【正文】 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。顯示時(shí)要把每一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行又一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。具體就 1616 地點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有地同一列地發(fā)光二極管的陰極連接在一起（共陽(yáng)的接法），先送出對(duì)應(yīng)第 1行發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第 2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅； ?? 第 16行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。因此在實(shí)際的應(yīng)用在應(yīng)用中的顯示屏幾 乎不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱(chēng)為動(dòng)態(tài)掃描的的顯示方法。 1616 的點(diǎn)陣共有 256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有那么多端口，如果我們采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按 8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，1616 的點(diǎn)陣需要 256/8＝ 32個(gè)鎖存器。 MAX232旁邊的需加四個(gè)電容，他們的作用是倍壓的 (升壓的 )，也就是說(shuō)和芯片一起共同作用把電壓從 +5 伏變到 +10伏，負(fù)的變到 10。接口電路的基本原理如下圖： 28 圖 單片機(jī)與上位機(jī)通信接線圖 MAX232 是電平轉(zhuǎn)換電路， 232 電平的高電平是 15 伏到 3伏，低電平是 +3 伏到 +15伏， TTL 電平的高電平的理想值是 +5 伏，低電平是 0 伏。系統(tǒng)采用美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)頒布的 RS232C 串行總線。 圖 晶振電路 串口通信的設(shè)計(jì) 串行通信是能把二進(jìn)制數(shù)據(jù)能夠按位傳送的通信，且 所需傳輸線極少， 8051 內(nèi)部除了含有 4 個(gè)并行 I/O 接口外，還有一個(gè)串行 I/O 接口。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般 IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。 圖 復(fù)位電路 27 振蕩電路采用無(wú)源的晶振 ，石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)為可靠起見(jiàn)電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位圖 所示的 RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。單片機(jī)系統(tǒng) 包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路。 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。 (5) 傳輸數(shù)據(jù)的保存 通過(guò) EPROM 89S52 單片機(jī)的存儲(chǔ)，固化保存待顯示信息。 (4) 整體電路 顯示數(shù)據(jù)輸出電路主要功能是進(jìn)行逐行掃描和將串行數(shù)據(jù)依次輸出到 LED 顯示單元模塊。 (2) 數(shù)據(jù)鎖存模塊 用 74HC595附帶輸出鎖存端子的 8 位移位寄存器。由于待顯示信息的字模提取通過(guò)軟件模塊完成，所以硬件系統(tǒng)不再增設(shè)字庫(kù)存儲(chǔ)模塊。最終確定了顯示系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)，并且畫(huà)出了結(jié)構(gòu)框圖，更具結(jié)構(gòu)框圖，進(jìn)行下面的設(shè)計(jì)和器件的選型。各種控制信號(hào)用來(lái)使顯示屏正常工作，包括行選通信號(hào)、列數(shù)據(jù)移位信號(hào)、列數(shù)據(jù)輸出鎖存器打入信號(hào)、產(chǎn)生上下部分在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)的 SRCLK 信號(hào)、清屏信號(hào)等。 25 單 片機(jī) 系 統(tǒng)行 掃描 電路 及控 制列 顯 示 數(shù) 據(jù)行 驅(qū)動(dòng)列 驅(qū) 動(dòng)1 6 X 3 2 點(diǎn) 陣R S 2 3 2電 源 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 控制電路采用單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通訊、控制存儲(chǔ)顯 示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序、控制驅(qū)動(dòng) LED 顯示點(diǎn)陣的電路等。這種時(shí)序控制電路，可以由布線邏輯完成?？刂齐娐坟?fù)責(zé)有序的選通各行，在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。 考慮到控制的方便，本設(shè)計(jì)采用的是掃描驅(qū)動(dòng)方式。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)，這就需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存功能。對(duì)于串行傳輸來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)并行到串行和串行到并行兩次變換，因此列數(shù)據(jù)的準(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)間就少一些，以至影響到 LED的亮度。數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)乃俣缺容^慢，但它可以大大簡(jiǎn)化傳輸線路，對(duì)于大屏幕來(lái)說(shuō)，采用串行傳輸方式比較合適。在行掃描列控制顯示時(shí)，把顯示數(shù)據(jù)從存儲(chǔ) 器中取出傳送到每一行對(duì)應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上，這就存在一個(gè)列數(shù)據(jù)傳輸方式的問(wèn)題。在實(shí)際的 LED大屏幕顯示中，很少有采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的。