【文章內(nèi)容簡介】 靈活使用指令運算、存放數(shù)據(jù)，中斷響應速度快。 AVR 像 8051 一樣，有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。高級 C 語言編程效率高。從高級語言 C 代碼完成同一任務實例來比較， 8 MHz AVR 單片機的速度相當于 224 MHz 的 80C51 單片機， AVR 比 80C51 快 28 倍。 AVR 是低功耗單片機，具有休眠省電功能 (Power Down)及閑置 (Idle)低功耗功能。一般耗電在 1～ mA；對于典型功耗情況， WDT 關閉時為 100 nA，更適用于電池供電的應用設備。有的器件最低 V 即可工作。可多次燒寫的 Flash，且具有多重密碼保護鎖死 (Lock)功能。 I/O 口功能強、驅動能力大，具有輸入 /輸出、三態(tài)高阻輸入，也可設定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能，以便于應用到各種所需的場合 (多功能 I/O 口 )。 ? 51 系列單片機： 51 系列是指是兼容 Intel 公司 51 指令集的單片機系列的統(tǒng)名稱。這種單片機所包括的硬件資源有： （ 1）一個 8 位的微處理器； （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以欲顯示的數(shù)據(jù)等； （ 3）片內(nèi)程序存儲器 ROM/EPROM，用以存放程 序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； （ 4）四個 8 位并行 I/O 接口 P0～ P3，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出； （ 5）兩個（或三個）定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對 外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制； （ 6）五（或六個）個中斷源的中斷控制系統(tǒng)； （ 7）一個全雙工 UART 接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信； （ 8）片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容須要外接?？梢钥闯?MCS51系列單片機也是一款功能強大的單片機。 ? STC89C51 系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾 / 高速 / 低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機， 12 時鐘 / 機器周期和 6 時鐘 /機器周期可任意選擇，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路。 特點如下： （ 1） .增強 6 時鐘 /機器周期， 12 時鐘 /機器周期 8051CPU； （ 2）工作電壓： ~（ 5V 單片機） /~（ 3V 單片機）； （ 3）工作頻率范圍： 0~40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz 實際工 作頻率可達48MHz； （ 4）用戶應用程序空間 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)； （ 5）片上集成 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM； （ 6）通用 I /O 口（ 32/36 個）復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉（普通 8 051傳統(tǒng) I /O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I /O 口用時，需加上拉電阻； （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器 /仿真，可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 ； （ 8） EEPROM 功能； （ 9）看門狗； （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路（ D 版本才有），外部晶體 20M 以下時，可省外部復位電路； （ 11）共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 0 還可以當成 2 個 8 位定時器使用； （ 12）外部中斷 4 路 ,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； （ 13）通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； （ 14）工作溫度范圍： 0~75℃ /－ 40~+85℃ ； （ 15）封裝： PDIP40， PLCC44， PQFP44。 STC 單片機在條屏運用中的優(yōu)越性 對于單色動態(tài)條幅屏的應用需要， STC12C5412AD 單片機有以下突出的優(yōu)點： ●較高的處理速度和時鐘頻率，能輕松的實現(xiàn)條屏的各種移動算法。 ●有 SPI 和 UART 兩個串行口，能實現(xiàn)與字庫芯片或 PC 機之間的數(shù)據(jù)交換。 ●有內(nèi)部 E2PROM，可用于掉電存放條屏的各種設置參數(shù)、漢字內(nèi)碼等數(shù)據(jù)。 ●ISP/IAP 功能，使芯片可以不脫板下載程序，便于產(chǎn)品的軟件升級。 ●內(nèi)部看門狗，使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下。 ●寬電壓范圍，條屏的負載端電 壓的波動不會影響其正常運行。 ●豐富的 I/O 口，可以代替 LED 行掃描用的行選通譯碼器器，降低產(chǎn)品成本。 ●小型封裝，便于 PCB 的緊湊化設計。 從以上幾種型號單片機的比較中可以看出， PIC 單片機、 AVR 單片機雖然在很多方面都有其特點，如在運行速度上，內(nèi)部資源的配置等。但因其價格高，開發(fā)工具不及使用 51系列單片機齊全，再考慮本系統(tǒng)對 CPU 的要求并不是很高，綜合考慮還是選用已經(jīng)普及的51 內(nèi)核的單片機。 LED點陣顯示屏驅動方案 LED 顯示屏的工作原理 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電壓驅動，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圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 點陣式 LED 漢字廣告屏絕大部分是采用動態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀 /秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。最典型的例子就是電影 放映機。在電子領域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術中被廣泛使用。 以 88 點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖 21 中，紅色水平線 Y0、Y1……Y7 叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行 8 個 LED 的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍色豎直線 X0、 X1……X7 叫做列線，接內(nèi)部每列 8 個LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 在這種形式的 LED 點陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用 “1”表示），在某列線上施加低電平（用 “0”表示）。則行線和列 線的交叉點處的 LED 就會有電流流過而發(fā)光。比如， Y7 為 1， X0 為 0,則右下角的 LED 點亮。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個 LED 全點亮。 現(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符 “B”的過程。其過程如圖 22 圖 22 用動態(tài)掃描顯示字符 “B”的過程 假設 X,Y 為兩個 8 位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)， X 的每位對應 LED 模塊的 8 根列線 X7X0，同樣 Y 的每位對應 LED 模塊的 8 根行線 Y7Y0。在這個示例中， Y 叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為 “1”即有效行選通電平， X 叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點陣 化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動態(tài)顯示的過程。 （ 1）． Y=0x01,X=0xFF，如圖 第一幀； （ 2）． Y=0x02,X=0x87，如圖 第二幀； （ 3）． Y=0x04,X=0xBB，如圖 第三幀； （ 4）． Y=0x08,X=0xBB，如圖 第四幀； （ 5）． Y=0x10,X=0x87，如圖 第五幀； （ 6）． Y=0x20,X=0xBB，如圖 第六幀； （ 7）． Y=0x40,X=0xBB，如圖 第七幀； （ 8）． Y=0x80,X=0x87，如圖 第八 幀； （ 9）．跳到第（ 1）步循環(huán)。 如果高速地進行（ 1）到（ 9）的循環(huán)，且兩個步驟間的間隔時間小于 1/24 秒，由于視覺暫留。 LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個完整的 “B”字符。這就是動態(tài)掃描的原理。只不過實際運用的時候，列線和行線通常不止 8 位，還要根據(jù)列線和行線的數(shù)量來決定是用行線或列線來做掃描線。例如 0601 條屏（每行 6 個漢字，共 1 行），行線有 16 根，列線有 96根。如果用列線來做掃描線，則每列 LED 在每 96 次循環(huán)掃描中只可能亮一次，則其發(fā)光視覺平均亮度為直流亮度的 1/96。