【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 靈活使用指令運(yùn)算、存放數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)速度快。 AVR 像 8051 一樣，有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。高級(jí) C 語(yǔ)言編程效率高。從高級(jí)語(yǔ)言 C 代碼完成同一任務(wù)實(shí)例來(lái)比較， 8 MHz AVR 單片機(jī)的速度相當(dāng)于 224 MHz 的 80C51 單片機(jī)， AVR 比 80C51 快 28 倍。 AVR 是低功耗單片機(jī)，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(duì)于典型功耗情況， WDT 關(guān)閉時(shí)為 100 nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低 V 即可工作?？啥啻螣龑?xiě)的 Flash，且具有多重密碼保護(hù)鎖死 (Lock)功能。 I/O 口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大，具有輸入 /輸出、三態(tài)高阻輸入，也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能，以便于應(yīng)用到各種所需的場(chǎng)合 (多功能 I/O 口 )。 ? 51 系列單片機(jī)： 51 系列是指是兼容 Intel 公司 51 指令集的單片機(jī)系列的統(tǒng)名稱(chēng)。這種單片機(jī)所包括的硬件資源有： （ 1）一個(gè) 8 位的微處理器； （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，用以存放可以讀 /寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以欲顯示的數(shù)據(jù)等； （ 3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM/EPROM，用以存放程 序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； （ 4）四個(gè) 8 位并行 I/O 接口 P0～ P3，每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出； （ 5）兩個(gè)（或三個(gè)）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì) 外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制； （ 6）五（或六個(gè)）個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)； （ 7）一個(gè)全雙工 UART 接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； （ 8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容須要外接。可以看出 MCS51系列單片機(jī)也是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 ? STC89C51 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 / 高速 / 低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可任意選擇，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路。 特點(diǎn)如下： （ 1） .增強(qiáng) 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051CPU； （ 2）工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V 單片機(jī)）； （ 3）工作頻率范圍： 0~40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz 實(shí)際工 作頻率可達(dá)48MHz； （ 4）用戶(hù)應(yīng)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(gè)）復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8 051傳統(tǒng) I /O 口）， P0 口是開(kāi)漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I /O 口用時(shí)，需加上拉電阻； （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器 /仿真，可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶(hù)程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 ； （ 8） EEPROM 功能； （ 9）看門(mén)狗； （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路（ D 版本才有），外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路； （ 11）共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)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(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； （ 14）工作溫度范圍： 0~75℃ /－ 40~+85℃ ； （ 15）封裝： PDIP40， PLCC44， PQFP44。 STC 單片機(jī)在條屏運(yùn)用中的優(yōu)越性 對(duì)于單色動(dòng)態(tài)條幅屏的應(yīng)用需要， STC12C5412AD 單片機(jī)有以下突出的優(yōu)點(diǎn)： ●較高的處理速度和時(shí)鐘頻率，能輕松的實(shí)現(xiàn)條屏的各種移動(dòng)算法。 ●有 SPI 和 UART 兩個(gè)串行口，能實(shí)現(xiàn)與字庫(kù)芯片或 PC 機(jī)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(shè)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(jí)。 ●內(nèi)部看門(mén)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(fù)載端電 壓的波動(dòng)不會(huì)影響其正常運(yùn)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(shè)計(jì)。 從以上幾種型號(hào)單片機(jī)的比較中可以看出， PIC 單片機(jī)、 AVR 單片機(jī)雖然在很多方面都有其特點(diǎn)，如在運(yùn)行速度上，內(nèi)部資源的配置等。但因其價(jià)格高，開(kāi)發(fā)工具不及使用 51系列單片機(jī)齊全，再考慮本系統(tǒng)對(duì) 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(jī)。 LED點(diǎn)陣顯示屏驅(qū)動(dòng)方案 LED 顯示屏的工作原理 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)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(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 點(diǎn)陣式 LED 漢字廣告屏絕大部分是采用動(dòng)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(jué)暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫(huà)面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀 /秒，人眼看起來(lái)就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫(huà)面。最典型的例子就是電影 放映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用。 以 88 點(diǎn)陣模塊為例，說(shuō)明一下其使用方法及控制過(guò)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(yáng)極，每一行 8 個(gè) LED 的陽(yáng)極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線 X0、 X1……X7 叫做列線，接內(nèi)部每列 8 個(gè)LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 在這種形式的 LED 點(diǎn)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(diǎn)處的 LED 就會(huì)有電流流過(guò)而發(fā)光。比如， Y7 為 1， X0 為 0,則右下角的 LED 點(diǎn)亮。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個(gè) LED 全點(diǎn)亮。 現(xiàn)描述一下用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符 “B”的過(guò)程。