【正文】 的簡(jiǎn)易控制機(jī)中，采用單片機(jī)可提高可靠性，增強(qiáng)其功能、降低成本。數(shù)控型控制機(jī)采用單片機(jī)后口可能改變其結(jié)構(gòu)模式，例如使控制機(jī)與伺服控制分開，用單片機(jī)構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)控制器可減輕數(shù)控型控制機(jī)的負(fù)擔(dān)。這些外圍裝置與接口如果完全由主機(jī)進(jìn)行管理，勢(shì)必造成主機(jī)負(fù)擔(dān)過重，降低執(zhí)行速度，如果采用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)微處理器與主機(jī)可并行上作，大大地提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度。在通信接口中采用單片機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼譯碼、分配管理、接收/發(fā)送控制等。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)PN結(jié)。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成PN結(jié)的材料決定的。 體積小 ：LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。這就是說：。 堅(jiān)固耐用 ：LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。 LED發(fā)光技術(shù)的原理是某些半導(dǎo)體材料在通以電流的情況下會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，這種電到光的轉(zhuǎn)換效率非常高，對(duì)所用材料進(jìn)行不同的化學(xué)處理，就可以得到各種亮度和視角。LED散發(fā)出電磁波（一種振動(dòng)極高的頻率），當(dāng)這些波達(dá)到380nm（nanometer）以上及在780nm以下，在這中間的波長(zhǎng)是可見光，一種能被人的眼睛看到的可視光。 LED簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED電子顯示屏是由幾萬幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；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、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)改革開放之后，特別是進(jìn)入90年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì)公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)形勢(shì)，因而在LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。顯示技術(shù)是一種將反映外界客觀事物的信息（光學(xué)的。聲學(xué)的、化學(xué)的等），經(jīng)過變換處理，以適當(dāng)?shù)男问剑ㄖ饕袌D像、圖形、數(shù)碼、字符）加以顯示，供人觀看、分析、利用的一種技術(shù)。電子顯示技術(shù)的應(yīng)用與研究涉及的范圍很廣，包括各種發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理的研究、實(shí)驗(yàn)；各種顯示方式的基本原理及其結(jié)構(gòu)形式，顯示用的材料與器件的選擇和制作工藝；顯示信息的輸入、變換、處理和控制，等等。和很多應(yīng)用術(shù)語一樣，LED圖文顯示屏并沒有一個(gè)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(duì)自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。組成一個(gè)字的點(diǎn)陣，其大小也可以有8161242等不同規(guī)格。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。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。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。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。 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(diǎn)陣單元。換句話說，對(duì)應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。事先設(shè)計(jì)好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時(shí)分別送到各自的顯示點(diǎn)陣，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。LED顯示屏的分類 按顏色基色可以分為：?jiǎn)位@示屏：?jiǎn)我活伾t色或綠色）。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。這里所說的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。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。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。不過當(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。刷新太慢，動(dòng)感不顯著；刷新太快了，中間過程看不清。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要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，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制LED顯示屏的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是1616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。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，具體就1616的點(diǎn)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），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；……第十六行之后，又重新燃亮第一行，反復(fù)輪回。2．3 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示時(shí)要把一行中各列的數(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)傳輸方式的問題。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。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。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(duì)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(zhǎng)，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，以至影響到LED的亮度。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)。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 顯示屏電路框圖經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)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(shí)，串并移位寄存器準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。單片機(jī)及相應(yīng)軟件，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)（或生成）顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序等。系統(tǒng)硬件部分電路大致上可以分成穩(wěn)壓電源、單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)器電路、行驅(qū)動(dòng)器電路和LED顯示屏電路五部分。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成。一般的電子設(shè)備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的220V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。（2）整流部分。由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)成份（稱為紋波），因此一般還不能直接用來給負(fù)載供電，否則，紋波的變化會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。濾波部分的作用是對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流電進(jìn)行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。（4）穩(wěn)壓部分。變壓器把220V交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流電中仍?huì)含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。（a）穩(wěn)壓電源電路的基本方框圖u4 u3 u2 uI u10 t t t t t 0 0 0 0 （b）整流與穩(wěn)壓過程圖31 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖32所示。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容C2，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓，在輸出端得到穩(wěn)定的5V直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈.圖32 電源電路圖 穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、波紋電壓及溫度系數(shù)等。輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usr應(yīng)基本保持不變。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定。3．2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路3．2．1 單片機(jī)的選擇在這個(gè)設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24MHZ或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。這里我們選擇了內(nèi)含4K字節(jié)Flash的AT89C51，因?yàn)槲覀冎恍枰@示特定的圖形和文字，無需龐大的字庫，因此4K Flash已經(jīng)可以滿足字庫儲(chǔ)存的需求，不需要擴(kuò)展外存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51包含以下一些功能部件：4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz128*8位內(nèi)部RAM兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可編程串行通道片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)一般采用雙列直插DIP封裝，共40個(gè)引腳，圖24為其引腳排列圖。Vcc——芯片電源，接+5V；Vss——接地端?？刂凭€共有4根，其中3根是復(fù)用線。1）ALE/——地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。AT89C51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)。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)。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時(shí)，ALE將跳過一個(gè)ALE脈沖。2） ——外ROM讀選通信號(hào)。 可作為外ROM芯片輸出允許的選通信號(hào)。3）RST/VPD——復(fù)位/備用電源。 ②VPD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。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。AT89C51單片機(jī)ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。AT89C51有P0、PPP3 4 個(gè)8位并行I/O端口，共32個(gè)引腳。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時(shí)P1 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P2 口寫入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。P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P3 口寫入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。單片機(jī)振蕩器反相放大器的輸入端（XTAL1）和輸出端（XTAL2）之間接上12MHz或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串行口工作在方式0下，作為同步移位寄存器使用，端口RXD（）作為數(shù)據(jù)移位的輸入/輸出端，而由TXD（）端輸出移位時(shí)鐘脈沖。89C51的通用I/O口P1作為顯示數(shù)據(jù)和二進(jìn)制行號(hào)的公用輸出口。P1口的低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出二進(jìn)制的行選信號(hào)；～。圖34 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路圖3．3 列驅(qū)動(dòng)電路 74HC595芯片簡(jiǎn)介集成電路74HC595，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)，而且移位寄存器的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。它的輸入側(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。引腳SRCLK是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。RCLK是輸出鎖存器的輸入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出輸入到輸出鎖存器。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兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH′，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)連輸出。圖36 移位寄存和輸出鎖存的時(shí)序波形圖：引腳符號(hào) 引腳 描述 Q0…Q7 15 ， 1 ， 7 并行數(shù)據(jù)輸出 GND 8 地 Q7’ 9 串行數(shù)據(jù)輸出 MR 10 主復(fù)位（低電平） SHCP 11 移位寄存器時(shí)鐘輸入 STCP 12 存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入 OE 13 輸出有效（低電平） DS 14 串行數(shù)據(jù)輸入 VCC 16 電源 ↑ L H NC Qn’ 移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并從并口輸出 ↑ ↑ L H Q6’ Qn’ 移位寄存器內(nèi)容移入，先前的移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并輸