【正文】 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 方案選定 本文主要講述的是 “ LED 點(diǎn)陣字符顯示電路 ” ，本課題的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方案。 方案二：由單片機(jī)編程控制來實(shí)現(xiàn)，方案利用單片機(jī)控制鎖存器和譯碼器，由鎖存器和譯碼器送出行選和列選來控制 LED 屏的亮滅，從而顯示漢字。因?yàn)橛脭?shù)字電路實(shí)現(xiàn)必須要有移位寄存器與鎖存器對字符數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，然后并行輸入到顯示屏，不但如此，而且需要很大一部分的擴(kuò)展電路才能實(shí)現(xiàn)。方 案二不僅能夠改進(jìn)方案一設(shè)計(jì)的不靈活，還可進(jìn)行擴(kuò)展。 本文是基于單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。 用單片機(jī)匯編語言編程，來控制 16*16 LED 點(diǎn)陣塊進(jìn)行顯示相應(yīng)的漢字、圖形、圖像等。一方面不會降低對硬件的控制能力，另一方面也不會使代碼長度增加多少。并且非常易于維護(hù)?？刂齐娐凡糠职ㄒ粋€(gè) 51CUP 和一些外圍電路。點(diǎn)陣顯示屏體、以及它的行和列的各個(gè)驅(qū)動電路。 此顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動器。另一方而，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動器是否將該列與電源的另一端接通。 圖 點(diǎn)陣顯示的總體框圖 51 系列單片機(jī)簡介 單片機(jī)（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī) ，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種 I/O 接口電路。 圖 8051 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的一個(gè)產(chǎn)品。這些衍生品是在基本型基礎(chǔ)上增強(qiáng)了各種功能的產(chǎn)品。 8051 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為 CPU、存儲器、并行口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 算術(shù)邏輯單元 ALU 能對數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算；“與”、“或”、“異或”等邏輯運(yùn)算以及位操作運(yùn)算。 B寄存器在乘法指令中用來存放一個(gè)乘數(shù)，在除法指令中用來存放除數(shù)，運(yùn)算后 B中為部分運(yùn)算結(jié)果。 PSW 的格式如下所示，其各位的含義是： 廣告燈自動控制系統(tǒng) 6 CY：進(jìn)位標(biāo)志。 AC：半進(jìn)位標(biāo)志。 F0：用戶可設(shè)定的標(biāo)志位，可置位 /復(fù)位，也可供測試。 OV：溢出標(biāo)志。當(dāng)無符號 數(shù)乘法結(jié)果超過 255 時(shí)，或當(dāng)無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0 時(shí) OV=1，否則 OV=0。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí) P=1，否則 P=0，即偶校驗(yàn)方式。 單片機(jī)是程序控制式計(jì)算機(jī)，即它的運(yùn)行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進(jìn)行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時(shí)要求的微操作信號，用以控制單片機(jī)的各部分動作。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3 口的某些端子合用，如 WR 和 RD 就是 和 ，他們的具體功能在介紹 8051 引腳是一起敘述。這種結(jié)構(gòu)與通用微機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM 或 RAM，訪存時(shí)用同一種指令，這 種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。 8051 片內(nèi)有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。也就是最多可以在外部擴(kuò)展 2*64KB 存儲器。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 7 圖 8051 存儲器組織結(jié)構(gòu) 64K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K字節(jié)地址區(qū)對于片內(nèi) ROM 和片外 ROM 是公用的，這 4K 字節(jié)地址是 0000H~FFFH。 CPU 的控制器專門提供一個(gè)控制信號 EA用來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當(dāng) EA 接高電平時(shí)，單片機(jī)從片內(nèi) ROM 的 4K 字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當(dāng)指令地址超過 0FFFH 后，就自動的轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的： 0000H~0002H單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復(fù)位以后， CPU總是叢 0000H單元開始執(zhí)行程序。用戶程序不應(yīng)進(jìn)入上述區(qū)域。256 個(gè)字節(jié)被分為兩個(gè)區(qū)域： 00H~7FH 時(shí)真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。對于 8051 安排了 21 個(gè)特殊功能寄存器，每個(gè)寄存器為 8位，所以實(shí)際上 128 個(gè)字節(jié)并沒有全部利用。 8051 內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并 可用“寄存器名 .