【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 ９ 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），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按 8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)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(shí)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線 ，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到 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(shí)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(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了 達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)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(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。圖 1為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖 1，顯 示屏電路框圖 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路大致上可以分成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路三部 單 片 機(jī) 列驅(qū)動(dòng)器 LED 顯示點(diǎn)陣 電源 行驅(qū)動(dòng)器 １０ 分。 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 單片機(jī)采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來顯示數(shù)據(jù)。 P1口低4 位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)； ～ 口則用來發(fā)送控制信號(hào)。 P0 口和 P2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM和 RAM。 16ｘ 16 的點(diǎn)陣顯示屏的硬件原理圖如圖 2 所示（在附錄 A）。 列驅(qū)動(dòng)電路 列驅(qū)動(dòng)電路有集成電路 74HC595 構(gòu)成。它具有一個(gè) 8 位串入并出的移位寄存器和一個(gè) 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(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，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 3 所示。它的輸入側(cè)有 8 個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)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(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將 SI 的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。 移位后的各位信號(hào)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(hào)，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(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高組態(tài)。 SCLR 信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于 SCK 和 RCK 兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)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(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因?yàn)?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(jí)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 3. 74HC595 外形及引腳 行驅(qū)動(dòng)器 單片機(jī) P1 口低 4 位輸出的行號(hào)經(jīng) 4/16 線譯碼器 74LS154 譯碼后生成 16 條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng) 16 列的 LED 進(jìn)行顯示，按每一 LED 器件 20MA 電流計(jì)算， 16 個(gè) LED 同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要 320MA 電流，選通三極管 8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè) 74HC595 １１ 計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層 ；第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其他控制信號(hào)，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)器程序由定時(shí)器 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實(shí)現(xiàn)。 從有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法（顯示效果處理）和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯示屏程序適宜采用 C語言編寫。 顯示驅(qū)動(dòng)程序 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， 1/16 掃描顯示屏的刷新率（幀 頻）計(jì)算公式如下： 刷頻率（幀頻） =1/16 T0溢出率 =1/16 f/12（ 65536t） 其中 f位晶振頻率， t為定時(shí)器 T0 初值（工作在 16 位定時(shí)器模式）。 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)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開顯示。圖 4為顯示驅(qū)動(dòng)程序（ 顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。 進(jìn)入中斷 定時(shí)器賦初值 讀取行號(hào)并增加 1 送新行顯示數(shù)據(jù) 消 隱 切換顯示數(shù)據(jù) 發(fā)送新行號(hào)，打開顯示 １２ 圖 4 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖 系統(tǒng)主程序 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測(cè)條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(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。 系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然 后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約 3s；接著向上滾動(dòng)顯示“我愛單片機(jī)”這 5 個(gè)漢字及一個(gè)圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令， 所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。 單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。 圖 5 是系統(tǒng)主程序流程圖。 退出中斷 開始 系統(tǒng)初始化 “卷簾出”顯示效果 “上滾屏”顯示效果 “左跑馬”顯示效果 “卷簾入”顯示效果 １３ 圖 5 系統(tǒng)主程序流程圖 5 性能分析與總結(jié) 性能分析 LED 顯示屏硬件電路只要硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，一般無需調(diào)試 即可 正常工作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由定時(shí)器 T0 的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定，表 給出了實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)采用的頻率及其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器 T0初值。 表 顯示平刷新率與 T0 初值關(guān)系表（ 24MHz 晶振） 刷新率 25 50 75 85 100 120 T0 初值 0Xec78 0Xf63C 0Xf830 0xF97E 0XFA42 0XFB1E 0xFBEE 從理論上來說， 24Hz 以上的刷新頻率就能看到穩(wěn)定的連續(xù)的顯示 ，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新頻率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序占用的 CPU 時(shí)間越多。試驗(yàn)證明，在目測(cè)條件下刷新頻率 40Hz 一下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新頻率 50Hz 以上的已基本察覺不出畫面的閃爍，刷新頻率達(dá)到 85Hz 以上時(shí)再增加畫面閃爍沒有明顯的改善。 顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，其調(diào)試過程在此不作具體討論，讀者可以照源程序自行分析。 這個(gè)方案設(shè)計(jì)的 16ｘ 16 的點(diǎn)陣 LED 圖文顯示屏，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入 移出等多種顯示方式顯示圖形或文字。 總結(jié) 本文設(shè)計(jì)的一個(gè)室內(nèi)用 16ｘ 16 的點(diǎn)陣 LED 圖文顯示屏，能夠在目測(cè)條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(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。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。 總結(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點(diǎn)較突出的工作： 一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了 LED 的發(fā)光原理和 LED 顯示屏的原理，了解了 LED 的現(xiàn)狀，清楚地了解了 LED 顯示屏與其它顯示屏 相比較有那些 優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。 二，本文設(shè)計(jì)的 LED 顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(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。 三， 文章給出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案 ,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面。 四，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中學(xué)會(huì)了 Protel 99se 的基本使用，感到 Protel 99se 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的同學(xué)來說是一門很有用的課程。 五，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了 MCS51；熟練掌握了 WORD 軟件 １４ 的使用。 六，存在缺陷：沒有考慮抗干擾的問題。 致謝 本文是在黃金明老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的立項(xiàng)、選