【文章內容簡介】 機 IO 口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。 LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構成的，要構成大屏幕的 LED 顯示屏就基于 AT89C51的點陣 LED顯示驅動程序 （ C語言）設計 4 需要多個發(fā)光二極管。構成 LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來， 二是選用一些由單個發(fā)光二極管構成的 LED 點陣子模塊構成大的 LED 點陣模塊。目前 市場上普遍采用的點陣模塊有 88 、 1616 幾種；這兩種屏幕構成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構成顯示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，模塊構成省約了大量的連線，不過當一個 LED 出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有 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，決定采取模塊構成的方法來制作一個 LED 點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風險。所以構建一個 1616的 LED 點陣屏選用四塊 88 點陣模塊 ,如圖 2 所示 。 圖 2 8X8LED 點陣 一 個 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機的端口驅動所以必須要對單片機的端口個數(shù)進行擴展。經(jīng)常采用的端口擴展方法是用串并轉換芯片進行 譯碼。常用的串并轉換芯片有 74LS154（ 4 線 16 線譯碼器）、 74LS164（ 8 位串并轉換器）、 74HC595 等 [9]。 51 系列單片機端口低電平時，吸入電流可達２０ｍＡ，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十 μ Ａ甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力，所以單片機不能直接驅動 LED 顯示屏顯示 [10]。在基于 AT89C51的點陣 LED顯示驅動程序 （ C語言）設計 5 單片機和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅動電路。 LED 顯示原理 人眼的亮度感覺不會因光源的消失而立即消失，要有一個延遲時間，這就是視覺的惰性。視覺惰性 可以理解為光線對人眼視覺的作用、傳輸、處理等過程都需要時間，因而使視覺具有一定的低通性。實驗表明，當外界光源突然消失時，人眼的亮度感覺是按指數(shù)規(guī)律逐漸減小的。這樣當一個光源反復通斷，在通斷頻率較低時，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時，視覺就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應的亮度變化了。不致于引起閃爍感覺的最低反復通斷頻率稱為臨界閃爍頻率。通 [11]過實驗證明臨界閃爍頻率大約為24Hz。因此采用每秒 24 幅畫面的電影，在人看起來就是連續(xù)活動的圖象了。同樣的原理，日光燈每秒通斷 50 次，而人看起來卻是一直亮的。由于視覺具有 惰性，人們在觀察高于臨界閃爍頻率的反復通斷的光線時，所得到的主觀亮度感受實際上是客觀亮度的平均值 [12]。 視覺惰性可以說是 LED 顯示屏得以廣泛應用的生理基礎。首先，在 LED 顯示屏中可以利用視覺惰性，改善驅動電路的設計，形成了目前廣為采用的掃描驅動方式。掃描驅動方式的優(yōu)點在于 LED 顯示屏不必對每個發(fā)光燈提供單獨的驅動電路，而是若干個發(fā)光燈為一組共用一個驅動電路，通過掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點燃，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來各組燈都在發(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 幾十萬只的范圍，所以節(jié)約驅動電路的效益是十分可觀的 [13]。 串行傳輸與并行傳輸技 術 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，顯示屏每個單元內部的不同驅動電路和各級聯(lián)單元之間，每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù)。采用這種方式的驅動 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)傳輸驅動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性價比，具體工程實現(xiàn)也較為容易。 自動檢測及遠程控制技術 LED 顯示屏的構成復雜，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行。在 LED 顯示屏的控制系統(tǒng)中，因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進行自動檢測控制，也可根據(jù)需要，遠程實現(xiàn)對顯示屏的亮度、色度調節(jié)、圖像水平和垂直位置的調節(jié)以及工作方式的轉換等 。 動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術 LED 顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息的刷新技術有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式。一般室內顯示屏多采用動態(tài)掃描技術，即一行發(fā)光二極管共用一行驅動寄存器，根據(jù)共用一行驅動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，分為 1/4,1/16 掃描等。室外顯示屏基本上采基于 AT89C51的點陣 LED顯示驅動程序 （ C語言）設計 6 用靜態(tài)鎖存技術，即每一個發(fā)光一極管都對應有一個驅 動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光一極管的亮度占空比為 100%。動態(tài)掃描法可以大大減少控制器的 I/O口，因此應用較廣 [14]。 系統(tǒng)總體 電路圖 如圖 3 所示，擬采用以 AT89C51 單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由 AT89C51芯片、電源、 74HC15 16 16 LED 點陣 5 部分組成。 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的位置相對應的 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。 16ｘ 16 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16ｘ 16 的點陣，在實際應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。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(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 16 行）的同名列共用一套驅動器。具體就 16ｘ 16 的點陣來說，把所有同 1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發(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間，然后熄滅；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 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的點陣 LED顯示驅動程序 （ C語言）設計 7 LED 驅動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅動器。顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器 T0 重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定 ， 然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號，從顯 示緩存區(qū)內讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。 主程序電路圖如圖 4 所示。 基于 AT89C51的點陣 LED顯示驅動程序 （ C語言）設計 8 圖 4 主程序電路 圖 3 基于 AT89C51 的點陣 LED 顯示驅動程序 設計 系統(tǒng) 主 程序設計 LED 點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復雜，在實際應用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示文字信息的脈沖信號，反復 循環(huán)以上操作，就可顯示文字信息。 本系統(tǒng)中下位機（單片機 89C51）的主要功能就是實現(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。 程序見附錄 A 圖 5 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 讀取 ROM 數(shù)據(jù) 轉換對應點陣數(shù)據(jù) 緩沖處理 顯示效果處理 顯示結束 送入顯示緩沖區(qū) 結束 N Y 基于 AT89C51的點陣 L