位”來表示，如 ， 等。 復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用 2種方式 : 開機(jī)上電復(fù)位和外部手動復(fù)位，本設(shè)計(jì)用的是外部手動復(fù)位。 廣告燈自動控制系統(tǒng) 9 T1AC1V+ 2AC3V4D6C41 0 0 u /1 6 VC61 0 0 u /1 6 vV C CV in1GND3+ 5 V 2U27 8 0 5C51 0 4C71 0 4 圖 單片機(jī)電源原理圖 注 : 該電源電路主要模塊為 IC7805,它能 輸出穩(wěn)定的 5V電源 ,圖中整流橋是將市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?,電容起到慮波作用由 7805 的OUT 引腳輸出 5V電壓。本設(shè)計(jì)是一種實(shí)用的漢字顯示屏的制作，制作的是點(diǎn)陣。實(shí)際使用時(shí)可以根據(jù)這個(gè)原理自行擴(kuò)充顯示的字?jǐn)?shù)。要實(shí)現(xiàn)用 兩種顏色顯示，只要在電路的設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)倪B線就可以了。 圖 8 8 點(diǎn)陣外觀及引腳圖 廣告燈自動控制系統(tǒng) 10 圖 8 8單色點(diǎn)陣內(nèi)部圖 圖 8 8 雙色點(diǎn)陣內(nèi)部圖 LED 顯示方式 [7] 漢字顯示屏用于顯示漢字、字符及圖像信息，在公共汽車、銀行、醫(yī)院及戶外廣告等地方都有廣泛的應(yīng)用。為了降低成本，使用了四塊 8 8的 LED 點(diǎn)陣發(fā)光管的模塊， 組成了一個(gè) 16 16的 LED 點(diǎn)陣顯示屏，如圖 所示。 圖 四塊 8 8的 LED 點(diǎn)陣組成 16 16 的 LED 點(diǎn)陣 LED 驅(qū)動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。 顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?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(jì)的。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)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(shí)間就太少了，以致影響到 LED 的亮度。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能。 LED 點(diǎn) 陣顯示模塊進(jìn)行的方法有兩種： （ 1）水平方向（ X方向）掃描，即逐列掃描的方式（簡稱列掃描方式）：此時(shí)用一個(gè) P 口輸出列碼決定哪一列能亮（相當(dāng)于位碼），用另一個(gè) P 口輸出行碼（列數(shù)據(jù)），決定該行上那哪個(gè) LED亮（相當(dāng)于段碼）。 （ 2）豎直方向（ Y方向）掃描，即逐行掃描方式（簡稱行掃描方式）：此時(shí)用一個(gè) P口輸出決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼），另一個(gè) P口輸出列碼（行數(shù)據(jù)，行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn) 90度的數(shù)據(jù)）決定該行上哪些 LED 燈亮（相當(dāng) 于段碼）。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是第一種的掃描方法，即水平方向（ X方向）掃描。一般我們使用的 16 16 的點(diǎn)陣宋體字庫，即所謂的 16 16，是每一個(gè)漢廣告燈自動控制系統(tǒng) 12 字在縱橫各 16 點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在 256 像素范圍內(nèi)的任何圖形。一般我們把它分解成上部分和下部分，上部分由 8*16 的點(diǎn)陣組成，下部分也由 8*16 的點(diǎn)陣組成。方向?yàn)?P00 到 P07，顯示漢字 “ 江 ” 的時(shí)候， P00 到 P04 都是滅的， P05 亮，即二進(jìn)制 00001000，轉(zhuǎn)換為 16 進(jìn)制為 08H， 如圖 所示。 按照這個(gè)方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描 32 個(gè) 8位，可以得出漢字 “ 城 ” 的掃描代碼為 ： DB 08H,20H,08H,30H,0FFH,0E0H,08H,42H,08H,4CH,1FH,0F0H,12H,10H,12H,1AH。城 廣告燈自動控制系統(tǒng) 13 圖 點(diǎn)陣顯示原理圖 由這個(gè)原理可以看到，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這種方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。要顯示一個(gè)字符，該字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)可以列向（縱向） 16 點(diǎn)組字，又可以行向（橫向） 16 點(diǎn)組字。 1．顯示字符的左右移動 (1)列掃描方式左移動：列向組字顯示字 符水平方向的移動（左滾動） 在這里有兩個(gè)方法： 方法 1：延長數(shù)組法。每掃描儀幀取 8 個(gè)數(shù)據(jù)顯示，下一幀取數(shù)要在數(shù)組中后移一個(gè)數(shù)取數(shù)?？梢约傧胗袃蓧K 16 16的點(diǎn)陣模塊（共 32 幀）水平平行排列，用一個(gè)恰好能罩住 8 列點(diǎn)陣的中空方框去罩這個(gè)點(diǎn)陣，第 1（第 1 幀）罩住最左邊數(shù)起第一列開始的 16 列，就掃描顯示這16 列；第 2次（第 2幀）使方框右移一列，罩住做左邊數(shù)起第 2列開始的 16 列，就掃描顯示這 16 列； ；這樣每掃描完一幀 使方框右移一列，最后第 16 次（第 16幀）時(shí)，罩住左邊數(shù)起的第 16 列開始的 16列，就掃描顯示這 16 列。 圖 方框圖法左右移動示意圖 因?yàn)槭橇邢蚪M字（列掃描方式，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為行碼，上邊為地位下面為高位），希望顯示移動的一個(gè)字符，第 1 次掃描從行碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第 1~16 個(gè)數(shù)據(jù)，送行碼輸出口，對應(yīng)于這 8 個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用列碼輸出口輸出列碼，分別控制第 1~16 列。