【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要掃描速度大于 24Hz，由于掃描 的速度 很快， 而 人眼 睛 的視覺(jué)有暫留效應(yīng)，就可以看到顯示的是完整的圖形或文字。 C1L E DC3L E DC5L E DC7L E DC2L E DC4L E DC6L E DC8L E DC9L E DC 1 1L E DC 1 3L E DC 1 5L E DC 1 0L E DC 1 2L E DC 1 4L E DC 1 6L E D行 1行 2行 3行 4列 1 列 2 列 3 列 4 圖 11 4*4 共陽(yáng)極 LED 點(diǎn)陣 4 例如，若要圖中所示 16 個(gè) LED 顯示一個(gè)“口”字的方框，則首先在列 1～４上寫入列編碼 信號(hào)，接著應(yīng)將對(duì)應(yīng)的行上加選通信號(hào)，即在行、列的信號(hào)端分別加上如表 11所示數(shù)據(jù)： 表 11 在點(diǎn)陣上所加的行信號(hào)以及列選擇信號(hào) 列 1 列 2 列 3 列 4 行 1 0 0 0 0 行 2 0 1 1 0 行 3 0 1 1 0 行 4 0 0 0 0 這樣，當(dāng)?shù)谝恍羞x通時(shí)列信號(hào)為 0000；第二行選通時(shí)列信號(hào)為 0110；第三行選通時(shí)列信號(hào)為 0110；第四行選通時(shí)列信號(hào)為 0000；再選通第一行送列信號(hào) 0000??如此循環(huán)下去，當(dāng)刷新頻率足夠高時(shí)（大于 24Hz），由于人眼的視覺(jué)暫留特性，便可觀察到穩(wěn)定的方框 [8]。 如果從理論上說(shuō)，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 [9]。 16*32 的點(diǎn)陣共有 512 個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多端口，如果我們采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按 8位的鎖存器來(lái)計(jì)算， 16*32的點(diǎn)陣需要 64個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字顯然也是很龐大的，而且成本很昂貴，我們僅僅是 16*32的 2 個(gè)漢字點(diǎn)陣，然而在實(shí)際應(yīng)用中需要的數(shù)量是很巨大的，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)用中的顯示屏幾乎都不采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式，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(shuō)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 4 行 )的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。具體就 16*32 的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同一列的發(fā)光二極管的陰極連在一起，再去驅(qū)動(dòng)這一列 LED (共陽(yáng)接法 )，每一列先送出對(duì)應(yīng)第 1 行發(fā)光管對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第 1 行使其點(diǎn)亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第 2行的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第 2 行使其點(diǎn)亮相同的時(shí)間，然后熄滅??第 4行之后，又重新點(diǎn)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(jué)暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 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。 5 顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的程序存儲(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?shù)膯?wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用串行方式。 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只?2 根線：數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。將行數(shù)據(jù)一位一位傳往行驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面是 非常 經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù) 按順序一位一位地輸出給行驅(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(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 (傳輸 )和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，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，留給顯示的時(shí)間就太少了，以致 用眼觀察 到 的 LED 的亮度 降低 。 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(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示驅(qū)動(dòng)電路就需要具有鎖存功能。經(jīng)過(guò)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)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，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)打人并行鎖存器進(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。同時(shí)為了 LED 顯示的亮度，采用 4行掃描，每個(gè)漢字上面有 2 個(gè) 16 列驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，列驅(qū)動(dòng)器的位置應(yīng)該是在第 1 行 ， 第 5行， 第 9行與第 13 行， 即每個(gè) 16*16 的漢字點(diǎn)陣是有 4 個(gè) 8*8 的點(diǎn)陣組成的陣列，掃描的時(shí)候同時(shí)掃描顯示第 1行 ，第 5 行，第 9行與第 13 行 ，第二次掃描的時(shí)候顯示第 2行 ，第 6 行 ，第 10 行與 第 14行，以此類推，最后顯示第 4行 ，第 8 行，第 12 行與 第 16行，如圖 ： 第 1 行全亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 2 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 3 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 4 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 5 行不亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 6 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 7 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 8 行不亮 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 6 第 9 行全亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 10 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 11 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 12 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 13 行不亮 ● ● ● ● ● ● ● ● |● ● ● ● ● ● ● ● 第 14 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 15 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 第 16 行不亮○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ |○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 圖 12 LED 點(diǎn)陣順序點(diǎn)亮 綜合上述可以看出整個(gè)點(diǎn)陣顯示的實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該如圖 13 所示： 圖 13 顯示屏電路框圖 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)電路以及LED 點(diǎn)陣陣列三大部分。 