【文章內(nèi)容簡介】 在使用點陣模塊時，為了使顯示屏達(dá)到理想的顯示效果，就必須正確選擇運用 LED 點陣模塊。應(yīng)注意以下各點： 首先 ， 正確選擇 LED 模塊的發(fā)光強度。人眼對顏色、反差等參數(shù)相當(dāng)敏感。人眼對發(fā)光體的感知，是把該發(fā)光體放在周圍環(huán)境下，精心對比而產(chǎn)生的結(jié)果。在大范圍內(nèi)對 LED 顯示屏的亮度感受，是在與環(huán)境光進行對比的結(jié)果。因此在 LED 模塊發(fā)光強度的選擇與調(diào)節(jié)方面，應(yīng)該仔細(xì)考慮環(huán)境光的影響。一般在室內(nèi)條件下，可采用普通亮度發(fā) 光模塊或高亮度發(fā)光模塊，在室外條件下采用超高亮度發(fā)光模塊。 其次，在 LED 顯示屏的安裝方面需要注意的問題，主要有屏體大小與觀察距離的關(guān)系和安裝傾角等。屏體大小與觀察距離應(yīng)該有適當(dāng)?shù)谋?例，一 般情況 下觀察 距離可 以取屏體 對角線 長度的 220倍，在 610 倍的距離上觀察效果較好。屏體安裝時，應(yīng)注意模塊發(fā)光的指向性，當(dāng)屏體安裝高度 很高時，應(yīng)該是屏體保持一定的傾角 ，以便使發(fā)光的主要防線指向最佳觀察位置。 最后，屏體的安裝還要注意顯示平的電磁輻射對外界的影響，以及外界電磁輻射對顯示屏的影響。戶外顯示屏為避免陽光照射造成反 差 降低的后果，可以考慮加裝整體的或分散到每個光源的遮光板或遮光罩。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)硬件主要由控制部分和驅(qū)動顯示部分組成，控制核心為 AT89C51 單片機。 硬件整體組成及工作原理 本產(chǎn)品采用以 AT89C51 單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由 AT89C51芯片、時鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動電路 74HCl54（ 實際制作中考慮成本問題改為兩個 74HC138 聯(lián)合 ） 、 16 32LED 點陣 5部分組成，如圖 3 32 所示。 圖 31 控制電路 A電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 圖 32 控制電路 B 其中， AT89C51 是一種帶 4kB 閃爍可編程可擦除只讀存儲器 (Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory， FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS 型 8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，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS 一 5l 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，能夠進行 1 000 次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為 10 年。他是一種高效微控制器，為很多嵌人式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在智能化電子設(shè) 計與制作過程中經(jīng)常用到 AT89C51 芯片。時鐘電路由AT89C5l 的 18， 19 腳的時鐘端 (XTAI l 及 XTAL2)以及 12 MHz 晶振 X、電容 CC3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻 R，R2，電容 C，開關(guān) K組成，分別接至 AT89C51 的 RST 復(fù)位輸入端。 LED 點陣顯示屏采用 16 32 共 512 個象素的點陣，可通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布。 我們把行列總線接在單片機的 I／ 0口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的漢字了。但 是若將 LED點陣的行列端口全部直接接入89C5 1 單片機，則需要使用 32條 I／ 0口，這樣會造成 I／ 0口資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴充的余地。因此，我們在實際應(yīng)用中只是將 LED 點陣的 16 條行線直接接在 P0 口和 P2 口，至于列選掃描信號則是由 4— 16線譯碼器 74HCl54 來選擇第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 控制，這樣一來列選控制只使用了單片機的 4 個 I／ O口，節(jié)約了很多 I／ O口資源，為單片機系統(tǒng)擴充使用功能提供了條件。 LED 點陣顯示系統(tǒng)的功能及工作過程 LED 點陣顯示系統(tǒng)主要用在公共場所顯示文字信息。用戶在計算 機 上 通 過 控制 軟 件 將編 輯 好 的文 字 和 相應(yīng) 的 控 制命 令 經(jīng) 通訊 線路傳至系統(tǒng)的控制部分，或?qū)⒁@示的文字編程寫入控制單元存儲器，顯示屏即可根據(jù)用戶選擇的方式逐頁循環(huán)顯示用戶編輯好的文字。本系統(tǒng)還具有脫機顯示方式。在這種方式下，用戶將顯示內(nèi)容傳至顯示部分后，計算機就可以不再介入顯示過程，顯示系統(tǒng)就可以根據(jù)用戶設(shè)定的模式顯示所要顯示的信息。這樣的功能對于用顯示屏顯示簡短明確的信息來說，比如顯示車站、機場的車次、航班信息，或者商廈的歡迎詞，或?qū)懽洲k公樓的簡短通知等等，不適為最方便、最有效和最經(jīng)濟的一種方式。 一般顯示屏工作過程如下 : 用戶將待顯示的信息 輸入主控計算機中，由計算機中的控制軟件把輸入的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)微機串行接口發(fā)送到通信轉(zhuǎn)換電路，以便進行傳輸。主控部分的通信接口接收到信號后，將其存儲在緩沖區(qū)內(nèi)。主控 CPU 識別控制命令及顯示數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。副 CPU 則從顯示緩沖區(qū)取出顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示單元。顯示單元接收到本單元的數(shù)據(jù)后，按照規(guī)定的頻率在本區(qū)域內(nèi)獨立進行掃描顯示。副 CPU 分別定時從雙端口存儲器和溫度控制器中讀出時間值、溫 度值，經(jīng) 查詢字 庫后轉(zhuǎn) 換成顯 示數(shù)據(jù) 送到顯示 單元。 LED點陣顯示系統(tǒng)的功能流程圖如圖 33 所示。