【文章內容簡介】 選中其中一列的點陣有效，再使用兩個 74HC595 級聯而成的移位寄存器作為行驅動器，行驅動驅動譯碼器選中的這一列中點陣的 16 個發(fā)光二極管亮滅情況。當下一個程序語句到來時， 416 線74HC154 譯碼器選中下一列有效，行驅動器驅動譯碼器選中的這一列 16 個發(fā)光二極管的亮滅情況，以此類推。這樣反復點亮， 由于人眼視覺暫留現象 （每秒24 次以上 ）， 只要速度夠快，我們就能看到 顯示屏 顯示的 穩(wěn)定清晰的圖像了 。由于單片機的 工作 特性， 時鐘速度達到 20M， 我們將采用動態(tài)顯示方式 方式 ， 把設計好的程序燒進單片機。 顯示數據存儲在單片機 AT89C51 的存儲 單元中 ，顯示時 把一 列 中各 行 的數據都傳送到相應的驅動器中，這就存在一個顯示數據傳輸的問題。 數據傳輸時 是采用 串行方式 還是采用 并行方式？ 數據傳輸方式的論證 很 顯然 ，采用并行 傳輸數據 的方式， 行驅動 器 和 列驅動器的線路數量龐大，相應 需要更多硬件 ， 增加了設計成本， 所以并行傳輸的方式不可取。 為了解決并行傳輸數據帶來的問題， 采用串行傳輸 數據方式。根據 74HC595特點， 串行傳輸數據方式只要 用一根線， 單片機的某個 I/O口 就可以 將數據一位一位的傳送到 行 驅動器中 ，當上升沿到來時，行驅動器 74HC595 對 16 位 數據一次性輸出 ， 驅動 16*16 的 LED 點陣顯示屏， 所以 硬件 方面很 經濟。 串行傳輸數據的 缺點是串行傳輸過程較長，數據 只能 一位一位地輸出到驅動器中，只有當 這 一行的數據全部傳送 完畢 ，才能 對驅動器 進行顯示。這樣 傳輸過程 分為數據 傳輸的準備 過程和數據的 輸出兩個 部分。 在串行傳輸過程中， 由于數據的準備時間較長重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 8 的時候， 再編寫程序的時候，掃描周期和延時程序給的的情況下，串行 傳輸數據會影響到 led 顯示屏的亮度 。 為了解決影響顯示屏亮度的問題，即數據傳輸的準備過程和數據顯示的時間較長的問題，我們可以采用重疊處理的方法。在本行驅動器在點亮顯示屏的同時，我們傳送下一行數據，這樣就可以解決傳輸數據時間較長的問題。為了達到重疊處理的目的，我們需要的列驅動器必須要有鎖存器的功能。這樣我們可以解決列驅動器可以選用 74HC595 是一個串行輸入并行輸出的移位寄存器，具有鎖存功能。這樣本列數據在點亮顯示屏的時候， 74HC595 就已經在準備下一行的列數據，不會影響上一行的數據顯示。 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 9 第三章 系統電路的硬件設計 設計框圖 單片機列驅動器行驅動器1 6 1 6 的點陣顯示屏電源 圖 31 點陣顯示的總體框圖 單片機的選擇 單片機采用 AT89C51。 AT89C51 單片機的外形如下： 圖 32 AT89C51 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 10 AT89C51 芯片簡介 AT89C51 是 美國 ATMEL 公司生產的一款 8位微處理器芯片，具有 高性能低功耗 特點， 應用領域廣泛 。 芯片作為儀器的大腦，它負責整個程序的運行以及給部分電路部分發(fā)送命令 。 主要性能 ◆ 4/8 可程序設計的 Flash 內存 ◆ 32 個可程序設計 I/O 口線 ◆ 5 個中斷源 ◆可編程的串行通道 ◆ 2 個 16 位定時 /計數器 ◆ 1000 次擦寫周期 AT89C51 系列單片機的基本組成 ◆片內 Flash 內存，用來一些原始數據表格 和程序 ◆片內 RAM,用來存放經常讀、寫的數據 ◆ 1 個 8位中央處理單元 ◆多個優(yōu)先級的嵌套中斷結構 ， 并可實現多個優(yōu)先級的嵌套 ◆ 1 個全雙工口 UART 的串行接口，通過它可以和計算機或其他外設進行通信 ◆ 2 個 16 位的計數 /定時器，對外部事件進行計數， I/O口 置成定時器 或者置成計時器 ，并根據計數或定時的結果對單片機 實時 進行控制。 