【文章內(nèi)容簡介】 顏色的顯示點陣是分開控制的。事先設(shè)計好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時分別送到各自的顯示點陣，即可實現(xiàn)預(yù)期效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同，因此掌握了單色圖文顯示屏的原理，雙色屏和多色屏就不難理解了。LED顯示屏的分類 按顏色基色可以分為：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顏色。按顯示器件分類：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)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案2．1 需要實現(xiàn)的功能設(shè)計一個室內(nèi)用1616點陣LED圖文顯示屏，要求在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。2．2 顯示模式方案論證為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式，最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動方式。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動的。按照圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。例如，按順序調(diào)整行號，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達(dá)到左右平移的目的；同時調(diào)整行列順序，就能得到對角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。不過當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費時間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲備用。刷新的時間控制，要考慮運動圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動感不顯著；刷新太快了，中間過程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 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(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制LED顯示屏的各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616的點陣共有256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，1616的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是1616的點陣，在實際應(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很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，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(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套列驅(qū)動器，每行有一個行驅(qū)動器，具體就1616的點陣來說，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（共陽的接法），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燃亮一定的時間，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燃亮相同的時間，然后熄滅；……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，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。2．3 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，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(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)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列驅(qū)動器。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(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(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以至影響到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，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。單片機列驅(qū)動器行驅(qū)動器LED顯示點陣電源圖21 顯示屏電路框圖經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(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，串并移位寄存器準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 由于圖文屏的控制電路采用單片機方案，控制功能的實現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩方面進(jìn)行折中。單片機及相應(yīng)軟件，主要負(fù)責(zé)存儲（或生成）顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號的定時與順序等。但是單片機的接口數(shù)量少，驅(qū)動能力不強，必須擴展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。系統(tǒng)硬件部分電路大致上可以分成穩(wěn)壓電源、單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動器電路、行驅(qū)動器電路和LED顯示屏電路五部分。3．1 5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計 5V穩(wěn)壓電源原理穩(wěn)壓電源的功能是把來自電網(wǎng)的220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧?、穩(wěn)定的直流電壓。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成。（1）交流電壓變換部分。一般的電子設(shè)備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的220V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要任務(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷海瑫r還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。（2）整流部分。整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈動電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動成份（稱為紋波），因此一般還不能直接用來給負(fù)載供電，否則，紋波的變化會嚴(yán)重影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。（3）濾波部分。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流電進(jìn)行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上是一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。（4）穩(wěn)壓部分。盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。變壓器把220V交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流電中仍會含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。如圖31所示。（a）穩(wěn)壓電源電路的基本方框圖u4 u3 u2 uI u10 t t t t t 0 0 0 0 （b）整流與穩(wěn)壓過程圖31 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖32所示。，再經(jīng)整流電橋（4個二極管）D1將交流電壓變換成脈動的直流電壓，隨后電解電容器C1將脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較為平滑的直流電壓。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容C2，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓，在輸出端得到穩(wěn)定的5V直流電壓。這時，在輸出端接上電容C3，用以濾除輸出端的高頻信號，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈.圖32 電源電路圖 穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、波紋電壓及溫度系數(shù)等。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個方面的要求：穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓Usr(整流、濾波輸出電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓Usc的變化一般要求很小。輸出電阻小 負(fù)載變化時（從空載到滿載），輸出電壓Usr應(yīng)基本保持不變。電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定。輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。3．2 單片機系統(tǒng)及外圍電路3．2．1 單片機的選擇在這個設(shè)計中單片機采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24MHZ或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。它負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。這里我們選擇了內(nèi)含4K字節(jié)Flash的AT89C51，因為我們只需要顯示特定的圖形和文字，無需龐大的字庫，因此4K Flash已經(jīng)可以滿足字庫儲存的需求，不需要擴展外存儲器。3．2．2 AT89C51芯片簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51包含以下一些功能部件：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路AT89C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳，圖24為其引腳排列圖。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制各I/O引腳。Vcc——芯片電源，接+5V；Vss——接地端。2． 時鐘XTALXTAL2——晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端?？刂凭€共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。1）ALE/——地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。①ALE功能：用來鎖存P0口送出的低八位地址。AT89C51在并行擴展外存儲器時，P0口用于分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是高8位地址信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號。圖33 AT89C51引腳圖需要指出的是，當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令，ALE以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。②功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。2） ——外ROM讀選通信號。89C51讀外ROM時，每個機器周期內(nèi)兩次有效輸出。 可作為外ROM芯片輸出允許的選通信號。在讀內(nèi) ROM或讀外RAM時，無效。3）RST/VPD——復(fù)位/備用電源。正常工作時，RST端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平，AT89C51芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。 ②VPD功能：在VCC掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由VPD向片內(nèi)RAM供電，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。4）/VPP——內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。4． I/O引腳功能：正常工作時，為內(nèi)外ROM選擇端。AT89C51單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外。當(dāng)保持高電平時，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC值超過4KB時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。當(dāng)保持低電平時，則只訪問外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。AT89C51有P0、PPP3 4 個8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口是一組8位漏級開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時P1 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時被外部信號拉低的P1 口會因為內(nèi)部上拉而輸出一個電流。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P2 口寫入1時P2 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P2 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器時，分別作為地址高位字節(jié)和