【文章內(nèi)容簡介】 74LS164級連過多會增加一次掃描的時(shí)間從而導(dǎo)致顯示出現(xiàn)閃爍。從端口輸出的顯示數(shù)據(jù)的顯示也要作出相應(yīng)的改變。圖37 74LSL64級連構(gòu)建大屏幕LED顯示屏的另一種方法是將以較小的LED顯示系統(tǒng)做為模塊進(jìn)行級連。由獨(dú)立的LED顯示系統(tǒng)組成一個(gè)大的LED顯示系統(tǒng)。其中各子顯示系統(tǒng)之間在功能和控制上都是相互獨(dú)立的，將一幅大屏幕畫面拆分為幾塊小畫面再分別送入到各子系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)同步顯示便可以得到一幅大的畫面。使用這種級連的辦法可以避免51單片機(jī)晶振頻率低的弱點(diǎn)，更容易實(shí)現(xiàn)大屏幕的顯示。但這種方法仍然存在難點(diǎn)，一是各獨(dú)立的子系統(tǒng)的通信和協(xié)調(diào)性要求更高了，如果要實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)性必須需要不斷更新顯示內(nèi)容則增加了通信數(shù)據(jù)量，逐個(gè)的單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)也會影響整個(gè)畫面的更新速度；二是成本提高了。在實(shí)際應(yīng)用中通常采用內(nèi)部擴(kuò)展和外部級連聯(lián)合使用的方法來構(gòu)建大屏幕LED顯示屏幕。即增加單個(gè)顯示系統(tǒng)顯示屏幕大小的同時(shí)又將單個(gè)的顯示系統(tǒng)級連。詳細(xì)硬件原理圖見附錄1。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，按照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示三大功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖24所示。通信程序接收數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。主程序的工作流程如圖41所示：中斷開始R1=1?起始位？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組將控制命令賦值給控制字符中斷返回開始系統(tǒng)初始從顯示數(shù)組讀取數(shù)據(jù)到顯示寄存讀取顯示控制命令選擇顯示調(diào)用相應(yīng)顯示程序圖41 主程序流程圖程序開始時(shí)首先必須對單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化，串行通信時(shí)通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各IO口功能的設(shè)定等。初始化完成后部中斷源由按鍵的電平變化觸發(fā)，外部中斷主要功能是選擇LED點(diǎn)陣顯示屏的控制程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個(gè)外部中斷源和串行中斷。外方式。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。中斷產(chǎn)生后由預(yù)先初始化時(shí)設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。中斷程序設(shè)定了LED點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。按照設(shè)定的方式和內(nèi)容顯示出所需要的內(nèi)容。 顯示程序的設(shè)計(jì) LED顯示屏的顯示方式 LED點(diǎn)陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種。 對靜態(tài)顯示來說，每一個(gè)發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)掃描顯示是把整個(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。動(dòng)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(shí)特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。從數(shù)據(jù)中讀取第1列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中讀取第16列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中讀取第2列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)選通第1列選通第2列選通第16列16*16LED16*16LED16*16LED選通LED第1列選通LED第2列選通LED第16列按數(shù)據(jù)導(dǎo)通相應(yīng)行按數(shù)據(jù)導(dǎo)通相應(yīng)行按數(shù)據(jù)導(dǎo)通相應(yīng)行讀取所需要顯示的數(shù)據(jù)至顯示寄存器圖42 掃描顯示程序原理圖 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)表達(dá)方式該顯示系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)采取縱向取模方向正向的數(shù)據(jù)存儲方式如圖43， 圖43 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)原理圖 即數(shù)據(jù)是縱向的，一個(gè)像素對應(yīng)一個(gè)位。8個(gè)像素對應(yīng)一個(gè)字節(jié)，字節(jié)的位順序是上高下低，比如從上到下8個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)是“**”(*為黑點(diǎn)，為白點(diǎn))，則轉(zhuǎn)換的字模數(shù)據(jù)是0x82(B1000_0010)。