另外，對(duì)于 24 靜態(tài)顯示方式，需要較多的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置，需要的引線也比較多 。靜態(tài)顯示每一個(gè)像素需要一套驅(qū)動(dòng)電路，如果顯示屏為 nm個(gè)像素屏，則需要 nm 套驅(qū)動(dòng)電路 。靜態(tài)顯示是指將一幅畫(huà)面輸入以后要保持到下一幅畫(huà)面的輸入 。當(dāng)掃描到 H2行時(shí)， L1 列的電位就應(yīng)該為低。 一個(gè) m行 n列結(jié)構(gòu)的 LED顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)， H1到 Hm輪流將高電位接通各行線，使連接到各行的 LED 器件接通正電源，但具體哪一個(gè) LED 導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是否接通，這就是列控制所要完成的工作。所謂 “ 掃描 ” 的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的 LED器件，而不問(wèn)這一行的哪一列的 LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，某一列的 LED 器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由所謂的列控制電路來(lái)負(fù)責(zé)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制 。 圖 行掃描列控制原理及波形圖 (2)掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)是通過(guò)數(shù)字邏輯電路，使若 干 LED 器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。 其次是脈沖重復(fù)頻率的選擇，通過(guò)對(duì)視覺(jué)暫留特性的分析，要使人眼感覺(jué)不到 LED器件閃爍，那么脈沖電流的重復(fù)頻率必須高于 24Hz。首先，脈沖電流幅值的選擇，當(dāng)脈沖驅(qū)動(dòng)的平均值與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相等時(shí)，我們?nèi)搜鄣母杏X(jué)是相同的，也就是說(shuō)兩者的發(fā)光強(qiáng)度相當(dāng)。 (1)脈沖驅(qū)動(dòng) 所謂脈沖驅(qū)動(dòng)方式，就是利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，以脈沖的方式對(duì) LED器件進(jìn)行供電，使之 間歇性地點(diǎn)亮。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要調(diào)節(jié) LED器件的發(fā)光強(qiáng)度，通常我們是通過(guò)調(diào)節(jié)流經(jīng) LED器件的電流的平均時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。程 序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì) P0 端口寫(xiě) “1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 P0 口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。 8051 單片機(jī)的 P0 口包括一個(gè)真正的一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)輸出控制電路，當(dāng) P0 口作為一般的 I/O 口使用時(shí)，在 CPU 向端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸 出控制信號(hào)應(yīng)為 0，模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將把輸出級(jí)與鎖存器 Q 端接通。 P1口低 2位與列驅(qū)動(dòng)器相連，送出列信號(hào)； P0口低四位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)； ～ 用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。由于需要具有較快的刷新頻率，以獲得較高的刷新頻率，使 顯示穩(wěn)定，所以單片機(jī)晶振選用 ，既具有較快的時(shí)鐘頻率，又方便進(jìn)行計(jì)算機(jī)的通信。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 MCS51 單片機(jī)具有擴(kuò)展性強(qiáng)，功能強(qiáng)大，價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，因此，采 用 Atmel公司的 AT89S52 單片機(jī)。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于 20m以?xún)?nèi)的通信。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 50、 7 100、 150、 300、600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200波特。 RS是英文 “ 推薦標(biāo)準(zhǔn) ” 的縮寫(xiě)， 232為標(biāo)識(shí)號(hào)， C表示修改次數(shù)。型號(hào)為 22AWG的四芯電纜。其中 1號(hào)電纜為屏蔽電纜，型號(hào)為 內(nèi)有三對(duì)雙絞線，每對(duì)由 22 AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。所以采用 DB9的 9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。即 要求接收器能識(shí)別低至 +3V的信號(hào)作為邏輯 “0” ，高到 3V的信號(hào)作為邏輯 “1” 。即：邏輯 “1” ， 5— 15V；邏輯 “0” +5 — +15V。 (1)接口的信號(hào)內(nèi)容 實(shí)際上 RS232C的 25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用 39條引線。它是在 1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。 RS232串口通信的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。