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 11 中斷控制片內Fl a s h存儲器C P U振蕩器 總線控制片內 R A METC定時器0定時器14 I/ O 端口 串行端口計數器輸入外部中斷P0 P1 P2 P3 T X D R X D 圖 33 AT89 系列單片機的基本結構框圖 單片機的內 部組成 AT89 系列單片機的內部結構 主要是 由 CPU、定時器 /計數器、串行口、存儲器 、中斷邏輯 /并行口幾部分 組成 。 (1)CPU CPU 是由 運算器及控制器組成 ， 作為控制中心和指揮中心， 決定單片機的主要功能。 ACC 是一個累加器， 簡稱累加器 A， 8 位寄存器，當進行邏輯和算術運算時，累加器存放操作數，運算的結果還是存放在累加器中。 寄存器 B 也是一個 8位寄存器， 寄存器 B用于乘法和除法指令中 。在除法中，除數取自 B，被除數取自 ACC，商數放在 ACC中，而余數則放在 B 中。 在乘法運算中，乘數的操作指令來自 ACC 和 B 中，而乘積 的結果放在 AB 寄存器中， B 寄存器是作為中間結果寄存器使用的。 PSW 是一個 8 位的寄存器 ，作為 一個標志寄存器 ，用來存放各種程序狀態(tài)執(zhí)行的信息，供程序判別和查詢。 PSW 的標志 和 格式 如下： 表 31 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV —— P 此寄存器各位的含義如下： 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 12 CY（ ） :進位標志。 執(zhí)行算術運算指令時，最高位 D7 位 有進位或者借位時， CY=1，最高位 D7 位沒有進位或者借位， CY=0。 CY 作為位累加器， 可以被硬件或者軟件職位或清零 ，起作用相當于 中央處理器中的累加器 A，進位操作和執(zhí)行比較指令也會影響 CY標志位。 AC（ ）：輔助進位 標志。輔助進位標志指的是當執(zhí)行加減運算指令時，低四位向高四位有進位借位時， AC會被置成 1，否則就會被清零。在進行十進制加減運算時，需要進行十進制調整，需要用 AC 位進行判斷 ， 詳見指令系統中的DAA 指令 。 F0（ ） :用戶標志位。 F0 是 狀態(tài)標記 位 ， 根據用戶自己的需要通過軟件來置位和復位。設定標志位狀態(tài)以后 ， 通過 軟件測試 F0 來 控制程序的流向。 RS RS0（ 、 ） :8051 有 4組 8個 8位工作寄存器，每組命名 R0~R7。 通過控制這兩位的值就可以控制哪一組寄存器作為工作寄存器，這是通過軟件來改變 RS RS0 的值進行選擇的。 RS0、 RS1與寄存器區(qū)的對應關系見表 32： 表 32 RS1 RS0 工作寄存器組 0 0 0 組（ 00H07H） 0 1 1 組（ 18H0FH） 1 0 2 組（ 10H17H） 1 1 3 組（ 18H1FH） OV（ ）：溢出標志。在 進行 帶符號 位 加減運算 指令中 ， 運算結果超過累加器的 有效范圍時 ，累加器 A 就會溢出，溢出即產生運算錯誤的結果，溢出標志位 =1。如果沒有超過累加器的有效范圍，溢出標志位 =0 就表示運算結果正確。在進行乘法運算時，如果累加器 A溢出，標志位 =1 表示乘積的結果超過 255，乘積分別在累加器 A與寄存器 B 中；乘積結果沒有超過 255，標志位 =0，這時乘積只在累加器 A中。在除法運算指令中，標志位 =1，就表示除數等于 0，所以不能進行除法運算，反之表示除數不為零，可以進行運算。 P（ ）：奇偶標志。 奇偶標志位 表示累加器 A中 1的 個數，累加器 A 中 1 的個數為偶數 P=0， 1的個數為奇數 P=1。 