如果用行線來做掃描線，則每 16 次循環(huán)，每 行 LED 就能亮一次，其發(fā)光視覺平均亮度為直流情況下的 1/16?？梢?，用行線做掃描線，因為其發(fā)光周期的占空比較大，其視覺亮度是用列線做掃描線的 6 倍。因而發(fā)光效率比前者高。 在實際運用的時候，還要在每兩幀之間加上合適的延時，以使人眼能清晰的看見發(fā)光。在幀切換的時候還要加入余輝消除處理。比如先將掃描線全部設置為無效電平，送下一行的列數(shù)據(jù)后再選通掃描線，避免出現(xiàn)尾影。 串行控制驅動方式 所謂串行控制驅動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過串行方式送入點 (列 )驅動電路。其特點是單元內(nèi)的線路連接簡單 ,這給印刷電路板的設計 帶來了方便。同時也減少了印刷電路板的布線密度 ,從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來了有利的一面。當然 ,單元的可靠性也相應的提高了。串行控制驅動方式可選用的芯片有 :MC409 74LS59 74HC59 6B59 9094 等等。其中MC409 74HC595 均為 CMOS 芯片 ,應與功率芯片結合使用 。例如使用 2803 驅動芯片。建議采用 6B595 或 9094(74LS595 也可用 ),因為這幾種芯片都具有一定的驅動能力可直接驅動LED 發(fā)光管而無須另外添加驅動芯片。同時 ,串行移位并行功率輸出的芯片 (6B59 9094)自身具 有級聯(lián)功能 ,為單元的級聯(lián)提供了支持。關于行的控制和驅動是相對容易的 ,因為行的工作方式是分時順序工作的。由于行的組成是幾個模塊并聯(lián)形成的 ,因此驅動的功率要求是比較大的。行的驅動一般是采用 PNP(用于共陽方式 )功率三極管 ,行的邏輯控制可選用三— 八譯碼 方式和直接行線控制方式。譯碼方式是應用三條行控制線控制一個三 — 八譯碼器(如 74LS138 等 ),八選一順序控制八條行線。直接行線控制方式是比較簡單的 ,這里就不贅述了。在應用串行控制驅動系統(tǒng)時 ,盡管串行移位芯片具有級聯(lián)功能 ,但設計時要考慮時鐘信號、 STR 信號、行控制信號 的級聯(lián)驅動問題。另外為提高單元的多級級聯(lián)的數(shù)量 ,設計時要 考慮到每個信號的傳輸延遲 ,以保證控制時序的正確運行。 并行控制驅動方式 并行控制驅動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過并行 (8 位 )方式送入點 (列 )驅動電路。每送入一個字節(jié)就完成了一個模塊的一個行的數(shù)據(jù)置入 ,其優(yōu)點是數(shù)據(jù)的刷新速度塊 ,這就減輕了上一級控制系統(tǒng)的壓力。在同樣的數(shù)據(jù)處理量的前提下 ,對處理速度要求的降低 ,就意味著對系統(tǒng)投入的降低。同時處理速度的降低也相應地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在并行控制驅動方式下 ,我們可以選用 74LS374 這樣一類鎖存芯片 ,采用 首尾相連的方式將控制、驅動一并形成。也可以將這一方式稱其為并行移位鎖存方式。這一設計方案的特點是設計線路簡潔 ,控制方便快速。系統(tǒng)的整體投入成本比較低 ,這一設計方案將大大地提高系統(tǒng)的性能價格比。關于在并行控制驅動方式下的行控制驅動的設計可參照串行控制驅動方式設計。并行控制驅動方式的缺點是 :由于數(shù)據(jù)是并行輸入的 ,這就使得單元內(nèi)的線路連接復雜。由此增加了單元的印刷線路板的設計難度。同時提高了印刷線路板的密度 ,對生產(chǎn)加工和調(diào)試提出了較高的要求。但設計難度的加大僅僅是一次性的 ,而生產(chǎn)和調(diào)試的難度是可以提高生產(chǎn)的手段和 使用先進的儀器設備加以克服的。由于并控制驅動方式的自身特點 ,使得單元的級聯(lián)不成問題。只要設計時對控制信號的級聯(lián)驅動加以注意就可以了。并行控制驅動方案中也可采用總線式結構 ,即選用的八位鎖存器不是首尾級聯(lián)方式而是共用總線方式。但這種方式將增加控制邏輯的投入 ,也就是說每個鎖存器都要有一個獨立的鎖存控制時鐘。因此 ,這一方式一般不采用。 高度集成專用芯片的應用 隨著微電子技術的不斷發(fā)展 ,以及大型電子顯示屏應用的日益廣泛 ,一種高度集成的LED 顯示屏控制驅動專用芯片出現(xiàn)了 ,例如 :ZQL9701 芯片。 ZQL9701 芯片是集行控制、列控制和一些外圍驅動電路于一身的高度集成控制驅動芯片。采用 ZQL9701 芯片將會使單元的控制、驅動更為簡單 ,高度的集成化也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為可靠。另外 ,ZQL9701 芯片在單元的級聯(lián)方面也提供了充分的支持。采用 ZQL9701 芯片將使系統(tǒng)的顯示灰度達到 256級。采用 ZQL9701 芯片設計顯示單元時 ,由于 ZQL9701 芯片是表面封裝器件 ,這就需要用專用的生產(chǎn)設備進行生產(chǎn)。這對一般的生產(chǎn)單位是要考慮的問題。總之 ,采用專用芯片設計的顯示單元的性能得到極大的提高。但系統(tǒng)的成本也要提高 ,在應用中要給予 重視。 LED 驅動方式的選擇 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。