其過(guò)程如圖 22 圖 22 用動(dòng)態(tài)掃描顯示字符 “B”的過(guò)程 假設(shè) X,Y 為兩個(gè) 8 位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)， X 的每位對(duì)應(yīng) LED 模塊的 8 根列線 X7X0，同樣 Y 的每位對(duì)應(yīng) LED 模塊的 8 根行線 Y7Y0。在這個(gè)示例中， Y 叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)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(diǎn)陣 化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動(dòng)態(tài)顯示的過(guò)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(jìn)行（ 1）到（ 9）的循環(huán)，且兩個(gè)步驟間的間隔時(shí)間小于 1/24 秒，由于視覺(jué)暫留。 LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的 “B”字符。這就是動(dòng)態(tài)掃描的原理。只不過(guò)實(shí)際運(yùn)用的時(shí)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(lái)決定是用行線或列線來(lái)做掃描線。例如 0601 條屏（每行 6 個(gè)漢字，共 1 行），行線有 16 根，列線有 96根。如果用列線來(lái)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(jué)平均亮度為直流亮度的 1/96。如果用行線來(lái)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(jué)平均亮度為直流情況下的 1/16?？梢?jiàn)，用行線做掃描線，因?yàn)槠浒l(fā)光周期的占空比較大，其視覺(jué)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(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，還要在每?jī)蓭g加上合適的延時(shí)，以使人眼能清晰的看見(jiàn)發(fā)光。在幀切換的時(shí)候還要加入余輝消除處理。比如先將掃描線全部設(shè)置為無(wú)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(qū)動(dòng)方式 所謂串行控制驅(qū)動(dòng)方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過(guò)串行方式送入點(diǎn) (列 )驅(qū)動(dòng)電路。其特點(diǎn)是單元內(nèi)的線路連接簡(jiǎn)單 ,這給印刷電路板的設(shè)計(jì) 帶來(lái)了方便。同時(shí)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(lái)了有利的一面。當(dāng)然 ,單元的可靠性也相應(yīng)的提高了。串行控制驅(qū)動(dòng)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(yīng)與功率芯片結(jié)合使用 。例如使用 2803 驅(qū)動(dòng)芯片。建議采用 6B595 或 9094(74LS595 也可用 ),因?yàn)檫@幾種芯片都具有一定的驅(qū)動(dòng)能力可直接驅(qū)動(dòng)LED 發(fā)光管而無(wú)須另外添加驅(qū)動(dòng)芯片。同時(shí) ,串行移位并行功率輸出的芯片 (6B59 9094)自身具 有級(jí)聯(lián)功能 ,為單元的級(jí)聯(lián)提供了支持。關(guān)于行的控制和驅(qū)動(dòng)是相對(duì)容易的 ,因?yàn)樾械墓ぷ鞣绞绞欠謺r(shí)順序工作的。由于行的組成是幾個(gè)模塊并聯(lián)形成的 ,因此驅(qū)動(dòng)的功率要求是比較大的。行的驅(qū)動(dòng)一般是采用 PNP(用于共陽(yáng)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(yīng)用三條行控制線控制一個(gè)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(jiǎn)單的 ,這里就不贅述了。在應(yīng)用串行控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí) ,盡管串行移位芯片具有級(jí)聯(lián)功能 ,但設(shè)計(jì)時(shí)要考慮時(shí)鐘信號(hào)、 STR 信號(hào)、行控制信號(hào) 的級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。另外為提高單元的多級(jí)級(jí)聯(lián)的數(shù)量 ,設(shè)計(jì)時(shí)要 考慮到每個(gè)信號(hào)的傳輸延遲 ,以保證控制時(shí)序的正確運(yùn)行。 并行控制驅(qū)動(dòng)方式 并行控制驅(qū)動(dòng)方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過(guò)并行 (8 位 )方式送入點(diǎn) (列 )驅(qū)動(dòng)電路。每送入一個(gè)字節(jié)就完成了一個(gè)模塊的一個(gè)行的數(shù)據(jù)置入 ,其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的刷新速度塊 ,這就減輕了上一級(jí)控制系統(tǒng)的壓力。在同樣的數(shù)據(jù)處理量的前提下 ,對(duì)處理速度要求的降低 ,就意味著對(duì)系統(tǒng)投入的降低。同時(shí)處理速度的降低也相應(yīng)地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在并行控制驅(qū)動(dòng)方式下 ,我們可以選用 74LS374 這樣一類(lèi)鎖存芯片 ,采用 首尾相連的方式將控制、驅(qū)動(dòng)一并形成。也可以將這一方式稱(chēng)其為并行移位鎖存方式。這一設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)線路簡(jiǎn)潔 ,控制方便快速。系統(tǒng)的整體投入成本比較低 ,這一設(shè)計(jì)方案將大大地提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。關(guān)于在并行控制驅(qū)動(dòng)方式下的行控制驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)可參照串行控制驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)。并行控制驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)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(fù)雜。由此增加了單元的印刷線路板的設(shè)計(jì)難度。同時(shí)提高了印刷線路板的密度 ,對(duì)生產(chǎn)加工和調(diào)試提出了較高的要求。但設(shè)計(jì)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(jìn)的儀器設(shè)備加以克服的。由于并控制驅(qū)動(dòng)方式的自身特點(diǎn) ,使得單元的級(jí)聯(lián)不成問(wèn)題。只要設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制信號(hào)的級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)加以注意就可以了。并行控制驅(qū)動(dòng)方案中也可采用總線式結(jié)構(gòu) ,即選用的八位鎖存器不是首尾級(jí)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(shuō)每個(gè)鎖存器都要有一個(gè)獨(dú)立的鎖存控制時(shí)鐘。因此 ,這一方式一般不采用。 高度集成專(zhuān)用芯片的應(yīng)用 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展 ,以及大型電子顯示屏應(yīng)用的日益廣泛 ,一種高度集成的LED 顯示屏控制驅(qū)動(dòng)專(zhuān)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(qū)動(dòng)電路于一身的高度集成控制驅(qū)動(dòng)芯片。采用 ZQL9701 芯片將會(huì)使單元的控制、驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)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(jí)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(dá)到 256級(jí)。采用 ZQL9701 芯片設(shè)計(jì)顯示單元時(shí) ,由于 ZQL9701 芯片是表面封裝器件 ,這就需要用專(zhuān)用的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。這對(duì)一般的生產(chǎn)單位是要考慮的問(wèn)題。總之 ,采用專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)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(yīng)用中要給予 重視。 LED 驅(qū)動(dòng)方式的選擇 從理論上說(shuō)，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(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱(chēng)為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。