【導(dǎo)讀】了LED器件的幾種驅(qū)動(dòng)電路。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更

　　

【正文】 ”移位，把數(shù)據(jù) 1 位 1 位地送到外設(shè)?！鞍l(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時(shí)鐘”確定。 接口中的“控制寄存器”用來(lái)容納 CPU 送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式。 28 圖 “狀態(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位”，每一個(gè)狀態(tài)位都可以用來(lái)指示數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。例如，用狀態(tài)寄存器的 D5 位為“ 1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用 D0 位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用 D2 位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。 能夠完成上述“串 并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描（把該行與電源的 一端接通）。另一方面，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的令一端接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的 LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的 LED 熄滅之后（一個(gè)掃描周期），又從第一行開(kāi)始下一個(gè)周期的掃描。只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比人眼 1/25 秒的暫留時(shí)間短，就不容易感覺(jué)閃爍現(xiàn)象。 顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按 8bit 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)列的驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)列數(shù)據(jù)傳輸方式的問(wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。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)，并行傳輸?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(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)并行到串行和傳行到并行兩次變換。首先，單片機(jī)從存儲(chǔ)器中讀出的 8bit 并行數(shù)據(jù)要通過(guò)29 并串變換，按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器。與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅?這一行的各列才能并行的進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于并行傳輸方式，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間很短，就是一次列數(shù)據(jù)打入時(shí)間，一個(gè)行掃描周期剩下的時(shí)間全部可以用于行顯示。因此，在時(shí)間安排上不存在任何困難。但是，對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，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，以至影響到 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(wèn)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)，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到 重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。 經(jīng)過(guò)上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，他應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，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)，串行移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不影響本行的顯示。集成電路 TPIC6B59 74LS59 MC1409CD4094恰好能夠滿足這樣的要求，他們都具有一個(gè) 8bit串入并出的移位寄存器的結(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。 TI 公司的 DMOS 器件 TPIC6B595，除具有 TTL 和 CMOS 器件中移位寄存器 595的邏輯功能外，其最大的特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功率大，可直接用作 LED 的驅(qū)動(dòng)。 TPIC6B595 器件的內(nèi)部邏輯電路及引腳如圖 所示， 它的輸入側(cè)有 8 個(gè)串形移 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 SER 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SRCLK 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 SER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。 