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 13 (2)存儲組織 AT89 系列單片機的內存結構如下： 外部內部（ E A = 1 ）外部（ E A = 0 ）FFFFH1000H0 F F F H0000H0 F F F H0000Hc o d e 區(qū) （ a） 特殊功能寄存器用戶 d a t a 區(qū)b d a t a 區(qū)4 個工作寄存器區(qū)FFH80H7 FH2 FH20H00Hd a t a 區(qū)id a t a 區(qū) （ b） p d a ta 區(qū)FFFFH0 0 F F H0000Hx d a ta 區(qū) (c) 圖 34 AT89 系列單片機內存的結構 系統硬件電路的設計 本設計的 硬 件電路可以分成單片機系統及外圍電路、列驅動器和行驅動器電路三 部分 。 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 14 單片機系統及外圍電路 單片機采用 AT89C51， 時鐘頻率為 采用 24M 的晶振， 高的晶振頻率能 獲得較高的刷新頻率， 可以使 顯示 更加 穩(wěn)定。 P0 口的低四位與 416 線譯碼器相連用來發(fā)送行數據 ， ~ 口與兩片級聯的 74HC595 組成的 16 位輸出的移位寄存器相連， 用來 發(fā)送列數據 。單片機的外圍震蕩電路： 圖 35 單片機的振蕩電路 行 驅動電路 行 驅動電路 是由兩片 74HC595 級聯而成， 74HC595 具有 8 位串入并出 移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器的結構 ，兩片級聯的 74HC595 具有 16 位串入并出 移位寄存器和一個 16 位輸出鎖存器的結構 ，用來驅動 led 點陣的行。 74HC595 具有獨立的輸出鎖存器個和獨立的移位寄存器，在輸出本行數據驅動點陣的同時，單片機已經為驅動器傳輸下一行的數據，能 達到重疊處理的目的 ，縮短數據傳輸時間 。圖 36 是由兩個 74LS595 級聯成的 16位輸出的列驅動器： 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 15 圖 36 列驅動器 74HC595 的外形及管腳說明圖如圖 37 和表 33 所示。 74HC595 有 8 個 串行移位寄存器 ， 每個 串行 移位寄存器 連接著一個輸出鎖存器，當 8位數據全部傳輸完畢保存在輸出鎖存器中，當上升沿到來時，進行數據輸出 。 DS 是串行數據輸入端， Q0~Q7 是并行數據輸出端，作為 LED 點陣驅動端，控制 LED 的點亮。 Q7’是芯片拓展端口，與下一個 74HC595 的串行數據輸入端 相連，形成 16 位串入并出 移位寄存器和一個 16 位輸出鎖存器的結構 驅動 LED。 SH_CP 是移位寄存器時鐘輸入端，每來一個上升沿， Q0 中的數據移動到 Q1中， Q1 中的數據移動到 Q2 中，這樣循環(huán)往復。下降沿移位寄存器中的端口數據保持不變。 ST_CP 是存儲寄存器中的時鐘輸入口。下降沿到來時，存儲器中的數據保持不變，上升到來時，移位寄存器中的數據存儲到存儲器中。通常將 ST_CP 拉到低電平，移位結束后再將ST_CP 端移位寄存器中的數據清零。 OE為輸出允許高電平禁止輸出。 圖 37 74HC595 外形圖 重慶理工大學畢業(yè)論文設計 基于單片機的 16*16LED 點陣顯示屏設計 16 表 33 74HC595 的管腳說明 符號 引腳 描述 Q0Q7 15,1,7 并行數據輸出 GND 8 地 Q7’ 9 串行數據輸出 MR 10 主復位 SH_CP 11 移位寄存器時鐘輸入 ST_CP 12 存儲器寄存器時鐘輸入 OE 13 輸出有效（低電平） DS 14 串行數據輸入 VCC 16 電源 列 驅動電路 單片機 P0 口低 4 位輸出的行 信 號經 416 線譯碼器 74HC154 譯碼后生成 16條 列 選通信號線， 再 需要 經過驅動器 驅動對應 的 列 線。一條 列 線上要帶動 16 行的 LED 進行顯示，按每一 LED 器件 20mA 電流計算， 16個 LED 同時發(fā)光時，需要320mA 電流， 選用三極管 8550 作為驅動管可滿足要求。 只要控制端 G G2