【正文】 表 2． 2 74HC154 譯碼器的真值表 行選通信號從 74HC154 的 0Y ～ 15Y 端輸出，某一端 輸出低電平即為有效，而其它端輸出均為高電平的信號無效。如 0Y 端輸出低電平，此信號 傳至相應的 PNP 型三極管 Q1，此時，三極管的基極為低電平，因此，發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置，三極 管導通，其集電極再將高電平加于 LED 陣列的對應的行上，即將此行選通；而同時 74HC154 的其它端輸出高電平而致使該行對應的 三極管截止，從而所對應 LED行線不被選通。 行選通按順序從 0Y ～ 15Y ， 全部各行都 選通 一 遍 之后 又重新開始，這就是行驅動電路的逐行掃描過程。行信號 A、 B、 C、 D 的順序變化范圍從 0000、 00000至 l111，來一個選通信號，行信號順序就變化一次，其頻率由掃描電路決定。 由于行驅動電路一條行線上要帶動 16 列的 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，就需要 1620=320mA 的驅動電流，選用三極管 8550 作為驅動管可以在邏輯功能和驅動能力上符合 LED 的驅動要求。 2． 5 LED 顯示屏電路 LED 顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，驅動時也就按行按列驅動。在掃描驅動方式下可以按行掃描按列控制，當然也可以按列掃描按行控制。 LED 顯示屏現(xiàn)多采用多塊 88 點陣顯示單元拼接而成。本文就是 使用 4 塊 SBM1388 型號的 實驗模塊組成 1616 點陣，以滿足漢字顯示的要求 。 88 LED 點 陣是最基本的點陣顯示模塊，理解了 88 LED 點陣的工作原理就可以基本掌握 LED 點陣顯示技術。 88 點陣 LED 結構如圖 28 所示，其等效電路如圖 29 所示： 圖 27 行驅動電路原理 從圖中（本圖的 LED 陣列采用共陽的接法）可以看出， 88 點陣共需要 64 個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。要實現(xiàn)顯示圖形或字體，只需考慮其顯示方式， 通過編程控制各顯示點對應 LED 陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。 當采用按行掃 描按列控制的驅動方式時，LED 顯示屏 8 行的同名列共用一套列驅動器。行驅動器一行的行線連接到電源的一端，列驅動器一列的列線連接到電源的另一端。應用時還應在各條行線或列線上接圖 29 8 8 點陣 LED 等效電路圖 圖 210 88 點陣 LED 結構圖 圖 28 8 8 點陣 LED 結構圖 上限流電阻。掃描中控制電路將行線的 1 到 8 輪流接通高電位，使連接到各該行的全部 LED 器件接通正電源，但具體那一個 LED 導通，還要看它的負電源是否接通，這就是列控制的任務了。當對應的某一列置 0 電平，則相應的二極管就亮；反之則不亮。例如：如果想使屏幕左上角 LED 點亮，左下角 LED 熄滅的話，在掃描到第一行時，第一列的電位就應該為低，而掃描到第八行 時第一列的電位就應該為高。這樣行線上只管一行一行的輪流導通，列線上進行通斷控制，實現(xiàn)了行掃描列控制的驅動方式。 以上就是 1632 點陣 LED 電子顯示屏系統(tǒng)硬件部分的各功能模塊分述，經過合理的設計論證后和就可以整體結合在一起，再根據(jù)設計配備好各元器件實物，通過組裝后等在單片機的程序存儲器里放入編制好的程序即可成為一個完整的應用系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合電路原理圖見附錄一。 第三章 系統(tǒng)軟件部分設計 在單片機系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的基礎，軟件則是在硬件的基礎上對其合理的調配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要完成的任務。軟件的設計 是設計控制系統(tǒng)的應用程序。其任務是在總體設計和硬件設計的基礎上，確定程序結構，分配內 RAM 資源，劃分功能模塊，然后進行主程序和各模塊程序的設計，最后連接起來成為一個完整的應用程序。 在進行系統(tǒng)總體設計時，曾經規(guī)劃過軟件結構，但由于硬件系統(tǒng)尚未仔細確定，軟件結構框圖十分粗糙，當硬件設計接口擴展及各功能模塊與 CPU連接關系確定后，就能夠具體明確對軟件設計的要求。本設計的 LED 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設計的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩 大層：第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責產生行掃描信號和其它控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動程序由定時器 T0 中斷程序實現(xiàn)。