【正文】 圖 311 88 點(diǎn)陣 LED 等效電路圖 第三章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 16 從圖中（本圖的 LED 陣列采用共陽(yáng)的接法）可以看出， 88 點(diǎn)陣共需要 64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。本文就是 使用 4 塊 SBM1388型號(hào) 的 實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成 1632 點(diǎn)陣，以滿足漢字顯示的要求 。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描按列控制，當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。 由于行驅(qū)動(dòng)電路一條行線上要帶動(dòng) 16 列的 LED 進(jìn)行顯示，按每一 LED 器件 20mA 電流計(jì)算， 16 個(gè) LED 同時(shí)發(fā)光時(shí)，就需要 1620=320mA 的驅(qū)動(dòng)電流，選用三極管 8550 作為驅(qū)動(dòng)管可以在邏輯功能和驅(qū)動(dòng)能力上符合 LED 的驅(qū)動(dòng)要求。 行選通按順序從 0Y ～ 15Y ， 全部各行都 選通一 遍 之后 又 重 新開(kāi)始，這就是行驅(qū)動(dòng)電路的逐行掃描過(guò)程。行驅(qū)動(dòng)電路原理如 圖 39 所示 ： 第三章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 14 圖 39 行驅(qū)動(dòng)電路 行選通信號(hào)從 74HC138 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(hào)無(wú)效。行選通信號(hào)來(lái)源于單片機(jī)按照時(shí)序要求所給出的二進(jìn)制信號(hào)，每次更新行號(hào)（開(kāi)始掃描新的一行）時(shí)，由單片機(jī)輸出 4 位二進(jìn)制行號(hào)，行號(hào)經(jīng) 4/16 線譯碼器譯碼后，生成 16 條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。在解調(diào)器應(yīng)用中 ,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門(mén)或倒相器 ,擴(kuò)展成 24 線譯碼器不需外接門(mén) 。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí) ,譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間 ,這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 13 遲可以忽略不計(jì)。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。這樣的結(jié)構(gòu)，使得各片串行移位能把 16 列的顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)的移位寄存器輸出端。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 QH′端連接第二片的 SER 端，采用這 樣的方法組成兩片的級(jí)連。移位寄存和輸出鎖存的時(shí)序波形如圖 36 所示： 圖 36 移位寄存和輸出鎖存的時(shí)序波形圖 第三章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 12 由 74HC595 組成的列驅(qū)動(dòng)器示于圖 37 中。芯片的輸出端為 QA～ QH，最高位 QH 可作為多片 74HC595 級(jí)連應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)連輸出。 SRCLR 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 0，由于 SRCLK 和 RCLK 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。引腳 SRCLK 輸入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。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 11 圖 35 74HC595 的管腳 及內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 74HC595 的輸入側(cè)有 8 個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。 74HC595 的時(shí)鐘頻率至少能達(dá) 2525MHz， 74HC595 具有 標(biāo)準(zhǔn)串行（ SPI）接口 ，且 CMOS 串行輸出， 可 用于多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián) ，其 低功耗： TA =25℃ 時(shí)， Icc=4μA （ MAX） 列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成，它具有一個(gè) 8 位 串行輸入 /輸出或者并行輸出 的移位寄存器和一個(gè) 8 位輸出鎖存器的結(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，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。 P0和 P2 口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM。兩種數(shù)據(jù)的輸出在時(shí)間上是錯(cuò)開(kāi)的。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 均 以 8 位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，無(wú)論輸入 /輸出，均低位在前高位在后。電容 C C5 是晶振的負(fù)載電容，主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定 的 作用。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 9 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路形式如圖 34 所示。 P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，向 P3口寫(xiě)入 1時(shí) P3口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的 P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 。 P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，向 P2口寫(xiě)入 1時(shí) P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被 外部拉低的 P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 。 P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，向 P1口寫(xiě)入 1時(shí) P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。 P0 口是一組 8 位漏級(jí)開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 （ 2） VPP功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源。當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，先訪問(wèn)內(nèi) ROM， 但當(dāng) PC 值超過(guò) 4KB 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 ROM 中的程序。 （ 1） EA 功能：正常工作時(shí)， EA 為內(nèi)外 ROM 選擇端。 （ 2） VPD功能：在 VCC掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由 VPD向片內(nèi)RAM 供電，以保持片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 3． RST/VPD—— 復(fù)位 /備用電源。 PSEN 可作為外ROM 芯片輸出允許 OE 的選通信號(hào)。 2． PSEN —— 外 ROM 讀選通信號(hào)。但是，當(dāng) CPU執(zhí)行 MOVX 指令時(shí)， ALE 將跳過(guò)一 個(gè) ALE 脈沖。在 ALE 信號(hào)的下降沿，鎖定 P0口傳送的內(nèi)容，即低 8 位地址信號(hào)。 STC89C52 在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口用于分時(shí)傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。 