【導(dǎo)讀】2020屆本科畢業(yè)設(shè)計?；趩纹瑱C控制的LED點陣顯示屏。院（系）名稱物理與電子信息學(xué)院。專業(yè)名稱電子信息科學(xué)與技術(shù)。指導(dǎo)教師何大壯教授

　　

【正文】 進(jìn)行 8 次，就可以把數(shù)組中每一個數(shù)（ 8 位的數(shù)）送到移位寄存器；然后當(dāng) spi_stcp 上升沿到來時，移位寄存器的值將會被鎖存到鎖存器里，并從 Q1~7 引腳輸出 (2).列驅(qū)動電路 單片機 P2 口低 4 位輸出的列線經(jīng)兩個級聯(lián)的 74HC138 譯碼后，生成 16 條列選通信號線，再通過驅(qū)動器對應(yīng)的行線。一條線上要帶動 16 列的 LED 進(jìn)行顯示，洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 21 按每一列 LED 器件 20mA 電流計算， 16 個 LED 同時發(fā)光時，需要 320mA 的電流選用三極 管 8550 作為驅(qū)動管可滿足要求。 圖 315 列驅(qū)動電路原理圖 R 151 00Q 15P N PQ 16P N PR11 00R21 00Q1P N PQ2P N P2P 1 5P 1 6P1L 2L 1 5L 1 6L1PR 161 00洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 22 第 4 章 軟件設(shè)計 顯示原理 點陣的顯示是通過發(fā)光二極管的亮滅來表現(xiàn)的，下面通過 LED 數(shù)碼管的顯示來引入 LED 點陣的顯示。 LED 的顯示原理 數(shù)碼管是由 8 個發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件，如圖 4—1（ a）為發(fā)光亮段，可顯示 0～ 9 十個數(shù)字。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連接在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連接在一起，稱為共陰極數(shù)碼管如圖 4—1（ b） .當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，它就會發(fā)光。每個二極管就是一筆畫，若干個 二極管發(fā)光時，就構(gòu)成了一個顯示字符。 + 5V (a) 數(shù)碼管段碼顯示 (b) 發(fā)光二極管的共陰極、共陽極接法 圖 41(a)數(shù)碼管段碼顯示 (b)發(fā)光二極管的共陰極、共陽極接法 將單片機的 I/O 口與數(shù)碼管的 a—g 及 h 相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由 I/O 口輸出不同的大媽，就可以控制數(shù)碼管的顯示不同的字符。例如：當(dāng) I/O 口輸出的代碼為 0011 1111 時，數(shù)碼管顯示的字符為 0。這樣形成的顯示字符的代碼稱為 顯示代碼或段選碼。表 42 為十六進(jìn)制數(shù)字的顯示代碼。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 在靜態(tài)顯示方式下，每位數(shù)碼管的 a—g和 h端與一個 8 位的 I/O 口相連。要在某一位數(shù)碼管上顯示字符，只要從對應(yīng)的 I/O 口輸出并鎖存其顯示代碼即可。其特點為：數(shù)碼管中的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通和截止，直到顯示字符改變?yōu)橹埂? 動態(tài)顯示方式的每位數(shù)碼管都需要一個數(shù)據(jù)鎖存器，因此，其硬件電路較為復(fù)雜。但它的顯示程序非常簡單。 在動態(tài)顯示方式中，各位數(shù)碼管的 ag和 h端并連在一起，與單片機系統(tǒng)的一個 I/O 口相連， 從該 I/O 口輸出顯示代碼。每只數(shù)碼管的共陽級或共陰極與另一 I/O口相連，控制被電亮的位。動態(tài)顯示的特點：每一時刻只能有一位數(shù)碼管被點亮，各位依次被點亮；對于每一位來說，每隔一段時間點亮一次。為了每位數(shù)碼管能+5V abcd efg洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 23 充分被點亮，二極管應(yīng)持續(xù)發(fā)光一段時間，利用發(fā)光二極管的余輝和人眼的駐留效應(yīng)，通過調(diào)整每位數(shù)碼管被點亮的時間，可觀察到穩(wěn)定的顯示輸出。 表 42 十六進(jìn)制數(shù)字的顯示代碼 十六進(jìn)制數(shù) h g f e d c b a 顯示代碼 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 點陣的顯示原理 在 UCDOS 中文宋體字庫中，每一個字由 16 行 16 列的點陣組 成顯示。如果用 8 位我們以 UCDOS 中文宋體字庫為例，每一個字由 16 行 16 列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由 256 點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字， 也可以顯示在 256 像素范圍內(nèi)的任何圖形。我們以顯示漢的 89S51 單片機控制， 由于單片機的總線為 8 位一個字需要拆分為 2 個部分。一般我們把它拆分為上部和下部，上部由 8*16 點陣組成， 下部也由 8*16 點陣組成。 在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第列的 1H—8H ,顯示漢字“大 ”時， p05 點亮 ,由上往下排列，為 1H 滅 ,2H 滅， 3H滅， 4H 滅， 5H亮， 6H 滅，7H 滅。即二進(jìn)制 00000100 轉(zhuǎn)換為 16 進(jìn)制為 04h.。 上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，即從 9H 向16H 掃描，從上圖可以 列，仍為 p05 點亮，為 00000100，即 16 進(jìn)制 04h. 這一 洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 24 列完成后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描， p21 點亮，為二進(jìn)制 00000010，即 16 進(jìn)制 02h. 依照這個方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描 32 個 8 位 ,可以得出漢 字 “大 ”，它的掃描代碼為： 圖 43 顯示模型圖 04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H 04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H 由這個原理可以看出， 無論顯示何種字體或圖像， 都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。 設(shè)計思路 本設(shè)計是一個用 LED 點陣顯示 16*16 點陣漢字， 顯示屏長為六個漢字、高為一個漢字?？