【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī) IO 口進(jìn)行擴(kuò)展增加單片機(jī)并行輸出的能力。 LED 顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的 LED 顯示屏就基于 AT89C51的點(diǎn)陣 LED顯示驅(qū)動(dòng)程序 （ C語(yǔ)言）設(shè)計(jì) 4 需要多個(gè)發(fā)光二極管。構(gòu)成 LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來(lái)， 二是選用一些由單個(gè)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(chǎng)上普遍采用的點(diǎn)陣模塊有 88 、 1616 幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)只需更換一個(gè)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(guò)當(dāng)一個(gè) LED 出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)同在一個(gè)模塊的所有 LED 都必須被更換。這就加大了維修的成本 [8]。 兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來(lái)制作一個(gè) 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(lái)減小出現(xiàn)這一問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。所以構(gòu)建一個(gè) 1616的 LED 點(diǎn)陣屏選用四塊 88 點(diǎn)陣模塊 ,如圖 2 所示 。 圖 2 8X8LED 點(diǎn)陣 一 個(gè) 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)所以必須要對(duì)單片機(jī)的端口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。經(jīng)常采用的端口擴(kuò)展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行 譯碼。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有 74LS154（ 4 線 16 線譯碼器）、 74LS164（ 8 位串并轉(zhuǎn)換器）、 74HC595 等 [9]。 51 系列單片機(jī)端口低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)２０ｍＡ，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十 μ Ａ甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏顯示 [10]。在基于 AT89C51的點(diǎn)陣 LED顯示驅(qū)動(dòng)程序 （ C語(yǔ)言）設(shè)計(jì) 5 單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動(dòng)電路。 LED 顯示原理 人眼的亮度感覺(jué)不會(huì)因光源的消失而立即消失，要有一個(gè)延遲時(shí)間，這就是視覺(jué)的惰性。視覺(jué)惰性 可以理解為光線對(duì)人眼視覺(jué)的作用、傳輸、處理等過(guò)程都需要時(shí)間，因而使視覺(jué)具有一定的低通性。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)外界光源突然消失時(shí)，人眼的亮度感覺(jué)是按指數(shù)規(guī)律逐漸減小的。這樣當(dāng)一個(gè)光源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時(shí)，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時(shí)，視覺(jué)就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了。不致于引起閃爍感覺(jué)的最低反復(fù)通斷頻率稱為臨界閃爍頻率。通 [11]過(guò)實(shí)驗(yàn)證明臨界閃爍頻率大約為24Hz。因此采用每秒 24 幅畫(huà)面的電影，在人看起來(lái)就是連續(xù)活動(dòng)的圖象了。同樣的原理，日光燈每秒通斷 50 次，而人看起來(lái)卻是一直亮的。由于視覺(jué)具有 惰性，人們?cè)谟^察高于臨界閃爍頻率的反復(fù)通斷的光線時(shí)，所得到的主觀亮度感受實(shí)際上是客觀亮度的平均值 [12]。 視覺(jué)惰性可以說(shuō)是 LED 顯示屏得以廣泛應(yīng)用的生理基礎(chǔ)。首先，在 LED 顯示屏中可以利用視覺(jué)惰性，改善驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，形成了目前廣為采用的掃描驅(qū)動(dòng)方式。掃描驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于 LED 顯示屏不必對(duì)每個(gè)發(fā)光燈提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路，而是若干個(gè)發(fā)光燈為一組共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點(diǎn)燃，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來(lái)各組燈都在發(fā)光。由于 LED 顯示屏所使用的發(fā)光燈數(shù)量很大，一般在幾千只到 幾十萬(wàn)只的范圍，所以節(jié)約驅(qū)動(dòng)電路的效益是十分可觀的 [13]。 串行傳輸與并行傳輸技 術(shù) LED 顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術(shù)，顯示屏每個(gè)單元內(nèi)部的不同驅(qū)動(dòng)電路和各級(jí)聯(lián)單元之間，每個(gè)時(shí)鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅(qū)動(dòng) IC 種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)元件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比，具體工程實(shí)現(xiàn)也較為容易。 自動(dòng)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制技術(shù) LED 顯示屏的構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直 接影響顯示屏的正常運(yùn)行。在 LED 顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對(duì)溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)控制，也可根據(jù)需要，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)以及工作方式的轉(zhuǎn)換等 。 動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù) LED 顯示屏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示信息的刷新技術(shù)有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內(nèi)顯示屏多采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動(dòng)寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動(dòng)寄存器的發(fā)光二極管像素?cái)?shù)目，分為 1/4,1/16 掃描等。室外顯示屏基本上采基于 AT89C51的點(diǎn)陣 LED顯示驅(qū)動(dòng)程序 （ C語(yǔ)言）設(shè)計(jì) 6 用靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個(gè)發(fā)光一極管都對(duì)應(yīng)有一個(gè)驅(qū) 動(dòng)寄存器，無(wú)需時(shí)分工作，從而保證了每一個(gè)發(fā)光一極管的亮度占空比為 100%。動(dòng)態(tài)掃描法可以大大減少控制器的 I/O口，因此應(yīng)用較廣 [14]。 系統(tǒng)總體 電路圖 如圖 3 所示，擬采用以 AT89C51 單片機(jī)為核心芯片的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要由 AT89C51芯片、電源、 74HC15 16 16 LED 點(diǎn)陣 5 部分組成。 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)所在的位置相對(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。 16ｘ 16 的點(diǎn)陣共有 256 個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多的端口，這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是 16ｘ 16 的點(diǎn)陣，在實(shí)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(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這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(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 16 行）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就 16ｘ 16 的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同 1 行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 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，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 圖 3 顯示屏電路框圖 基于 AT89C51的點(diǎn)陣 LED顯示驅(qū)動(dòng)程序 （ C語(yǔ)言）設(shè)計(jì) 7 LED 驅(qū)動(dòng)顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器 T0 重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定 ， 然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯 示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。 主程序電路圖如圖 4 所示。 基于 AT89C51的點(diǎn)陣 LED顯示驅(qū)動(dòng)程序 （ C語(yǔ)言）設(shè)計(jì) 8 圖 4 主程序電路 圖 3 基于 AT89C51 的點(diǎn)陣 LED 顯示驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 主 程序設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示文字信息的脈沖信號(hào)，反復(fù) 循環(huán)以上操作，就可顯示文字信息。 本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī) 89C51）的主要功能就是實(shí)現(xiàn) LED 顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其顯示程序流程如圖 5 所示。 程序見(jiàn)附錄 A 圖 5 主程序流程圖 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 讀取 ROM 數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣數(shù)據(jù) 緩沖處理 顯示效果處理 顯示結(jié)束 送入顯示緩沖區(qū) 結(jié)束 N Y 基于 AT89C51的點(diǎn)陣 L