RCLK 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到輸出鎖存器。引腳 G 是輸出三態(tài)門的開(kāi)放信號(hào)，只要當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開(kāi)放，否則為高阻態(tài)。 SRCLK 信號(hào)是移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于 SRCLK 和 RCLK 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 Q0~Q7，最高位 Q7 可作為多片 TPIC6B595 級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因 Q7 受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出 Q7`，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。 其工作原理為：在 13 腳串行移 位寄存器時(shí)鐘 (SRCK)的上升沿作用下，串行輸入數(shù)據(jù)從 3 腳輸入到 8－ bit 移位寄存器 C1，再由 12 腳寄存器時(shí)鐘 (RCK)控制并行輸出，當(dāng)30 需要輸出時(shí)控制 9 腳 G 為高電平，這時(shí) 8－ bit 的輸入數(shù)據(jù)就被送到 8 個(gè) DMOS 管的柵極，由于這些 MOS 管是 D 溝道的，它的導(dǎo)通電阻只有 5Ω，可以提供 150mA 連續(xù)輸入工作電流，最大可達(dá) 500mA。因此，可用它直接驅(qū)動(dòng) LED。 圖 外行及內(nèi)部 由 TPIC6B595 組成的 列驅(qū)動(dòng)器示于圖 中。該圖由 16 片 TPIC6B595 組成 128列的驅(qū)動(dòng)，由 16 個(gè)行驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) 16 行。第一片列驅(qū)動(dòng)器的 SER 端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù)，其 Q7`端連接下一片的 SER 端，各片均采用同樣的方法組成 16 片的級(jí)連。各片相應(yīng)的 SRCLK、 SRCLR、 RCLK 端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)、串行數(shù)據(jù)清除信號(hào)和輸出鎖存器打入信號(hào)。這樣的結(jié)構(gòu)，使得各片串行移位能把128 列的顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)的移位寄存器。移位過(guò)程結(jié)束之后，控制器輸出RCLK 打入信號(hào)， 128 列顯示數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的鎖存器 。然后選通相應(yīng)的行，該行的各列就按照顯示數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示。 31 圖 顯示驅(qū)動(dòng)電路 用 TPIC6B595 構(gòu)成 LED 顯示屏 LED 點(diǎn)陣顯示屏象素較多，使用普通 TTL 或 CMOS 移位寄存器 595 驅(qū)動(dòng)時(shí)，因?yàn)橐尤龢O管作為末級(jí)驅(qū)動(dòng)，使整個(gè)電路復(fù)雜化。但若采用 TI 公司 DMOS 器件 TPIC6B595就無(wú)需再接驅(qū)動(dòng)元器件，以下介紹利用 TPIC6B595 構(gòu)成的 LED 點(diǎn)陣顯示屏。是一個(gè) 16點(diǎn)陣漢字 “ 卜 ” 的顯示圖案。 1632 個(gè) LED 點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè) LED 顯示單元， LED 板的具體連接如圖 2 中右下方的虛線框 F 所示，采用行共陽(yáng)列共陰的編排方式。其驅(qū)動(dòng)分為行列兩部分，分別來(lái)自于行、列移位寄存器。行數(shù)據(jù)是掃描數(shù)據(jù)， 16 行中每次只有一行被驅(qū)動(dòng)，采用逐行掃描方式，列數(shù)據(jù)則為漢字的點(diǎn)陣碼。下面結(jié)合漢字 “ 卜 ” 的掃描顯示過(guò)程說(shuō)明 LED 顯示器的驅(qū)動(dòng)顯示過(guò)程 (即編程時(shí)序 )。 使兩個(gè)行寄存器 U2 和 U3 的 9 腳為高電平關(guān)閉行掃描，將第一組 16 位的列點(diǎn)陣碼“000000010000000” 在 16個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下通過(guò)兩個(gè)寄存器 U4 和 U5送到列線上，再將 16 位行掃描碼 “1000000000000000” 在 16 個(gè)行時(shí)鐘的作用下送到兩個(gè)行寄存 器32 中，使兩個(gè)行寄存器 U2 和 U3 的 9 腳為低電平開(kāi)啟第一行，完成第一組數(shù)據(jù)的顯示。然后使兩個(gè)行寄存器 U2 和 U3 的 9 腳為高電平關(guān)閉第一行掃描，將第二組的列點(diǎn)陣碼“000000010000000” 在 16個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下通過(guò)兩個(gè)列寄存器 (TPIC6B595)送到列線上，再將 16 位行掃描碼 “0100000000000000” 在 16 個(gè)行時(shí)鐘的作用下送到兩個(gè)行寄存器中，使兩個(gè)行寄存器的 9 腳為高電平關(guān)閉第二行，完成第二行掃描。如此反復(fù)16 個(gè)周期直到將 32 個(gè)字節(jié)的點(diǎn)陣碼全部送完，就完成了 “ 卜 ” 的一次掃描顯示。以上是以漢字顯示 為例說(shuō)明點(diǎn)陣屏的工作過(guò)程。實(shí)際上，不管是字符還是圖形都是作為點(diǎn)陣處理，其顯示過(guò)程相同。 