在實(shí)際應(yīng)用中的大屏幕 LED 點(diǎn)陣顯示屏，都是采用很多的顯示模塊組成，每個(gè)模塊一般是有 32*64 個(gè)點(diǎn)陣組成，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)自己那部分 LED 的顯示 。 MCS51 列驅(qū)動(dòng) 行 驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣序列 7 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 概述 本章分 闡述了 LED 點(diǎn)陣 控制系統(tǒng) 的 單片機(jī) 的 各種動(dòng)作功能和控制要求 、型號(hào)的 原則和單片機(jī) 的概述性的介紹 。并且 給出 控制系統(tǒng)操作流程 ， 介紹了 部分軟硬件及功能。 單片機(jī) 的 選擇及 基本功能 的概述 在進(jìn)行 此設(shè)計(jì)之前，我們首先要明確使用哪個(gè)型號(hào)的單片機(jī)，通過(guò)性能與實(shí)際情況的對(duì)比，在此我選擇 MCS— 51 系列單片機(jī)。 MCS— 51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品為 8051,8751,8031。它們的組成與基本性質(zhì)都是相同的。通常我們所說(shuō)的 MCS— 51 這個(gè)術(shù)語(yǔ)，泛指以 8051 為內(nèi)核的單片機(jī)。 圖 21 是 8051的引腳圖。 8051 有 40 個(gè)引腳。其中有兩條主電源引腳，兩條外接晶體引腳， 4條控制或其他電源復(fù)用的引腳， 32 條 I/O 引腳。 圖 21 8051 的引腳圖 8 8051 是 ROM 型單片機(jī)，內(nèi)部有 4KB 的掩膜 ROM，及單片機(jī)出廠時(shí)，程序已有生產(chǎn)廠家固化在程序存儲(chǔ)器中，它的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)有以下特性： （ 1）面向控制的 8位 CPU； （ 2） 128B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； （ 3）可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； （ 4） 32 根雙向和可單獨(dú)尋址的 I/O 線； （ 5）兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； （ 6）含基本指令 111 條， 其中單機(jī)器周期指令 64種。 圖 22 所示為 MCS51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，它由八個(gè)部件組成，即中央處理器（ CPU）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM），輸入輸出接口，可編程串行口，位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR），各部分通過(guò)內(nèi)部總線連接 。 圖 22MCS51 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) MCS51 單片機(jī)由中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口組成 [10]。 CPU 是單片機(jī)的核心部分，它的作用時(shí)度如何分析每條指令，根據(jù)每條指令的功能要求，控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。 MCS51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 8 位的 CPU，它是由運(yùn)算器和控制 器 組成的。運(yùn)算器主要來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破魇怯脕?lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算器進(jìn)行工作的部件。它的功能是從程序存儲(chǔ)器中提取指令，送到指令寄存器，在進(jìn)入指令譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過(guò)定 時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)間發(fā)出各種操作所需要的全部?jī)?nèi)部控制信息及 CPU 外部所需的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作， 完成 微處理器 控制部分 B RAM P0 口 P1 口 程序存儲(chǔ)器 P1 口 串行口 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 P3 口 中斷系統(tǒng) 特殊功能寄存器（ SFR） XTAL2 XTAL1 PSEN ALE EA RESET 9 指令所規(guī)定的各種操作。 MCS51 單片機(jī)有 4 個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器。 8051 內(nèi)有 4KB 的程序存儲(chǔ)器和 128B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 此 外還可以在片外擴(kuò)展 64KB 的程序存儲(chǔ)器和 64KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖 23 示出了 8051 存儲(chǔ)器結(jié) 構(gòu) 。 圖 23 8051 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖 8051 有 4 個(gè)八位并行 I/O，記作 P0， P1， P2和 P3，共 32 根線。實(shí)際上它們就是特殊功能寄存器中的四個(gè)，在此不作一一介紹。 在單片機(jī)工作時(shí)，供電電源如果發(fā)生停電或瞬間停電，將會(huì)是單片機(jī)停止工作。電源恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)重新進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，停電前 RAM 中的數(shù)據(jù)全部丟失。這種現(xiàn)象對(duì)于一些重要的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是不允許發(fā)生的。在這種情況下，需要進(jìn)行掉電保護(hù)處理 ，這樣就可以避免不必要的麻煩發(fā)生了。 其余 硬件 的 概述 根據(jù) 上述 所要求的 控制任務(wù)決定由 8051 來(lái)完成后， 下一步我們選擇外圍硬件。 對(duì) 此的選擇我們要考慮到下面兩個(gè)問(wèn)題： （ 1）功能方面 所有 硬 件即芯片 一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的 芯片F(xiàn)FFF 外部RAM 內(nèi)部ROM EA=1 外部ROM EA=0 0FFF 0000 1000 SFR RAM 位尋址 區(qū) 工作寄存器 03組 FF 80 30 20 00 FFFF RAM 外部RAM 0000 10 是否有能力控制任務(wù)。對(duì)計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)?8051 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 芯片 有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 芯片 價(jià)格相差很大， 有的 能相差 40%以上。在使用 芯片 較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 在此設(shè)計(jì)中，我主要用到了 74LS245 芯片， 74LS138 芯片 ,74HC595 芯片和 4953 芯片，我主要對(duì)前三種新片介紹一下， 4953 芯片只具有控制行電路的 功能，在這我就不介紹了。 軟件方案 設(shè)計(jì) 的概述 1. 單片機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) 單片機(jī) 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： (1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密