【正文】 ............................................................................................ 5 3． 1 電源設(shè)計 ........................................................................................................ 5 3． 2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 ................................................................................... 6 3． 2． 1 單片機(jī)的選擇 ..................................................................................... 6 3． 2． 2 AT89C51 芯片介紹 ............................................................................. 6 3． 2． 3 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路 .......................................................................... 9 3． 3 列驅(qū)動電路 ....................................................................................................10 3． 4 行驅(qū)動電路 ....................................................................................................12 3． 4． 1 行驅(qū)動芯片 74HC154 介紹 ................................................................12 3． 4． 2 行驅(qū)動電路 .......................................................................................14 3． 5 LED 顯示屏電路 ............................................................................................15 第四章 軟件流程 ...........................................................................................................18 4． 1 系統(tǒng)主程序 ....................................................................................................18 4． 2 顯示驅(qū)動程序 ................................................................................................19 第五章 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析 .........................................................................................21 5． 1 軟件調(diào)試 .......................................................................................................21 5． 2 硬件調(diào)試 .......................................................................................................25 5． 3 性能分析 .......................................................................................................25 第六章 理論分析計算 ....................................................................................................26 第七章 系統(tǒng)功能及使用方法 .........................................................................................27 結(jié)束語 ............................................................................................................................28 附錄一 實物照片、 電路圖、 PCB圖、元器件清單 .........................................................29 附錄二 系統(tǒng)程序源代碼 ................................................................................................33 附錄三 用戶使用手冊 ....................................................................................................39 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................40 1 第一章 摘要 本設(shè)計是一 1616 點陣 LED 電子顯示 屏的設(shè)計。 整機(jī)以美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 40 腳單片機(jī) AT89C51 為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的 LED 點陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開發(fā)過程。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示 1 個漢字，采用 16*16 點陣 LED 顯示模塊來組成 1616 點陣顯示模式。文中詳細(xì)介紹了 LED 點陣顯示的硬件設(shè)計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè) 計，以及使用說明等。所顯示字符的點陣數(shù)據(jù)可以自行編寫（即直接點陣畫圖），也可從標(biāo)準(zhǔn)字庫中提取。 經(jīng)實踐證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理，擴(kuò)展能力強(qiáng) 。 2 第二章 系統(tǒng)方案論證 2． 1 需要實現(xiàn)的功能 設(shè)計一個室內(nèi)用 1616 點陣 LED 圖文顯示屏，要求在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。 2． 2 LED 顯示特點 LED 發(fā)光燈可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等多種類型。這種單個的發(fā)光燈適宜用做指示燈，如電源指示、電路狀態(tài)指示燈，進(jìn)而對能夠轉(zhuǎn)變成電信號的各種物理量進(jìn)行指示。 和很多應(yīng)用術(shù)語一樣， LED 圖文顯示屏并沒有一個公認(rèn)的嚴(yán)格的定義，一般把顯示圖形和 /或文字的 LED 顯示屏稱為圖文屏。圖文顯示屏的主要特征是只控制 LED 點陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制 LED 的發(fā)光 強(qiáng)弱。其實條屏只不過是其寬度遠(yuǎn)大于高度的平面顯示屏，在顯示與控制的原理上并無區(qū)別。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形， 再 按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣 是可行的。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。組成一個字的點陣，其大小也可以有 161 242 323 4848 等不同規(guī)格。 用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任 意組合和變化，只要設(shè)計好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。 點陣顯示方式適應(yīng)信息變化的優(yōu)點，是以點陣顯示器的價格和其復(fù)雜的控制電路為代價的。 3 因此，點陣顯示器在相同面積情況下，價格要貴些。點陣顯示器則不然，它要對點陣上全部 LED 進(jìn)行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯示數(shù)據(jù)和控制電路自然要復(fù)雜得多。 圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色、和多色幾種。單色屏多使用紅色 、 橘紅色或橙色 LED 點陣單元。換句話說，對應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。事先設(shè)計好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時分別送到各自的顯示點陣，即可實現(xiàn)預(yù)期效果。 2． 3 設(shè)計方案論證 2． 3． 1 顯示模式方案 為了吸引觀眾增強(qiáng)顯示效果，可以有多種顯示模式 ， 最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動的。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。刷新的時間控制，要考慮運動圖形文字的顯示效果。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 1616的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 1616 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。而且靜態(tài)顯示功耗大，顯示一個1616 的字的功耗為： 1616105=12800mW=！普通電池根本無法驅(qū)動，要是組成大顯示屏那功耗將更驚人 。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套列驅(qū)動器， 每行 有 一個行驅(qū)動器， 具體就 1616的點陣來說，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法）， 由行譯碼器給出的行選通信號，從第一行開始，按順序 4 單片機(jī) 列驅(qū)動器 行驅(qū)動器 LED 顯示點陣 電源 圖 21 顯示屏電路框圖 依次對各行進(jìn)行掃描 (把該行與電源的一端接通 )。接通的列，就在該行該列 燃亮 相應(yīng)的 LED；未接通的列所對應(yīng)的 LED 熄滅。全部各行都掃過一 遍 之后 (一個掃描周期 )，又從第一行開始下一個周期的掃描。而且動態(tài)掃描方式功耗低，硬件成本低，每個 LED都不是連續(xù)工作，因而還有利于延長 LED 的使用壽命。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)傳輸方式的問題。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ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，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(jì)的。首先， 單片機(jī)從存儲器中讀出的 8 位并行數(shù)據(jù)要通過并串變換，按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以至影響到 LED 的亮度。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。 經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能。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，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 5 第三章 關(guān)鍵電路設(shè)計 由于圖文屏的控制電路采用單片機(jī)方案，控制功能的實現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩方面進(jìn)行折中。但是單片機(jī)的接口數(shù)量少，驅(qū)動能力不強(qiáng)，必須擴(kuò)展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。 3． 1 電源設(shè)計 穩(wěn)壓電源的功能是把來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧摹⒎€(wěn)定的直流電壓。圖中變壓器 T 將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為整流電路所需要的 交流電壓，再經(jīng)整流電橋（ 4 個二極管） D1 將交流電壓變換成脈動的直流電壓，隨后電解電容器 C1 將脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較為平滑的直流電壓。這時，在輸出端接上電容 C3，用以濾除輸出端的高頻信號，改善負(fù)圖 31 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程 （ b）整流與穩(wěn)壓過程 （ a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 6 載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。 T2 20 V ～ 7 .5 VC31 04C21 04V i n1GND2V o ut3I C 17 80 5R11 00 ΩV C C1234D1B R I D G EC1