【文章內(nèi)容簡介】 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)動本設(shè)計采用74LS154作為點(diǎn)陣屏列控制信號，因?yàn)?54可以輸出16位的控制信號，所以只要掃描頻率可以，點(diǎn)陣屏就可以看成是穩(wěn)定平滑過渡，沒有閃爍的感覺，給人以正常的視覺效果。74LS154引腳圖39如圖所示。圖39 74LS15474LS154可以將4 個二進(jìn)制編碼輸入譯成16 個彼獨(dú)立的輸出之一，還可以將數(shù)據(jù)從一個輸入線分配到16 個輸出的任意一個而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。圖310和311是74LS154內(nèi)部邏輯連接圖和管腳功能示意圖。圖310 內(nèi)部邏輯連接 圖311 管腳功能74LS154為4線——16線譯碼器，可以實(shí)現(xiàn)地址的擴(kuò)展。該譯碼器采用先進(jìn)的硅結(jié)構(gòu)CMOS技術(shù)，并適合內(nèi)存地址譯碼和數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。它抗噪聲能力強(qiáng)，低功耗，并與低電壓TTL電路兼容。功能特性：傳輸延遲：21ns電源提供靜態(tài)電流：80181。A電源電壓范圍：2―6V低電平輸入電流：最大1181。A引腳功能說明：111 1317 ：輸出端。（outputs (active LOW)）12：Gnd電源地 （ground (0 V)）1819：使能輸入端 (enable inputs (active LOW))2023地址輸入端 (address inputs)24：VCC電源正 (positive supply voltage)地址/全能輸入對應(yīng)輸出表功能真值表注意：H = 高電平（HIGH voltage level）L = 低電平（LOW voltage level）X = 任意電平（don’t care）只要控制端GG2任意一個為高電平，A、B、C、D任意電平輸入都無效。74LS154是此集成電路的TTL版本，其功耗更小，功能一樣。譯碼器在單片機(jī)系統(tǒng)中一般起擴(kuò)展I/O的作用，當(dāng)外設(shè)比較多，單片機(jī)的引腳不夠用的時候，就可以由74LS154把4個單片機(jī)I/O口擴(kuò)展為16個。增強(qiáng)了單片機(jī)控制外設(shè)的能力。這種單片 4 線—16 線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器。當(dāng)兩個選通輸入E1 和E2 為低時, 它可將4 個二進(jìn)制編碼的輸入譯成16 個互相獨(dú)立的輸出之一。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用4 個輸入線(A、B、C、D)寫出輸出線的地址，使得在一個選通輸入為低時數(shù)據(jù)通過另一個選通輸入。當(dāng)任何一個選通輸入是高時，所有輸出都為高。 點(diǎn)陣屏分類1. 按顏色基色分：單基色顯示屏:單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯 示一千六百多萬種色。 2. 按顯示器件分： LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。LED視頻顯示屏：顯示器件是由許多發(fā)光二極管組成，可以顯示視頻、動畫等各種視頻文件。3. 按使用場合分類室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ3mmΦ8mm，顯示面積一般幾至十幾平方米。室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。4. 按發(fā)光點(diǎn)直徑及間距分類室內(nèi)屏（按直徑分）：Φ3mm、Φ5mm、室外屏（按間距分）：PHPH1PH1PH1PHPH2...... 點(diǎn)陣工作原理圖312為8*8點(diǎn)陣LED等效電路，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點(diǎn)亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。一般我們使用點(diǎn)陣顯示漢字是用的16*16的點(diǎn)陣宋體字庫，所謂16*16，是每一個漢字在縱、橫各16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。也就是說得用四個8*8點(diǎn)陣組合成一個16*16的點(diǎn)陣。 圖312 點(diǎn)陣原理圖LED顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來，如圖312所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的LED點(diǎn)陣模塊。目前市場上普遍采用的點(diǎn)陣模塊有81616幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當(dāng)一個LED出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個LED點(diǎn)陣顯示屏。為了避免模塊的缺點(diǎn)，選擇點(diǎn)陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風(fēng)險。所以構(gòu)建一個1664的LED點(diǎn)陣屏選用塊88點(diǎn)陣模塊。如圖313所示，本設(shè)計采用了16個8*8的點(diǎn)陣發(fā)光二級管模塊，組成了16*64的LED點(diǎn)陣顯示屏。LED驅(qū)動顯示采用的動態(tài)驅(qū)動掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，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，先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定的時間，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)亮相同的時間，然后熄滅；…第十六行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣的輪回速度足夠快（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。