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。 從有利于實現(xiàn)語言的直觀，易于記憶和檢查，可讀性較好和使語言程序占用較少的單片機存儲空間，實時處理系統(tǒng)可以快速的執(zhí)行指令的角度考慮，本設計中顯示屏程序采用匯編語言編寫。 3． 1 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)主程序的總體結構如圖 31 所示。 系 統(tǒng)的主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設置串口、定時器、中斷和端口；然后 LED 顯示屏進入開機狀態(tài)，轉入正常的顯示。首先是顯示時間，按鍵有 4 個。 選擇，調試，加，減；有時間，鬧鐘設置，溫度，文字顯示 4 種選擇；時間調整（加，減），文字走動（快，慢）。 系統(tǒng)程序結構屬中斷方式，絕大多數(shù)功能在中斷服務子程序中完成。根據(jù)總體結構，可將程序劃分為幾個功能化模塊：串行口中斷服務程序、 多字滾動顯示子程序、單字顯示子程序、掃描程序 。各個模塊可進行獨立設計、調試和查錯，最終再連接成一個整體。這樣可方便程序調用，程序整 體層次清晰，結構一目了然，方便 開 始 系統(tǒng)初始化 顯示時間溫度 “左滾屏”顯示效果循環(huán) 圖 31 系統(tǒng)主程序的總體結構 KEY4 個按鍵 K1 切換 K2 調整 K3 加 K4 減 顯示數(shù)據(jù) 顯示 退出中斷 圖 32 顯示驅動程序流程圖 閱讀。 3． 2 顯示驅動程序 圖 32 為顯示驅動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。根據(jù)流程圖可以編寫出相應的顯示程序。顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器 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）計算公式如下： 刷新率（幀頻） =161 T0 溢出率 =321)65536(12 0tfosc ? 其中 fosc 為晶振頻率， t0 為定時器 T0 初值（工作在 16 位定時器模式）。 T0 初值 =2 N －機周時間定時時間 其中 N 與工作方式有關，本設計定時 /計數(shù)器工作于方式 1，如圖 33 所示，方式 1 構成一個 16 位定時計數(shù)器，即 N=16。 方式 1 最大計數(shù)值為 216=65536 ，若 fos c=12MHz，則定時時間范圍為 1～ 65536 μ s。 機周時間與 主振頻率有關，機器周期是時鐘周期的 12 倍，因此，機周時間 =12/ fosc。當 fosc=12MHz 時， 1 機周 =1μ s。 然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內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)的時候產生拖尾現(xiàn)象，驅動程序先要關閉顯示屏，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，重新打開顯示。顯示程序給出了各控制信號和顯示數(shù)據(jù)，其作用及相互配合關系均已在硬件部分作過介紹，相應的程序部分在清單的注釋區(qū)內分別進行了說明 ，在此不再一一詳述。系統(tǒng)程序清單見附錄二。 第四章 調試及性能分析 一個單片機系統(tǒng)經過總體設計，完成了硬件和軟件設計開發(fā)。元器件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲器中寫入編制好的應用程序，系統(tǒng)即可運行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預計的那樣正常工作是常見的事，多少會出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯誤。這就需要通過調試來發(fā)現(xiàn)錯誤并加以改正。調試可分為硬件調試和軟件調試。在允許的條件下，根據(jù)本設計系統(tǒng)的需求性首先采用在 PC 機上用模擬開發(fā)軟件進行檢測和調試，然后進行硬件的組裝與調試。 系統(tǒng)調試 調試 主要分為硬件調試和軟件調試： 硬件調試：在焊接電路板的時候，應該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個進行焊接測試。在對各個硬件模塊進行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯了。