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 控制單元 設(shè)計 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能 AT89C51 實物圖如下： 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 圖 34 AT89C51 實物圖 AT89C51 單片機 采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu) ， 它是ATMEL公司 AT89C系列中性價比很高的一種 CMOS8位單片機 ,它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與 INTEL 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機高度兼容 ,提 供 以 下 功 能 :4K 字 節(jié) 閃 速 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器（ FLASHEEPROM） ,128 字節(jié) RAM,15 根可編程 I/O 引線 ,2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ,1個 5 向量中斷結(jié)構(gòu) ,1個全雙工串行口 ,1個精密模擬比 較器 ,兩級程序加密 ,直接 LED驅(qū)動 ,掉電保護工作方式 ,以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 圖 35 是它的引腳配置。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 Pin20：接地腳。 Pin40：正電源腳，工作時，接 +5V 電源。 Pin19: 時鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 Pin18: 時鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 Pin39Pin32： 輸入輸出腳。 Pin1Pin8： 輸入輸出腳。 Pin10Pin17： 輸入輸出腳。 Pin9: RESET 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通 電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 Pin30： ALE/ PROG 當(dāng)訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。如果單片機是 EPROM，在編程其間， PROG 將用于輸入編程脈沖。 Pin29： PESN 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲 器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31： EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。 行驅(qū)動電路及 74LS138 譯碼器 74LS138 譯碼器引腳圖及功能表如下： 圖 36 74LS138 譯碼器引腳圖及功能表 從上圖可看出 74LS138 是 38 譯碼器，它具有三個使能端，三個數(shù)據(jù)輸入端，只電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 有當(dāng)使能端 S1 為高電平，而 S2 與 S3 之和為低電平時，才能正常工作。本制作采用兩片 138 級連 組成 416 的譯碼器，然后與 P1 口相連接作為顯示屏的 行 選擇線，級連電路圖如下： 圖 37 74LS138 級聯(lián)圖 G 為勢能端， D， C， A， B 為譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端，例：當(dāng)輸入 D， C， B，A 為 1000 時，則 U3 的第一列有效。 16個 9012pnp 三極管作為連接四六譯碼器的十六個輸出端，作為開關(guān)使用，驅(qū)動 LED 的行線。 列驅(qū)動電路及 74HC595 列驅(qū)動電路有集成電路 74HC595 構(gòu)成。它具有一個 8位串入并出的移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。 74HC595 的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 38 所示。它的輸入側(cè)有 8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳 SI 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SCK 是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將 SI 的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。 移位 后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。 RCK 是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳 G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時鎖存器的輸出才開放，否第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 則為高組態(tài)。 SCLR 信號是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時移位寄存器的輸出全部為零。由于 SCK 和 RCK 兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為 QA～ QH，最高位 QH 可作為多片 74HC595級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因為 QH 受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖 存器前引出 QH，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出。 QB 1 16 Vcc QC 2 15 QA QD 3 14 SI QE 4 13 G QF 5 12 RCK QG 6 11 SCK QH 7 10 SCLR GND 8 9 QH 圖 38 74HC595 外形及引腳 在實際電路設(shè)計制作過程中的幾點問題 *32 點陣的連接 本系統(tǒng)的設(shè) 計及制 作基于簡 單直接和 經(jīng)濟的 原則，在 器件和電路的選擇上用比較便宜的器件，整個電路焊接在一塊電路板（制作專門的 PCB 費用太高，所以本制作焊接在萬能開發(fā)板上）上完成，由于器件比較多，管腳排列也比較密集，所以在焊接的時難度大。特別是 16*32 點陣的連接，不僅要正確連接模塊之間的引腳，更要正確排列出 16*32 點陣陰陽的引腳線，難度大。 的接入 AT89C51 作為整個系統(tǒng)的控制核心， 在焊接時應(yīng)先把 40PIN IC插 座 按 正 確 位置 焊 接 好在 插 入 單片 機 ， 以避 免 在 焊接 時 的 高溫 對89C51 的損傷。插座焊接時要注意到各引腳的位置與點陣模塊的輸出相互對應(yīng)，合理的安排器件位置，使整個電路簡潔。 74HC595 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 三極管在本系統(tǒng)中做驅(qū)動，其中 PNP 管 s9012 作為列驅(qū)動，在電路焊接時應(yīng)該正確判別三極管的類型和管腳以便正確接入。這里簡單介紹下使用萬用表檢測三極管。 判別基極和管子的類型 可 選用歐姆檔的 R*100（或 R*1K）檔，先用紅表筆接一個管腳，黑表筆接另一個管腳，可測出兩個 電阻 值，然后再用紅表筆接另 一個管腳，重復(fù)上述步驟，又測得一組電阻值，這樣測 3 次，其中有一組兩個阻值都很小的，對應(yīng)測得這組值的紅表筆接的為基極，且管子是 PNP型的；反之，若用黑表筆接一個管腳，重復(fù)上述做法，若測得兩個阻值都小，對應(yīng)黑表筆為