【正文】 ................................ ６ ................................................ ６ .................................................. ７ 5性能分析與總結(jié) ......................................................... ８ 性能分析 ........................................................ ８ 總結(jié) ............................................................ ９ 致謝 .................................................................... ９ 參考文獻 ................................................................ ９ 附錄 A 16ｘ 16 的點陣 LED圖文顯示屏的硬件原理圖 ..................... １０ 附錄 B 主要匯編程序清單 ............................................. １１ １ 摘要 ： LED點陣顯示屏作為一種新興的 顯示器件 ,是由多個獨立的 LED發(fā)光二極管封裝而成 . LED點陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號 , 通常用來顯示時間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。文章給出了一種基于 MCS51單片機的 16 16 點陣 LED顯示屏的設(shè)計方案。 在負載范圍內(nèi) , 只需通過簡單的級聯(lián)就可以對顯示屏進行擴展 ,是一種成本低廉的 圖文 顯示方案。 在實際應(yīng)用中的顯示屏由于成本和可靠性的因素常采用一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。 ３ LED 及 LED 顯示屏 LED 就是 Light Emitting Diode（ 發(fā)光二極管 ） 的縮寫。 PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。 發(fā)光二極管是由 p 型和 n 型半導(dǎo)體組成的二極管。 p n 結(jié)上未加電壓時構(gòu)成一定的勢壘 ,當加正向偏壓時 ,在外電場作用下 ,p 區(qū)的空穴和 n 區(qū)的電子就向?qū)Ψ綌U散運動 ,構(gòu)成少數(shù)載流子的注入 ,從而在 p n 結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價帶空穴的復(fù)合 ,同時釋放出相對應(yīng) 的能量 hν(h 為普朗克常數(shù) ,ν 為光子頻率 )而發(fā)光。 LED 顯示屏 是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維 、三維動畫、錄像、電視、 VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。 它的優(yōu)點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。系統(tǒng)軟件 (如：程序指令，常數(shù)，表 格 )固化在 ROM中，不易受病毒破壞。 ②便于擴展： 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件，片外有很多供擴展用的 (總線，并行和串行的輸入 /輸出 )管腳，很容易組成一定規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 ④實用性好： 體積小，功耗低，價格便宜，易于產(chǎn)品化。在片內(nèi)：CPU有 4位或 8位； ROM有 1KB或 2KB； RAM 有 64B或 128B；只有并行接口，無串行接口；只有 1個 8位的定時 /計時器；中斷源只有 2個。 ②第 2 階段 (1978 年 — 1983 年 )，以 MCS51 系列為代表，稱 8 位單片機。在片外：尋址范圍有 64KB；芯片引腳 ４ 有 40個。在片內(nèi)： CPU有 16位； ROM有 8KB； RAM有 232B；有串 /并行接口；有 4個 16位的定時 /計時器；中斷源有 8個；增加了 D/A和 A/D轉(zhuǎn)換電路。 以上 MCS51系列以其優(yōu)良的性價比，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。 16ｘ 16的點陣共有 256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 16ｘ 16 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè) 計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。具體就 16ｘ 16 的點陣來說，把所有同1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 16行之后，又重新燃亮第 1行，反復(fù)輪回。 采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列 數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。為了達到重 疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。圖 1為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。 單片機系統(tǒng)及外圍電路 單片機采用 MSC51或其兼容系列芯片，采用 24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時期顯示更穩(wěn)定。P1口低 4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號； ～ 。 16ｘ 16 的點陣顯示屏的硬件原理圖如圖 2所示（在附錄 A）。它具有一個 8 位串入并出的移位寄存器和一個 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立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達到重疊處理的目的。它的輸入側(cè)有 8 個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳SCK是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將 SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。 RCK是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。SCLR信號是移位寄存器清零輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為零。芯片的輸出端為 QA～ QH，最高位 QH 可作為多片 74HC595 級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。 QB 1 16 Vcc QC 2 15 QA QD 3 14 SI QE 4 13 G QF 5 12 RCK QG 6 11 SCK QH 7 10 SCLR GND 8 9 QH 圖 3. 74HC595 外形及引腳 行驅(qū)動器 單片機 P1口低 4位輸出的行號經(jīng) 4/16線譯碼器 74LS154譯碼后生成 16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。顯示驅(qū)動程序負責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。 顯示驅(qū)動程序 顯示驅(qū)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： 刷頻率（幀頻） =1/16 T0 溢出率 =1/16 f/12（ 65536t） 其中 f位晶振頻率， t為定時器 T0初值（工作在 16位定時器模式）。為消除在切換行顯示數(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 74HC595 ７ 出新的行號，重新打開顯示。 圖 4 顯示驅(qū)動程序流程圖 系統(tǒng)主程序 本文設(shè)計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度 均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串擾。 系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(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“卷簾出”效果顯示圖形，停留約 3s；接著向上滾動顯示“我愛單片機”這 5 個漢字及一個圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。 單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng) 任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。