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。圖313點(diǎn)陣顯示電路 系統(tǒng)總電路圖 第四章 軟件設(shè)計如果說硬件是一個人的身體軀干，那么，軟件就是一個人的靈魂、思想。只有合理并且完美的程序才能使指導(dǎo)一個人成功地去完成一項(xiàng)任務(wù)。對于單片機(jī)來說更是如此，基礎(chǔ)的硬件電路焊接好后，就需要從軟件設(shè)計來下手，想要實(shí)現(xiàn)硬件電路的正常工作，往往需要對軟件進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計的思想、設(shè)計的目標(biāo)、設(shè)計方案、代碼的編寫、軟件的測試等對軟件設(shè)計的成功有著非同一般的指導(dǎo)意義。 主程序設(shè)計思想及流程圖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)計的要求顯示。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)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。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)。本設(shè)計從單片機(jī)上電開始，先進(jìn)行初始化操作，單片機(jī)執(zhí)行顯示程序后，點(diǎn)陣屏可以輸出顯示結(jié)果，此過程單片機(jī)要對74HC595的觸發(fā)端進(jìn)行調(diào)整，為下一次重新執(zhí)行做好準(zhǔn)備工作；數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿把單片機(jī)端口輸出的8位串行數(shù)據(jù)輸入移位寄存器中，在STcp的上升沿到來后再把數(shù)據(jù)輸送到到存儲寄存器中去。若顯示程序成功執(zhí)行一個周期，則重新跳回到初始化狀態(tài)進(jìn)行下一周期的顯示，若沒有顯示完全，則一直在顯示程序內(nèi)執(zhí)行，直到本次顯示完全實(shí)現(xiàn)。流程圖如圖41所示。開始系統(tǒng)初始化調(diào)用顯示程序調(diào)整數(shù)據(jù)指針N是否顯示完？Y圖41 主程序流程圖 顯示驅(qū)動程序設(shè)計顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示2種種顯示方式。其中左移動程序調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦?。對靜態(tài)顯示來說，每一個發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)．這種方式系統(tǒng)原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅(qū)動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低。另一種動態(tài)掃描顯示是把整個LED屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分……直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行．在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面．也就是說采用動態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅(qū)動電路可重復(fù)利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，使用時的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護(hù)要容易許多，可靠性也增加了．兩種顯示方式的比較再結(jié)合51單片機(jī)IO口數(shù)量有限的原因決定采用動態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。動態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖42所示，先選通列然后再從行送入對應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第1列到第16列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。圖42 掃描顯示程序原理圖顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對應(yīng)關(guān)系第i列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個元素。將對應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與0X01相與，所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。開始讀入顯示數(shù)組顯示顯示數(shù)組元素邏輯左移一位移位次數(shù)是否為16NY圖43 左移程序流程圖動態(tài)顯示程序流程如圖45所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲原理通過改變實(shí)際LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來實(shí)現(xiàn)程序的左移。顯示數(shù)據(jù)與列的對應(yīng)關(guān)系為：第i列對應(yīng)的數(shù)據(jù)為數(shù)組中i和第2i個數(shù)據(jù)。顯示數(shù)組中，第1至16個元素的第8至第1位LED顯示屏中的第1至第8行。同理第17至32個元素的第8至第1位LED顯示屏中的第9至第16行。