【文章內容簡介】 要掃描速度大于 24Hz，由于掃描 的速度 很快， 而 人眼 睛 的視覺有暫留效應，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 共陽極 LED 點陣 4 例如，若要圖中所示 16 個 LED 顯示一個“口”字的方框，則首先在列 1～４上寫入列編碼 信號，接著應將對應的行上加選通信號，即在行、列的信號端分別加上如表 11所示數(shù)據(jù)： 表 11 在點陣上所加的行信號以及列選擇信號 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?shù)谝恍羞x通時列信號為 0000；第二行選通時列信號為 0110；第三行選通時列信號為 0110；第四行選通時列信號為 0000；再選通第一行送列信號 0000??如此循環(huán)下去，當刷新頻率足夠高時（大于 24Hz），由于人眼的視覺暫留特性，便可觀察到穩(wěn)定的方框 [8]。 如果從理論上說，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點所在位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅動顯示方式 [9]。 16*32 的點陣共有 512 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， 16*32的點陣需要 64個鎖存器。這個數(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 個漢字點陣，然而在實際應用中需要的數(shù)量是很巨大的，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字 。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用靜態(tài)驅動顯示方式，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，這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行 (比如 4 行 )的同名列共用一套列驅動器。具體就 16*32 的點陣來說，把所有同一列的發(fā)光二極管的陰極連在一起，再去驅動這一列 LED (共陽接法 )，每一列先送出對應第 1 行發(fā)光管對應的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第 1 行使其點亮一定的時間，然后熄滅；再送出第 2行的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第 2 行使其點亮相同的時間，然后熄滅??第 4行之后，又重新點亮第1行，反復輪回。當這樣輪 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，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個列驅動器。 5 顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的程序存儲器中，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)都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅動器的數(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、時鐘線。將行數(shù)據(jù)一位一位傳往行驅動器，在硬件方面是 非常 經濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù) 按順序一位一位地輸出給行驅動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(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，留給顯示的時間就太少了，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。即在顯示本行數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示驅動電路就需要具有鎖存功能。經過上述分析，可以 歸納出列驅動器電路應具備的主要功能：對數(shù)據(jù)準備來說，它應能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對數(shù)據(jù)顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打人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。同時為了 LED 顯示的亮度，采用 4行掃描，每個漢字上面有 2 個 16 列驅動器驅動，列驅動器的位置應該是在第 1 行 ， 第 5行， 第 9行與第 13 行， 即每個 16*16 的漢字點陣是有 4 個 8*8 的點陣組成的陣列，掃描的時候同時掃描顯示第 1行 ，第 5 行，第 9行與第 13 行 ，第二次掃描的時候顯示第 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 點陣順序點亮 綜合上述可以看出整個點陣顯示的實現(xiàn)電路結構應該如圖 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系統(tǒng)及外圍電 路、列驅動電路和行驅動電路以及LED 點陣陣列三大部分。 在實際應用中的大屏幕 LED 點陣顯示屏，都是采用很多的顯示模塊組成，每個模塊一般是有 32*64 個點陣組成，每個模塊負責自己那部分 LED 的顯示 。 MCS51 列驅動 行 驅動 LED 點陣序列 7 系統(tǒng)總體方案設計 概述 本章分 闡述了 LED 點陣 控制系統(tǒng) 的 單片機 的 各種動作功能和控制要求 、型號的 原則和單片機 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 的 選擇及 基本功能 的概述 在進行 此設計之前，我們首先要明確使用哪個型號的單片機，通過性能與實際情況的對比，在此我選擇 MCS— 51 系列單片機。 MCS— 51 系列單片機的典型產品為 8051,8751,8031。它們的組成與基本性質都是相同的。通常我們所說的 MCS— 51 這個術語，泛指以 8051 為內核的單片機。 圖 21 是 8051的引腳圖。 8051 有 40 個引腳。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，內部有 4KB 的掩膜 ROM，及單片機出廠時，程序已有生產廠家固化在程序存儲器中，它的 內部結構有以下特性： （ 1）面向控制的 8位 CPU； （ 2） 128B 的片內數(shù)據(jù)存儲器； （ 3）可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲器； （ 4） 32 根雙向和可單獨尋址的 I/O 線； （ 5）兩個 16 位定時 /計數(shù)器； （ 6）含基本指令 111 條， 其中單機器周期指令 64種。 圖 22 所示為 MCS51 單片機的基本結構，它由八個部件組成，即中央處理器（ CPU）片內數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），片內程序存儲器（ ROM），輸入輸出接口，可編程串行口，位定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR），各部分通過內部總線連接 。 圖 22MCS51 單片機基本結構 MCS51 單片機由中央處理器、存儲器和 I/O 接口組成 [10]。 CPU 是單片機的核心部分，它的作用時度如何分析每條指令，根據(jù)每條指令的功能要求，控制各個部件執(zhí)行相應的操作。 MCS51單片機內部有一個 8 位的 CPU，它是由運算器和控制 器 組成的。運算器主要來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯運算?？刂破魇怯脕斫y(tǒng)一指揮和控制計算器進行工作的部件。它的功能是從程序存儲器中提取指令，送到指令寄存器，在進入指令譯碼器進行譯碼，并通過定 時和控制電路，在規(guī)定的時間發(fā)出各種操作所需要的全部內部控制信息及 CPU 外部所需的控制信號，使各部分協(xié)調工作， 完成 微處理器 控制部分 B RAM P0 口 P1 口 程序存儲器 P1 口 串行口 定時 /計數(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 單片機有 4 個存儲空間：片內程序存儲器和片外程序存儲器，片內數(shù)據(jù)存儲器和片外程序存儲器。 8051 內有 4KB 的程序存儲器和 128B 數(shù)據(jù)存儲器。 此 外還可以在片外擴展 64KB 的程序存儲器和 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器。圖 23 示出了 8051 存儲器結 構 。 圖 23 8051 存儲器結構示意圖 8051 有 4 個八位并行 I/O，記作 P0， P1， P2和 P3，共 32 根線。實際上它們就是特殊功能寄存器中的四個，在此不作一一介紹。 在單片機工作時，供電電源如果發(fā)生停電或瞬間停電，將會是單片機停止工作。電源恢復時，單片機重新進入復位狀態(tài)，停電前 RAM 中的數(shù)據(jù)全部丟失。這種現(xiàn)象對于一些重要的單片機應用系統(tǒng)是不允許發(fā)生的。在這種情況下，需要進行掉電保護處理 ，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 控制任務決定由 8051 來完成后， 下一步我們選擇外圍硬件。 對 此的選擇我們要考慮到下面兩個問題： （ 1）功能方面 所有 硬 件即芯片 一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的 芯片F(xiàn)FFF 外部RAM 內部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。對計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或對 8051 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的 芯片 有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 （ 2）價格方面 不同廠家的 芯片 價格相差很大， 有的 能相差 40%以上。在使用 芯片 較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。 在此設計中，我主要用到了 74LS245 芯片， 74LS138 芯片 ,74HC595 芯片和 4953 芯片，我主要對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 設計 的概述 1. 單片機 控制系統(tǒng)設計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計 單片機 控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： (1)最大限度地滿足被控對象的控制對象。設計前，應深入現(xiàn)場進行調查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密