驅(qū)動(dòng)器LED點(diǎn)陣 單 片 機(jī)圖1 硬件設(shè)計(jì)主框圖本設(shè)計(jì)是一個(gè)用LED點(diǎn)陣顯示16*16點(diǎn)陣漢字，顯示屏長(zhǎng)和高均為一個(gè)漢字?？偣诧@示“當(dāng)前時(shí)間、溫度、可見度”等漢字從左到右或者從下到上。設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)漢字朝固定方向滾動(dòng)顯示這一動(dòng)作而且給人以連續(xù)顯示不閃爍的感覺，就必須要求每幀的頻率大于25HZ。將點(diǎn)陣顯示屏逐行顯示，由于人眼惰性，在很短的時(shí)間下從上到下將點(diǎn)陣逐行點(diǎn)亮，就會(huì)使人感覺一整屏在顯示。采用的是8*8的LED點(diǎn)陣，8個(gè)共陽極COM端（A1～A8），每一個(gè)公共端都對(duì)應(yīng)一列的LED共8只。本設(shè)計(jì)的屏幕需要4塊的LED點(diǎn)陣。用單片機(jī)STC89C52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制模塊。單片機(jī)可把由按鍵讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進(jìn)行解碼處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)模塊（列驅(qū)動(dòng)器和行驅(qū)動(dòng)器），實(shí)現(xiàn)文字的顯示。點(diǎn)陣電子顯示屏為主要的顯示模塊，把單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)顯示出來,并且可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示。在顯示過程中，可以根據(jù)要求用按鍵來對(duì)顯示屏實(shí)時(shí)的選擇與切換。顯示模塊是本次設(shè)計(jì)最核心的部分，對(duì)于8*8LED點(diǎn)陣顯示有以下兩種方案：方案一：靜態(tài)顯示，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)所在的位置相對(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。將一幀圖像中的每一個(gè)二極管的狀態(tài)分別用0和1表示，若為0 ，則表示LED無電流，即暗狀態(tài)；若為1則表示二極管被點(diǎn)亮。若給每一個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，一幅畫面輸入以后，所有LED的狀態(tài)保持到下一幅畫。16*16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，16*16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16*16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。方案二：動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)一幅畫面進(jìn)行分割，對(duì)組成畫面的各部分分別顯示,是動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式，可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。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）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就16*16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（共陽極的接法），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點(diǎn)亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，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，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率)為50Hz， 發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)間≥1ms時(shí)，顯示亮度較好，無閃爍感。 鑒于上述原因, 我采用方案二。 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)，并列傳輸?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)都以傳輸?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成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。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，以致影響到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)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；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)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。方案一：采用時(shí)分復(fù)用的方法，把橫引腳直接接到單片機(jī)的I/O口上，但如果做到點(diǎn)陣做得比較長(zhǎng)時(shí)，用得比較多的I/O口，而且隨著點(diǎn)陣的長(zhǎng)度增加而增加。方案二：采用串口輸入并口輸出的方法，主要用到芯片是74HC595和74HC164，此方案是由74HC595輸出字碼74HC164作選通。由于74HC595是串口輸入并口輸出而且可以多塊芯片級(jí)聯(lián)，所要的I/O線比較少并不隨便顯示長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增多。基于以上分析，選用方案二。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)以40引腳單片機(jī)STC89C52為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。驅(qū)動(dòng)部份由兩個(gè)移位存儲(chǔ)器的74HC595和兩個(gè)移位寄存器74HC164組成，74HC595負(fù)責(zé)列掃描數(shù)據(jù)，74HC164負(fù)責(zé)行掃描數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)硬件整體電路整體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。整體電路如下圖2所示。圖2 系統(tǒng)整體電路通入5V的直流電，送到單片機(jī)、74HC595的電源端，單片機(jī)開始工作。單片機(jī)的PP3口輸出低電平，輸?shù)近c(diǎn)陣的列信號(hào)就是高電平，這樣于74HC595相連的的輸入點(diǎn)必須有低電平輸出否則就不會(huì)有燈亮，、先給左面的74HC595導(dǎo)通再控制74HC595導(dǎo)通，這樣從上到下從左到右依次掃描，根據(jù)程序中輸入的字型碼來顯示出所設(shè)定的字。因?yàn)槭袌?chǎng)上買不到16*16的點(diǎn)陣顯示屏,所以在現(xiàn)實(shí)中，硬件部分采用了4塊8*8的點(diǎn)陣顯示屏來構(gòu)成一塊16*6 LED顯示屏。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，時(shí)期顯示更穩(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)。P3口低3位與列驅(qū)動(dòng)器相連，送出列選信號(hào)；～。P0口和P1口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。最小系統(tǒng)電路如下圖3.圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路是單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯：電路將無法通信。他是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，晶振和瓷片電容是沒有正負(fù)的，注意兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地。瓷片電容作用是濾波，防止雜波干擾晶振的正常工作。復(fù)位電路，給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)一個(gè)一定時(shí)間的低電平）使程序從頭開始執(zhí)行；一般有兩中復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平；手動(dòng)復(fù)位，同過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，這時(shí)如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，不能正常工作，在這里我們需要注意用的電容是電解電容，是有正負(fù)的，如果接反了，他就會(huì)爆炸。[3]列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)寄存器，三態(tài)輸出的功能。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)在顯示本列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入存儲(chǔ)寄存器。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds）和一個(gè)串行輸出（Q739。）。存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74HC595引腳功能如表1所示。表1 74HC595引腳說明符號(hào)引腳描述Q0~Q7GNDQ739。MRSHCPSTCPOEDSVCC1~7（其中Q0為15腳）891011121314168位并行數(shù)據(jù)輸入地串行數(shù)據(jù)輸出主復(fù)位（低電平）移位寄存器時(shí)鐘輸入存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入輸出有效（低電平）串行數(shù)據(jù)輸入電源列驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。圖4 列驅(qū)動(dòng)電路將2片74HC595進(jìn)行級(jí)連，可共用一個(gè)移位時(shí)鐘SCK及數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)RCK。這樣，當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過SCK時(shí)鐘后便可將其全 部移入74HC595中，此時(shí)還將產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)RCK將數(shù)據(jù)鎖存在74HC595中，并在使能信號(hào)G的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行輸出，從而使與各輸 出位對(duì)應(yīng)的場(chǎng)驅(qū)動(dòng)管處于放大或截止?fàn)顟B(tài)；同時(shí)由行掃描控制電路產(chǎn)生信號(hào)使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)于第一列LED的正端都接高，顯然，第一列LED管的亮滅就取決于74HC595中的鎖存信號(hào)；此外，在第一行LED管點(diǎn)亮的同時(shí)，再在74HC595中移入第二列需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，同時(shí)由列掃描控制電路將第一列掃描管關(guān)閉而接通第二列，使第二列LED管點(diǎn)亮，以此類推，當(dāng)?shù)谑袙呙柽^后再回到第一列，這樣，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像。 行驅(qū)動(dòng)模塊由于4點(diǎn)陣顯示器有16行，為充分利用單片機(jī)的接口，本電路中加入了2個(gè)74HC164，74HC164是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。引腳圖及引腳說明如表2。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0，Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。具體引腳功能如表2所示。表2 74HC164引腳說明符號(hào)引腳描述DSADSBQ0~Q3GNDCPMRQ4~Q7VCC123—6789101314數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入輸出地時(shí)鐘輸入（邊沿觸發(fā)）中央復(fù)位輸入（低電平）輸出電源在本驅(qū)動(dòng)電路中，用兩個(gè)74HC164串