本電路采用 RS232接口的 3腳（ TXD）和 5腳（ GND），計(jì)算機(jī)向控制電路發(fā)送漢字或字符內(nèi)碼；控制電路存儲(chǔ)該內(nèi)碼并在字庫(kù)中對(duì)應(yīng)漢字或字符點(diǎn)陣，向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào)，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式；顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)根據(jù)行列選通信號(hào)，向指定 LED發(fā)光器件提供驅(qū)動(dòng) 電流。單塊條屏由控制電路和驅(qū)動(dòng)顯示電路組成。 系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)及布局 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、 RS232 通訊電路、控制電路和 LED 點(diǎn)陣顯示電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。當(dāng)對(duì)于 n個(gè) LED器件進(jìn)行掃描驅(qū)動(dòng)時(shí)，假定切換電路在切換過(guò)程中沒(méi)有時(shí)間延遲，且每 個(gè) LED的導(dǎo)通時(shí)間是相等的，則占空比為1/n。 從 LED 器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向 LED器件施加正向電壓時(shí)，通過(guò)器件的正向電流使其發(fā)光。系統(tǒng)顯示點(diǎn)陣采用 88 雙基色顯示單元，按照每行 2個(gè)字，共計(jì) 16 行的方式來(lái)組織的 2256 LED 象素的顯示屏，因此能夠顯示 2個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字。當(dāng)為雙色顯示時(shí)先排列紅色再排列綠色當(dāng)紅色及綠色同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r可以得到黃色信號(hào)一般的三色 LED其是由紅色及綠色 LED 成也稱(chēng)為雙基色顯示屏[6]。該點(diǎn)陣為共陽(yáng)極紅綠雙基色的點(diǎn)陣模塊（白的為綠色，黑的表示紅色）。最常見(jiàn)的 LED點(diǎn)陣顯示單元有 57,79,88 結(jié)構(gòu)，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一種常用于顯示各種漢字字符。 1 21 21KR1+ 5 VLED 發(fā)光電路LED 符號(hào)+ ( a ) ( b ) 圖 LED顯示原 理 LED發(fā)光時(shí)一般電流為 3 至 30mA 左右 LED 有一定的穩(wěn)壓作用點(diǎn)亮?xí)r LED 的正負(fù)之間的電壓為 左右 LED 加入電壓時(shí)必須限流否則會(huì)損壞 LED 根據(jù)發(fā)光亮度的需要 LED 的限流電阻可為 1K 至 3K3 之間這時(shí)流過(guò)幾毫安的電流當(dāng)需要較高亮度的顯示時(shí)可加入較大的電流例如使用 +5V 供電串接 100R 的限流電阻則在 100R 的電阻上有 3V 的壓降因?yàn)?LED 壓降約為 2V 則電流約為 30 至 50mALED 點(diǎn)陣由數(shù)個(gè) LED 按一定規(guī)律排列而成。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度 Eg。而當(dāng)給 PN 結(jié)加以正向電壓時(shí)，導(dǎo)帶中的電子 17 則可越過(guò) PN 結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到 P 區(qū)一側(cè)。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的 材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的 N 區(qū)有很多遷移率很高的電子， P 區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)越遷到不穩(wěn)定的高能態(tài) 。 LED 點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)原理 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由 PN 結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。依次類(lèi)推， 2424點(diǎn)陣和 3232 點(diǎn)陣的漢字 則依次要用 72 個(gè)字節(jié)和 128 個(gè)字節(jié)存放一個(gè)漢字，構(gòu)成它在字庫(kù)中的字模信息。 16x16 點(diǎn)陣的漢字其點(diǎn)陣有 16 行，每一行上有 16 個(gè)點(diǎn)。所謂漢字的點(diǎn)陣碼，就是漢字點(diǎn)陣字形的代碼。 漢字的顯示和輸出，普遍采用點(diǎn)陣方法。據(jù)此可以描繪出 “ 豪 ” 字的位（ bit）信息。 如一個(gè) “ 豪 ” 字的 1616 點(diǎn)陣字模如圖所示，當(dāng)用存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)該字模信息時(shí)，將需 32個(gè)字節(jié)地址，在的右邊寫(xiě)出了該字模對(duì)應(yīng)的字節(jié)值。漢字庫(kù)結(jié)構(gòu)作了統(tǒng)一規(guī)定如圖所示： 15 二 級(jí) 漢 字 （ 3 0 0 8 個(gè) ）一 級(jí) 漢 字 （ 3 7 5 5 個(gè) ）擴(kuò) 展 A S C I I 碼 和 保 留 區(qū)字 母 、 數(shù) 字 、 圖 符 和 記 號(hào) 區(qū)位 碼區(qū) 碼0071 69 49 4第 一 字 節(jié) （ 區(qū) 號(hào) ） 圖 國(guó)標(biāo)（ GB231280） 漢字字符集 即將字庫(kù)分成 94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有 94個(gè)漢字（以位作區(qū)別），每一個(gè)漢字在漢字庫(kù)中有確定的區(qū)和位編號(hào)（用兩個(gè)字節(jié)），這就是所謂的區(qū)位碼（區(qū)位碼的第一個(gè)字節(jié)表示區(qū)號(hào)，第二個(gè)字節(jié)表示位號(hào)，因而只要知道了區(qū)位碼，就可知道該漢字在字庫(kù)中的地址，每個(gè)漢字在字庫(kù)中是以點(diǎn)陣字模形式存儲(chǔ)的，如一般采用 1616 點(diǎn)陣形式，每個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位表示，存 1的點(diǎn)， 當(dāng)顯示時(shí)，可以在屏上顯示一個(gè)亮點(diǎn)。例如 “ 國(guó) ” 字的機(jī)內(nèi)碼國(guó)標(biāo)碼和區(qū)位碼如表 所示： 表 ： “ 國(guó) ” 字的機(jī)內(nèi)