1． ALE/ PROG —— 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 7 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 /R x D10P 3. 1 /T xD11P 3. 2 /IN T 012P 3. 3 /IN T 113P 3. 4 /T 014P 3. 5 /T 115P 3. 6 /W R16P 3. 7 /R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A /V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U1A T 8 9 C 5 1 圖 33 STC89C2 引腳圖 三 ． 控制線 控制線共有 4 根，其中 3 根是復(fù)用線。 一 ． 電源 Vcc—— 芯片電源，接 +5V； GND—— 接地端。 STC89C52 單片機(jī)一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個(gè) 引腳，圖 33 為其引腳排列圖。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C52 芯片介紹 STC89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 Flash ROM 單片機(jī)。 單片機(jī)采用 89C52 或其兼容系列的芯片進(jìn)行控制， 它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。圖 21 為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(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。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。 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。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。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。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)并行到串行和串行到并行兩次變換。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹目刂齐娐返搅序?qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 論文 5 單片機(jī) 列驅(qū)動(dòng)器 行驅(qū)動(dòng)器 LED 顯示點(diǎn)陣 電源 圖 21 顯示屏電路框圖 傳輸可以采用并行方式或串行方式。 數(shù)據(jù)傳輸方案 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器 中，按 8 位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。只要一個(gè)掃描 輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象， 就不容易感覺(jué)出閃爍現(xiàn)象 ， 就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后， 該行燃亮的 LED 也就熄滅； 下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示。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另一端接通。 同理 16 32 的點(diǎn)陣的鎖存器的功耗將是 16 16 的點(diǎn)陣的 2 倍， 因此雖然靜態(tài)顯示效果 好，但是在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱(chēng)為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是 16 16 的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。 同時(shí)控制 LED 顯示屏的各個(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 。刷新太慢，動(dòng)感不顯著；刷新太快了，中間過(guò)程看不清。不過(guò)當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費(fèi)時(shí)間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)備用。例如，按順序調(diào)整行號(hào)，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達(dá)到左右平移的目的；同時(shí)調(diào)整行列順序，就能得到對(duì)角線平移的效果。按照?qǐng)D文運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。這里所說(shuō)的 “靜態(tài)顯示模式 ”不同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同，因此掌握了單色圖文顯示屏的原理，雙色屏和多色屏就不難理解了 。顯示的時(shí)候，各顏色的顯示點(diǎn)陣是分開(kāi)控制的。雙色圖文屏和多色圖文屏，在 LED 點(diǎn)陣的每一個(gè) “點(diǎn) ”上布置有兩個(gè)或多個(gè)不同顏色的 LED 發(fā)光器件。最常用的是單色圖文屏。因此，根據(jù)不同的場(chǎng)合，不同的顯示特點(diǎn)和格式可以分別采用數(shù)碼管器件或點(diǎn)陣顯示方式，有的情況可以采用兩者搭配的混合屏顯示方式 。但是，數(shù)碼管可顯示的信息有限，只有 0～ 9 或單個(gè)的英文字符，由于組合形成的字符不多，所以其顯示數(shù)據(jù)和控制電路都比較簡(jiǎn)單。點(diǎn)陣顯示器在整個(gè)顯示單元的所有位置上都布置了 LED 器件，而像數(shù)碼管一類(lèi)的顯示器件只在需要發(fā)光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置是空白的。因而采用點(diǎn)陣式圖文顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。 漢字的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)是用 16 進(jìn)制格式以字節(jié)為單位表示的 。文字的點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫(kù)字模。這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點(diǎn)填寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個(gè)顯示數(shù)據(jù)文件。對(duì)于只控制通斷的圖文顯示屏來(lái)說(shuō)，每個(gè) LED 發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的 1 位（ 1bit），在需要該 LED器件發(fā)光的數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填 1，否則填 0。 從理論上說(shuō)， 不論顯示圖形還是文字，都是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。 LED 圖文顯示屏的外觀可以做成條 形，叫做條形圖文顯示屏（簡(jiǎn)稱(chēng)條屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面圖文顯示屏。這里所說(shuō)的圖形，是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便于不同亮度（灰度）點(diǎn)陣組成的圖像相區(qū)別。也可以用多個(gè) LED 發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進(jìn)行顯示，如大型劇場(chǎng)會(huì)堂的出入口及洗手間的顯示 。按照發(fā)光燈強(qiáng)度又可以分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式 。例如，本文所要論述的通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制 LED 點(diǎn)陣顯示。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 我們可以開(kāi)發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。另外， SMT 技術(shù)飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的大規(guī)模使用，使其無(wú)論在體積上還是在可靠性上都比傳統(tǒng)的霓虹燈廣告有明顯的優(yōu)勢(shì)，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及高亮度 LED 發(fā)光管的出現(xiàn)，使得大屏幕高亮度 LED 電子廣告屏成為可能。 LED 顯示頻可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 LED 點(diǎn)陣顯示在 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)以一種嶄新的形式被廣泛運(yùn)用在社會(huì)的