如圖(43)所示，一幅1616的點(diǎn)陣畫面點(diǎn)陣數(shù)據(jù)按照B1B2B3……B31B32存儲。所以一幅畫面的數(shù)據(jù)量為32字節(jié)。畫面顯示時(shí)選通的第i列對應(yīng)的數(shù)組元素為第i和i+16個(gè)元素[16]。 顯示程序的設(shè)計(jì)顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示、右移顯示、上移顯示、下移顯示五種種顯示方式。其中上下左右移動(dòng)程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦?。靜態(tài)顯示程序流程圖如圖44所示： 開始初始化讀取顯示數(shù)依次選通列，行74LS164的CLOCK端置低，鎖存器禁止輸出對應(yīng)行數(shù)組元素與0X01相與，相與結(jié)果寫入單片機(jī)端口輸出右移次數(shù)是否為8？鎖存器允許輸出Y圖44 靜態(tài)顯示程序流程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(gè)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[17]。開始讀入顯示數(shù)組顯示顯示數(shù)組元素在數(shù)組中的位置左/右移一位移動(dòng)次數(shù)是否是16YN開始讀入顯示數(shù)組顯示顯示數(shù)組元素在數(shù)組中的位置前/后移一位移動(dòng)次數(shù)是否是16NY圖45 左右移/上下移程序流程圖 動(dòng)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)程序的左右移動(dòng)。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(gè)數(shù)據(jù)。所以當(dāng)ULN2803選通時(shí)，而送入后一列的數(shù)據(jù)則相當(dāng)于畫面左移移位，同理送入前一列數(shù)據(jù)相當(dāng)于右移一位。如此循環(huán)則產(chǎn)生一幅穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的畫面。 顯示數(shù)組中，第1至16個(gè)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(gè)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?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生上下移動(dòng)的效果[18]。 通信程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。MCS51單片機(jī)的五個(gè)中斷源兩種類型：一類是外部中斷源；另一類是內(nèi)部中斷源，包括兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0和T1）的溢出中斷和串行口的接收和發(fā)送中斷。MCS51單片機(jī)設(shè)置了4個(gè)專用寄存器用于中斷控制，分別為定時(shí)器控制寄存器（TCON），串行口中斷控制器（SCON），中斷允許控制寄存器（IE），中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）。編程時(shí)通過設(shè)置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)。在編輯中斷程序時(shí)首先是將中斷控制寄存器（IE）初始化。其控制位分布如表。EA為中斷允許總控制位，EA=1時(shí)CPU開發(fā)中斷；EA＝1時(shí)。CPU屏蔽所有中斷。ES、ET、EXET0、EX0為對應(yīng)的串行口中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷、外部中斷1中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷、外部中斷0中斷的中斷允許位。對應(yīng)位為1時(shí)允許其中斷，對應(yīng)位為0時(shí)，禁止其中斷。表41 中斷允許寄存器格式D7D6D5D4D3D2D1D0EA——ESET1EX1ET0EX0所以初始化時(shí)設(shè)定中斷允許寄存器初值為0XFF，指令為 IE=0XFF。程序設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到中斷優(yōu)先級的問題。因?yàn)椴煌闹袛嗤瑫r(shí)產(chǎn)生而CPU響應(yīng)的順序取決于內(nèi)部查詢順序。設(shè)置串口工作方式1，波特率9600，計(jì)算可得計(jì)數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為0XFD。通信協(xié)議如表42所示：表42 串口通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第1個(gè)字節(jié)第2至第33個(gè)字節(jié)第34個(gè)字節(jié)內(nèi)容起始標(biāo)志位‘S’顯示數(shù)據(jù)控制指令作用判斷是否開始接收數(shù)據(jù)LED的顯示內(nèi)容控制LED顯示方式具體串口中斷程序流程圖如圖46所示，在主程序中先進(jìn)行了串行中斷的初始化，初始化內(nèi)容包括了串行工作方式選擇，波特率的設(shè)定，計(jì)數(shù)初值的設(shè)定。程序開始進(jìn)入中斷等待，當(dāng)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷接收允許位RI置1，將SBUF（緩沖寄存器）中的值輸入到暫存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。首先判斷數(shù)據(jù)是否設(shè)定的起始標(biāo)志位‘S’如果是則開始接收起始位后的33個(gè)字節(jié)，不是則中斷返回繼續(xù)等待。接收到第34個(gè)字節(jié)后便將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證比較。