偣诧@示 “河南機電高專 ”六位漢字從右到左滾動顯示。設(shè)計思路，實現(xiàn)六個漢字從右到左滾動顯示這一動作而且給人以連續(xù)顯示不閃爍的感覺，就必須要求每幀的頻率大于 25HZ。由于屏幕較大，所以我們就必須放棄直觀簡單的靜態(tài)掃描，而使用動態(tài)掃描。將點陣顯示屏逐列顯示，由于人眼惰性，在很短的的時間下從左到右將點陣逐列點亮，就會使人感覺一整屏在顯示。我們采用的是 8*8的 LED 點陣， 8 個共陽極 COM 端（ A1～ A8），每一個公共端都對應(yīng)一列的 LED共 8 只。本設(shè)計的屏幕需要 4 塊的 LED 點陣，即 16 行 *16 列。顯示信號從行輸入，低電平有效，分別用單片機的 P1 口輸出譯碼為 16 行。列我們用移位寄存器74HC595 作為列掃描和驅(qū)動。該芯片主要功能能將串行數(shù)據(jù)移位后 8 位并行輸出。移位時鐘脈沖 SHcp 控制串行 DS 移位輸入。此時的輸入的數(shù)據(jù)被放在芯片內(nèi)的寄存器里。 STcp 寄存器輸出到端口鎖存器。當(dāng)我們把一個脈沖從 DS 輸入，把 SHcp洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 25 和 STcp 接在一起每移位一個脈沖都從寄存器輸出到并行端口，實現(xiàn)掃描。移位脈沖由程序控制它和該列的信號同步一一對應(yīng)， DS 脈沖的寬度比移位小于或等于移位脈沖的寬度，周期為 16 個移位脈沖的周 期，即一幀的時間。滾動顯示由于每幀的畫面都在向左移動變化，把每幀的圖片連續(xù)起來就成了一滾動的效果。 點陣字庫字模的提取 如果通過描點來造字的話，任務(wù)量太大?，F(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件， 可以很容易的提取漢字的字模，我們就不必自己去畫表格算代碼了。軟件打開后輸入漢字，點 “生成字模 ”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，但是我們要根據(jù)自己硬件的連接方式來在選項中選擇取碼方式為從上到下或從下到上的方式，然后把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。我們把行列總線接在單片機的 I0 口，然后把上面分析到 的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的漢字了。通過軟件提取了 “河南機電高等學(xué)校 ”這八個字的字模，為后面的單片機編程打下基礎(chǔ)。提取此軟件是我們完成本設(shè)計的一個重要的輔助軟件，它能夠很容易的將我們需要的漢字翻譯成 16*16 的漢字字模。提取圖樣如圖 44 字庫字模提取樣圖。 顯示驅(qū)動程序 顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，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。為了消除在換行時顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(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，然后再輸入新的行號 ，重新打開顯示。圖 45 為顯示驅(qū)動程序 (顯示屏掃描函數(shù) )流程圖。 圖 44 字庫字模提取樣圖 洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 26 主程序流程圖 系統(tǒng)主程序開始以后，首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口；然后以 “從右向左 ”卷簾顯示河南機電高專學(xué)校，停留約 10s；接著 “從左向右 ”滾動顯示這八個字，停留約 10s；再分別 “從上到下 ”、 “從下到上 ”滾動顯示這八個字，由于單片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程度不斷的執(zhí)行上述顯示效果。圖 46 是系統(tǒng)主程序的流程圖。 圖 45 為顯示驅(qū)動程序流程圖 圖 46 是系統(tǒng)主程序的流程圖 。 調(diào)試及能分析 LED 顯示屏硬件電路只要器件質(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。顯示刷新頻率由定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率決定， 表 47 給出了實驗調(diào)試時采用的頻率及其對應(yīng)的定時器 T0 初值 。 表 47 顯示屏刷新頻率與 T0 初值關(guān)系表 從理論上講， 24HZ以上的刷新頻率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時刷新頻率越高，顯示驅(qū)動程序占用的 CPU時間也越多。實驗證刷新率/HZ 25 50 75 85 100 120 T0 初值 0Xec78 0XF63c 0Xf830 0xf97e 0xfa42 0xfb1e 0xfbee 進(jìn)入中斷 定時器賦初值 讀取行號并加 1 送新行顯示數(shù)據(jù) 消隱 切換顯示數(shù)據(jù) 送新行號、打開顯示 退出中斷 開始 系統(tǒng)初始化 從左向右顯示效果 從右向左顯示效果 從上到下顯示效果 從下到顯示效果 洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 27 明，在目測條件下，刷新率達(dá)到 85HZ以上時再增加畫面閃爍將沒有明顯改善。這個方案設(shè)計的 16*16 點陣 LED 顯示屏，電路簡單，成本較低，且容易擴展成更大的顯示屏；顯示屏個點亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入移出等多種方式顯示圖形或文字。 洛陽師范學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 /論文 28 第 5 章 結(jié)束語 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我覺得 自己學(xué)到了不少東西。歸納起來，主要有以下幾點 大學(xué)三年多的時間都是在學(xué)習(xí)通信理論基礎(chǔ)知識，并未真正地去應(yīng)用和實踐。雖然平時已經(jīng)掌握了一定的基礎(chǔ)，動手能力也還可以。但是經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我接觸到了更多平時沒有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以及相關(guān)的使用調(diào)試經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會到了所學(xué)理論知識的重要性：知識掌握得越多，設(shè)計得就更全面、更順利、更好。 了解進(jìn)行一項相對比較大型的科技設(shè)計所必不可少的幾個階段。畢業(yè)設(shè)計能夠從理論設(shè)計和工程實踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識