第 3次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第 3~18 個(gè)數(shù)據(jù)（第 18 個(gè)數(shù)據(jù)碼與地2 個(gè)數(shù)據(jù)碼相同）掃描 ；如此實(shí)現(xiàn)字符向左移動。如圖 所示，首先掃描第一個(gè)字型，同樣是 16 行，16 次掃描， 16 次顯示；完成一個(gè)字型的掃描以后，再掃描第二個(gè)字型；完成第二個(gè)字 型的掃描之后，再掃描第三個(gè)字型 依此類推，即可產(chǎn)生該文字的左移的感覺。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字型掃描顯示完成之后，就進(jìn)行這樣的動作調(diào)整，廣告燈自動控制系統(tǒng) 16 以產(chǎn)生第二個(gè)字型的編碼。這個(gè)調(diào)整動作時(shí)先將 16個(gè)編碼根據(jù)序填入存儲器，例如第 1行編碼存入 20H,第二行編碼存入 21H要進(jìn)行左移調(diào)整時(shí)，則先將 20H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 36H 地址， 再將 21 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 20 H 地址，將 22 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 21 H 地址，將 23 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 22 H 地址，將 24 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 23 H 地址，將 25 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 24 H 地址，將 26 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 25 H 地址，將 27 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 26 H 地址，將 28 H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 27H 地址 方法 2：數(shù)組數(shù)據(jù) “ 循環(huán)左移法 ” （適合用 C 語言編寫，在此僅作了解）。具體的方法入下。實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法有：第一，遍一個(gè) “ 數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移子程序 ” ，該子程序每執(zhí)行一次可把數(shù)組中的額數(shù)據(jù)循環(huán)左移一次，主程序中先調(diào)用一次該子程序，時(shí)數(shù)組中的數(shù)據(jù)循環(huán)左移這一次，然后再從數(shù)組中取數(shù)據(jù)顯示。第二，不用子程序，而是用變量判斷控制實(shí)現(xiàn)數(shù)組 數(shù)據(jù)的循環(huán)左移。如果是行向組字（行掃描方式，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為列碼，左邊為敵位右邊為高位），希望顯示向左移動的一個(gè)字符，第 1 次掃描從列碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第 1~16 個(gè)數(shù)據(jù)，送到列碼輸出口，對應(yīng)的 8個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第 1~16 行。如此，每進(jìn)行下一次掃描，把上一次掃描的 16 個(gè)列碼都循環(huán)右移一位，再 進(jìn)行掃描。 2．?dāng)?shù)據(jù)的上下移動 (1)列掃描方式向上移動 列向組字顯示字符豎直方向的移動。由于是列向組字（上高下低），掃描完成這 16 個(gè)數(shù)據(jù)后，第 2 次掃描的 16 個(gè)數(shù)據(jù)，應(yīng)將原來的第 1 次掃描的 16 個(gè)行碼每一個(gè)都循環(huán)右移一位，使顯示的點(diǎn)都上移一行（如果是顯示向下滾動則應(yīng)循環(huán) 左移），再進(jìn)行掃描。 也可以用字型的方法容易理解，以下的 16 16 的 LED 顯示一個(gè)字是 8個(gè)字型，首先掃描的而是第一個(gè)字型，同樣是 16 行，16 列掃描， 16 次顯示；完成一個(gè)字型后，再掃描第二個(gè)字型；完成第二個(gè)字型后，再掃描第三個(gè)字型 以此類推，即可產(chǎn)生該文字向上移動的感覺 當(dāng)把第一個(gè)字型編碼中，每行顯示的數(shù)據(jù)都右移一位，以產(chǎn)生第二個(gè)字型編碼，即可產(chǎn)生字符向上滾動的感覺。同樣的，當(dāng)?shù)诙€(gè)字型完成之后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動作，以產(chǎn)生第三個(gè)字型的編碼。 上圖 僅以字型移動的方法畫圖。如果是行向組字，希望顯示向上移動的一個(gè)字符，第 1 次掃描從列碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第 1~16 個(gè)數(shù)據(jù)，送列碼輸出口，對應(yīng)于這 8 個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第 1~16 行。第 3 次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第 3~18 個(gè)數(shù)據(jù)（第 18 個(gè)數(shù)據(jù)與地 2個(gè)數(shù)據(jù)同）掃描； 如此就實(shí)現(xiàn)了字 符的向上移動。實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法與上類似。 LED 陣列驅(qū)動電路 正向點(diǎn)亮一顆 LED，至少也得 10到 20 毫安，若電流不夠大，則 LED 不夠亮！而不管是 8051 的輸入還是輸出端其高態(tài)輸出電流都不是很高，不過 1～ 2 毫安而已。這時(shí)候就需要額外的驅(qū)動電路，分別針對共陽極和共陰極LED 陣