事實(shí)上，我們?cè)趯?shí)際制作時(shí)總是先做出若干 21616 的點(diǎn)陣單元，然后用這些單元級(jí)聯(lián)得到更大的屏幕。級(jí)聯(lián)的方法是：將第二塊點(diǎn)陣單元板的末尾連接器 J2 和第一塊點(diǎn)陣板的首連接器 J1 用短線相連就構(gòu)成了一塊 4 個(gè) 16 點(diǎn)陣的漢字顯示屏，同樣再級(jí)聯(lián)下去即可構(gòu)成更長(zhǎng)的一個(gè)顯示屏 (稱條屏 )。如果想得到更寬的屏幕，將用以上方法構(gòu)成的條屏并在一起就構(gòu)成了大屏幕。 第 4 章 LED 顯示屏軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)思想 顯示屏軟件的主要功能是 接收上位機(jī)下載的顯示數(shù)據(jù)，向屏體提供顯示數(shù)據(jù)合格中控制信號(hào)。軟件由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成。主程序負(fù)責(zé)進(jìn)行顯示，按要求讀出顯示數(shù)據(jù)并產(chǎn)生需要的控制信號(hào)。中斷服務(wù)程序解決與上位機(jī)進(jìn)行通信的問(wèn)題。 由于 51 單片機(jī)的中斷服務(wù)程序首地址固定安排在 0003H 到 0023H 范圍，而程序的啟動(dòng)又是從 0000H 開(kāi)始的，所以只能在主程序的開(kāi)頭安排一條跳轉(zhuǎn)指令。地址 0023H是串行通信的中斷服務(wù)程序首地址，同樣安排了一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到真正的服務(wù)程33 序首地址 SIS。 顯示數(shù)據(jù)可以分成兩類，一類固化在 EPROM 之中的固定數(shù)據(jù)， 另一類是從上位機(jī)接收的存儲(chǔ)于 RAM 之中的顯示數(shù)據(jù)。 EPROM 的容量是 8KB，前 4KB（地址 0000H 到 0FFFH）是程序存儲(chǔ)區(qū)，后 4KB（地址 1000H 到 1FFFH）是固定顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。固化的顯示數(shù)據(jù)在開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行顯示，直到單片機(jī)接收到上位機(jī)下載的顯示數(shù)據(jù)之后，改為顯示新收到的數(shù)據(jù)。安排固化數(shù)據(jù)的顯示，一方面在開(kāi)機(jī)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)顯示空白，可以使顯示屏具有一開(kāi)就亮的效果，適應(yīng)人們使用的心理狀態(tài)。另一方面也便于脫開(kāi)上位機(jī)進(jìn)行維修。 RAM 的容量也是 8KB，地址為 8000H 到 9FFFH。按照 16*160 的點(diǎn)陣規(guī)模計(jì)算， 320字節(jié)空間可以存儲(chǔ)一屏顯示數(shù)據(jù)， 8KB 容量可以存儲(chǔ) 16 屏顯示數(shù)據(jù)。為了便于統(tǒng)一顯示控制，固化數(shù)據(jù)的顯示過(guò)程，是先從 EPROM 中把整個(gè)顯示數(shù)據(jù)讀到 RAM 中去，然后再?gòu)?RAM 讀出進(jìn)行顯示。這樣就和從上位機(jī)接收的顯示過(guò)程一樣了。 顯示屏程序流程圖 主程序開(kāi)始：設(shè)棧。從 EPROM 數(shù)據(jù)區(qū)（從地址 1000H 開(kāi)始）讀 320 字節(jié)，送RAM 顯示區(qū)（從地址 8000H 開(kāi)始），準(zhǔn)備顯示標(biāo)題信息。 根據(jù)串行通信 4800bps 的要求，設(shè)定時(shí)鐘 T1，設(shè)定串行通信接口，允許接收并開(kāi)中斷，準(zhǔn)備好接收上位機(jī)傳來(lái)的顯示數(shù)據(jù)。 是 RAM 末址？ R000 R300 指向 RAM 地址 T0輸出低電平，控制上半部分 1 行顯示數(shù)據(jù)傳輸。（從 RAM 顯示數(shù)據(jù)區(qū)讀一字節(jié)送 P1 口， INT1 發(fā)脈沖將該數(shù)據(jù)打入 595 并行輸入端， T1 發(fā)脈沖 10 次，使595 移位 10 次），（）內(nèi)的過(guò)程重復(fù) 16 次，共傳輸 160 列數(shù)據(jù)； T0 輸出高電平，控制下半部分同名 行顯示數(shù)據(jù)傳輸。（從 RAM 顯示數(shù)據(jù)讀一字節(jié)送 P1口， INT1發(fā)脈沖將該數(shù)據(jù)打入 595 并行輸入端， T1 發(fā)脈沖 10 次，使 595 移位 10 次）。（）內(nèi)的過(guò)程重復(fù) 16 次，共傳輸 160 列數(shù)據(jù)。 34 16 行都完成 R3=FFH？ R0=2？ INT0 發(fā)脈沖 1 次，打入個(gè)片 595 的輸出鎖存器，向 P1 低 bit 輸出行號(hào)并打入 關(guān)中斷，清接收中斷標(biāo)志位 RI，讀入第一個(gè)字節(jié) 讀入第二字節(jié)，傳輸字節(jié)計(jì)數(shù)低字節(jié)，并發(fā)回 寫地址 0001H（向各片 595 發(fā)出清除信號(hào) SCLR）， INT0 發(fā)脈沖 1 次將 595的全 0 輸入送輸出，關(guān)閉顯示。將所接收的字節(jié)發(fā)回上 位機(jī) 是開(kāi)始標(biāo)志 3FH嗎？ 發(fā)送完成？ 接收完成 發(fā)送完成？ 35 以上兩圖就是 LED 顯示屏的主程序流程 圖和中斷服務(wù)程序流程圖。 開(kāi)中斷，從中斷返回 讀入第三字節(jié)，傳輸字節(jié)計(jì)數(shù)高字節(jié)，并發(fā)回上位機(jī)。按字節(jié)計(jì)數(shù)值指定的字節(jié)數(shù)接收并發(fā)回全部顯示數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)存入從 8000H 開(kāi)始的 RAM 數(shù)據(jù)區(qū)。全部數(shù)據(jù)接收完成后，清除發(fā)送中斷標(biāo)志。 接收完成？ 36 37