所以將元素數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生左移動的效果。第五章 制作與調(diào)試軟件硬件完成后開始進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸出輸入電壓是否符合設(shè)計要求，最后測試各硬件部分能否完成設(shè)計功能。因此把硬件調(diào)試按照以下四部分分步來進(jìn)行：1. 測試所有焊點(diǎn)是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在；2. 通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計要求的范圍內(nèi)；3. 測試USB下載的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)；4. 測試覆銅板上的線路是否存在短路斷路；由于最重要的顯示系統(tǒng)功能的測試需要軟件配合所以在硬件調(diào)試部分只測試單片機(jī)復(fù)位電平，功能部分測試放在系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試部分來完成。 短路與虛焊檢測檢測工具為萬用表，使用萬用表的短路報警功能，逐個測試相臨的兩個焊點(diǎn)檢測是否短路。按照電路圖檢測需要連接的兩點(diǎn)是否短路來檢測是否已經(jīng)連接上，以此來檢測虛焊的情況。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險和由于虛焊引起檢測結(jié)果不真實(shí)的麻煩。 上電測試由于系統(tǒng)測試時是采用USB電源為系統(tǒng)電源，所以電源輸入都為5V。顯示系統(tǒng)中單片機(jī)、譯碼器，鎖存器，驅(qū)動電路的電源電壓均要求為5V所以可同時直接接入。上電后首先觀察電路是否有過熱，異味，冒煙的現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過觀察，沒有這些現(xiàn)象出現(xiàn)。然后測試各器件的電源，接地及一些電平應(yīng)該固定的端口的電壓。測試的結(jié)果為：～。 系統(tǒng)軟件調(diào)試由于已經(jīng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，所以軟件調(diào)試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗(yàn)證其功能的可實(shí)現(xiàn)性。在進(jìn)行功能調(diào)試前必須用KEIL C對所有程序進(jìn)行編譯。如圖51，52所示：圖52下載 總結(jié)經(jīng)過一段時間的工作，終于完成了基于51單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計所要求的功能全部達(dá)到。通過這次設(shè)計收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識還有更為重要的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和過程中所發(fā)現(xiàn)的問題。接手題目之后從互聯(lián)網(wǎng)上對LED進(jìn)行了詳細(xì)的資料收集，從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的兩方面對LED進(jìn)行了了解。通過了解我認(rèn)識到LED是一門當(dāng)今應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，整個產(chǎn)業(yè)每年都會有巨大的產(chǎn)值而且技術(shù)還在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。從設(shè)計之初就確定了參照大屏幕顯示屏的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)際情況設(shè)計一款小屏幕的LED點(diǎn)陣顯示屏。在查閱了大量的大屏幕顯示屏資料后確定了題目的設(shè)計方案。整個設(shè)計采用STC89S52RC做核心控制器，74LS154做成譯碼電路，74HC595做成列驅(qū)動。在實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計的過程中所遇到的問題和困難給我留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和深刻教訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是：1. 設(shè)計之前應(yīng)該進(jìn)行大量的資料收集和分析，確定一個清晰的設(shè)計思路；2. 器件選擇時要詳細(xì)閱讀器件使用手冊，不但要考慮器件的功能實(shí)現(xiàn)還要考慮器件在整個系統(tǒng)中的兼容性；3. 硬件的系統(tǒng)的建立必須合理和穩(wěn)定，實(shí)物建立之前最好進(jìn)行仿真這樣才能為軟件提供一個可靠的試驗(yàn)平臺；4. 軟件的編寫不但要實(shí)現(xiàn)功能還要不斷的優(yōu)化、簡練、易讀。5. 電路板的制作過程中要不斷自己的去實(shí)踐和發(fā)現(xiàn)捷徑，從而更快更好的完成整個設(shè)計的制作。隨著課題的進(jìn)行，對LED的了解也越來越深入。認(rèn)為LED技術(shù)也會進(jìn)一步發(fā)展，LED應(yīng)用將會更加廣泛?？梢栽O(shè)想利用LED的高穩(wěn)定性和低能耗，再與無線通信技術(shù)相結(jié)合在沙漠深處或者人跡罕至的雪山之顛樹立一塊依靠太陽能充電，通過無線傳輸方式更改顯示內(nèi)容的信息板為登山者提供指示和天氣信息，為沙漠迷路的人指引方向。設(shè)計結(jié)束了，但學(xué)習(xí)還在繼續(xù)。我相信通過此次設(shè)計所得到的知識、心得、經(jīng)驗(yàn)?zāi)酥粮惺芏紩屛以谝院蟮娜兆永锸芤娣藴\。參考文獻(xiàn)[1][M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.[2][M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[3]