接收串口數(shù)據(jù)接收起始位后33位數(shù)據(jù)中段開始R1=1?起始位‘S’接收到第34位？將第2位起的32位數(shù)據(jù)發(fā)回控制系統(tǒng)中段返回圖46 通信程序流程圖所有軟件編寫完成后都必須經(jīng)過編譯才能被單片機(jī)識別使用。為了減小軟件的修改和優(yōu)化難度，先把各子程序?qū)憺橐粋€(gè)可單獨(dú)執(zhí)行的完整程序。各子程序編譯沒有錯(cuò)誤后再輸入單片機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，這兩項(xiàng)都通過后再將所有的程序整合到一起形成一個(gè)完整的程序再進(jìn)行編譯和驗(yàn)證。詳細(xì)程序見附錄2。結(jié) 論經(jīng)過一段時(shí)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(jì)，項(xiàng)目所要求的功能全部達(dá)到。通過這次設(shè)計(jì)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(gè)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[20]。從設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)采用AT89S51做核心控制器，74LS164和74LS373組成譯碼電路，三極管8550和ULN2803做行和列驅(qū)動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)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(jì)之前應(yīng)該進(jìn)行大量的資料收集和分析，確定一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路；（2）器件選擇時(shí)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(gè)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(gè)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。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(jì)結(jié)束了，但學(xué)習(xí)還在繼續(xù)。我相信通過此次設(shè)計(jì)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\。 致 謝這次能夠圓滿完成畢業(yè)設(shè)計(jì)我首先要感謝我的指導(dǎo)老師王全老師，感謝他在百忙之中對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)、勉勵(lì)、和督導(dǎo)，使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中避免了不少彎路。同時(shí)我要感謝大學(xué)四年里教過我課程的老師們，感謝他們對我知識增長所付出的辛勤勞動(dòng)。我還要感謝全班同學(xué)，感謝他們大學(xué)四年所做的所有令人感動(dòng)的、幽默的、滑稽的、荒誕的事情。我所在的實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)，我也要感謝你們。雖然大家來自不同專業(yè)相處時(shí)間也不長，但大家共同的愛好相同的目標(biāo)使得大家互相扶持共同努力。有了大家的幫助，使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)！謝謝大家！參考文獻(xiàn)[1] [J].世界電子元器件，2000, (02)：277301.[2] 關(guān)積珍,，2004，(02)：3437.[3] Jeyamkondan S，Jayas D S，Holly R dot matrix LED has 4mm profile. Electronics Weekly，11/26/2003 Issue 2125，3636，1/9p，1c；(AN 11842012).[4] [J].電子技術(shù)應(yīng)用，1996，(08)：5677.[5] Dave ，1998，(12)：17.[6] [J].電腦與信息技術(shù)，1997，(04)：613.[7] 高勝東，梁采，[J].成都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào)，1998，(03)：108120.[8] ，2005，(06)：35.[9] [D].佛山：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，1995.[10] 彭寧，[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1993，13(3)：8689.[11] 陳玉華，王銘霞. LED大屏幕顯示電路的設(shè)計(jì)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，(03)：5556.[12] 鄭剛，[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，（03）：4347.[13] 李元生. LED光柱專用驅(qū)動(dòng)器[J]. 家庭電子，2005，(04)：17.[14] 王亭，李瑞濤，[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2000(1)：2527.[15] [J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2002，(03)：5678.[16] [J].中國圖像圖形學(xué)報(bào)，2000，5(9)：725729.[17] [J].零陵師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，(9)：367380.[18] David F graphics algor