當然，在設計的過程中也存在著失誤和不足。 軟件調試：軟件部分是先參考書上的例子，然后自己根據(jù)硬件電路寫程序，由于以前所學是 C 語言，所以這個系統(tǒng)在編寫程序過程中都采用 C 語言編寫。剛剛開始，編寫不會一次性通過，經過仔細分析修改最后編譯成功。但是，在實際寫如 S51中 ， LED 顯示屏出現(xiàn)各種各樣的亂碼，通過再次認真仔細分析多次修改程序后，程序能夠正常運行。 4． 2 性能分析 系統(tǒng)通過調試組裝后一般即可正常工作。 LED 顯示屏的刷新頻率及顯示顯示效圖 33 定時 /計數(shù)器 T0工作方式 1邏輯電路結構圖 果是主要的性能指標。顯示屏刷新率由定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率決定，表 41 給出了顯示屏采用的頻率及其對應的定時器 T0 初值。 從理論上來說， 24Hz 以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時刷新率越高，顯示驅動程序占用的 CPU 時間也越多。實驗證明，在目測條件下刷新率 40Hz 以下的畫面看起來閃爍較嚴重，刷新率 50Hz 以上的已基本覺察不出畫面閃爍，刷新率達到 85Hz 以上時再增加畫面閃爍沒有明顯改善。 顯示效果處理的內容和方法非常廣泛，根據(jù)需求可做變動，在這里不做具體討論。 根據(jù)實踐證明， 這個方案設計的 1632 點陣 LED 圖文顯示屏， 結構合理 ，成本較低，且較容易擴展成更大的顯示屏；顯示屏各點亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清 晰無串擾；可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字。 結束語 以上僅對 LED顯示屏的結構和驅動、顯示電路原理作一詳細介紹和分析。 LED點陣的應用很廣，對于不同的應用環(huán)境和應用要求，可以有各種各樣的應用方式 ，在這里就不做詳盡敘述。 由于自己知識水平的局限和時間的倉促，設計中或還存在著一些不足 ， 我真誠的接受老師們的批評和指正 .。 經過了幾周的努力學習和工作 ， 我終于完成了論文。從課題選擇、方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，我不斷地給自己提出新的問題，然后去論證、推翻，不懂就請教老師 或同學，再接著提出新的問題，在這個往復的過程中，我這篇稚嫩的設計日趨完善。每一次改進我都收獲良多，雖然我的設計作品不是很成熟，而且借鑒了前人的很多資料，但我仍然心里有一種莫大的幸福感，因為我實實在在地走過了一個完整的設計所應該走的每一個過程，并且享受了每一個過程，更重要的是這個設計中我加入了自己鮮活的思想。 在做這次畢業(yè)設計過程中使我學到了很多， 加深了對數(shù)子電路的理解，驗證了所學 理論 知識， 提高了基本的解決實際問題的能力，并增加了對電子設計方面的興趣。更重要的是 我 體會 到不論做什么事都要真真正正用心去做，才會使 自己更 好 的成長，沒有學習就不可能有實踐的能力，實踐才是最終的目 的， 沒有實踐就不會有自己的突破 和創(chuàng)新 ，希望這次的經歷能讓我在以后的 工作和 生活中不斷成長與進步。 刷新率 /Hz 25 50 75 85 100 120 T0 初值 OxEC78 OxF63C OxF830 OxF97E OxFA42 OxFB1E OxFBEE 表 4． 1 顯示屏刷新率（幀率）與 T0 初值關系表 致 謝 三年的時間即將過去，我們也即將走出校園，面向社會?；乜催^去，還真是懷念那段時光。在做畢業(yè)設計的過程中，曾得到了許多人的幫助，有我的老師，也有我的同學。畢業(yè)設計的成功特別是離不開老師的悉心指導和關懷，也離不開在學習工作中不斷給予我鼓勵和幫助的同學。在此，謹向彭高豐老師以及幫助過我的同學以誠摯 的謝意！ 最后，衷心感謝在百忙之中抽出寶貴時間對此論文進行評閱與審議的老師們。感謝學校給我提供了一個展現(xiàn)自己的舞臺，給我一次難得鍛煉的機會，使得我的動手能力和專業(yè)技能都有了很大的提高。 參考文獻 [1]張華林。電子設計競賽實訓教程 [M]．北京：北京航空航天大學出版社， [2]繆思恩 .LED 大屏幕顯示電路設計 [J]。電子技術應用， [3]李桂平 .LED 屏幕顯示器的設計 [J].零陵師范學院學報， [4] 李全利 編著 ： 《單片機原理及接口技術》（第 2版）．北京：高等教育出版社 2021 [5] 張志良 主編 ：《單片機原理及控制技術》（第 2版）．北京：機械工業(yè)出版社 2021 [6] 張毅剛 主編 ：《單片機原理及應用》．北京：高等教育出版社， 2021 [7] 李光飛 編著 ：《單片機課程設計實例指導》（第 2 版）．北京：北京航空航版， 2021 [8] 李 華 主編 ：《 MCS51 單片機實用接口技術》．北京：北京航空航天出版社， 1997 [9] 徐仁貴 主編 ：《微型計算機接口技術及應用》．北京：機械工業(yè)出版社， 1998