【正文】 實現(xiàn)字符﹑數(shù)字或者漢字的左移﹑右移﹑上移﹑下移。 我們用 LED 顯示屏顯示信息，不論顯示圖形還是文字，都是控制與組基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 ii 成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應的 LED器件發(fā)光。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個 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)中相應的位填 1，否則填 0。這樣依照所需顯示的圖形文字，按 顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構成一個顯示數(shù)據(jù)文件。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模。（本文制作的是 16 16 的四塊屏的組合）。還有要作一個項目必須要分工合作，每個人負責一個模塊的設計在開發(fā)過程中要細心，還要有不怕苦的精神。 LED 顯示屏正在向更高的方向發(fā)展，其應用也越來越廣泛，而這些是基于電子的發(fā)展基礎之上的，所以，消費類電子的發(fā)展也越來越迅速。它的應用前景十分廣泛，但暫時在整個消費電子領域還還不算領先，所以，這還需要我們的共同努力！ 西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒論 1． 1 LED及 LED 顯示屏 LED 就是 Light Emitting Diode（ 發(fā)光二極管 ） 的縮寫。 PN 結加反向電壓，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 型半導體組成的二極管。 p n 結上未加電壓時構成一定的勢壘 ,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 就向對方擴散運動 ,構成少數(shù)載流子的注入 ,從而在 p n 結附近產(chǎn)生導帶電子和價帶空穴的復合 ,同時釋放出相對應的能量 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。 AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀 表、通訊設備、家用電器等各個領域。 高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位 , 一直是衡量單片機性能的重要指標，也是單片機占領市場、賴以生存的必要條件 。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設管理的開銷，相對簡化了硬件結構，降低了成本。 AVR 單片機內嵌高質量的 Flash 程序存儲器，擦寫方便，支持 ISP和 IAP，便于產(chǎn)品的調試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。片內大容量的 RAM 不 僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像 MCS51 單片機那樣擴展外部 RAM。 即單片微型計算機（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。在發(fā)展 MCU方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時 ，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。隨著微電子技術、 IC 設計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。 基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 4 第二章 硬件設計 設計框圖及介紹 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點所在的位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅動顯示方式。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16ｘ 16的點陣，在實際應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很龐大的數(shù)字。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐 行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套驅動器。當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，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。從控制電路到列驅動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。當列數(shù)很多西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。但是，串行傳輸過程 較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響到 LED 的亮度。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出 列驅動器電路應具有的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 圖 21 顯示屏電路結構框圖 AVR 單片機最小應用系統(tǒng)電路設計 （圖 22） 單片機 列驅動電路 LED 顯示點陣 行驅動電路 電源 基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 6 圖 22 AVR 單片機 Atmega16 的最小 系統(tǒng) 注 : 該最小系統(tǒng)由按鍵復位電路 、 晶體振蕩電路﹑ AD 轉換濾波線路﹑ ISP 下載接口﹑ JTAG 仿真接口﹑電源以及串口電路組成。 電路圖 23 如下 ： 西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 圖 23 單片機復位圖 單片機 Atmega16 的 工作電壓 VCC=5V,其 EA 引腳需接高電平 ,5V電源 電路如 圖 24 所 示。 LED 點陣介紹 8 8 單色 點陣共需要 64 個發(fā)光二極管組成，且每個二極管是放置在行線與列線的叉點上?？紤]到元器件的易購性，沒有使用 8 8 的點陣發(fā)光二極管模塊，而是直接使用了 256 個高亮度發(fā)光管，組成了 16 行 16 列的發(fā)光點陣。 對比下面的 8 8 單色點陣和 8 8 雙色點陣可以看出，其實 8 8 雙基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 8 色點陣就是兩塊 8 8 單色點陣組合在一起的。 圖 25 8 8點陣外觀及引腳圖 8 8 單色和雙色 點陣 LED 結構 分別 如 下 圖 26 和 27 所示 。下面是簡單的漢字顯示屏的制作，由單片機控制漢字的顯示內容。在這里 僅做 了 四個漢字的顯示，在實際的使用中可以根據(jù)這個原理自行的擴展顯示的漢字， 下面是介紹漢字顯示的原理。以 1616 點陣為例，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），先送出對應第 1 行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第 2 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； … .第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復輪回。該方法能驅動較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單 片 機的資源。但串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進行顯示。 采用串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾，可以采用重疊處理的方法。為基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 10 了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串行移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。能亮的列從左到右掃描完 16 列（相當于位碼循環(huán)移動 16 次）即顯示出一個完整的圖像。能亮的行從上向下掃描完 16 行（相當于位碼循環(huán)移位 16 次）即顯示一幀完整的圖像。 每一個字由 16 行 16 列的點陣形成顯示，即每個字均由 256 個點陣來表示，我們可以把每一個點理解為一個像素。漢字庫從該位置起的 32 字節(jié)信息記錄了該字的字模信息。 我們以水平方向（ x 方向）掃描顯示漢字的“ 西 ”為例來說明其掃描原理，每一個字由 16 行 16 列的點陣組成顯示，如圖下的，如果用 8位的 Atmega16 單片機來控制，由于單片機的總線為 8 位，一個字需要拆分成兩個部分。在本例中單片機首先顯示的是西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 左上角的第一列的部分，即第 0 列的 P00~P07 口。 上半部分第一列完成之后，繼續(xù)掃描下半部分的第一列，為了接線的方便，我們仍設計成由上往下的掃描方式，即從 P27 向 P20 方向掃描，從上圖可以看到，這一列所有的都不亮，所以代碼為 00000000， 16 進制為 00H，然后單片機轉向上半部的第二列，除了 P05 亮，其他的都不亮，即為 00000100， 16 進制為 04H，這一列掃描完成之后繼續(xù)進行下半部分的掃描，除了 亮，其他的為不亮，為二進制 00000000，即 16 進制00H。了解漢字的顯示原理之后，那如何得到漢字的字模信息呢？現(xiàn)在有一些現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 12 可從網(wǎng)上下載漢字字庫提取程序直接提取字庫，如 圖 210 所示 的為一種字模生成軟件，軟件打開后輸入漢字，點擊“檢取”后，十六進制數(shù)據(jù)漢字代碼即可以自動生成，把我們需要的豎排數(shù)據(jù)復制到我們的程序即可。要 顯示一個字符，該字符的點陣數(shù)據(jù)可以列向（縱向） 16 點組字，又可以行向（橫向） 16 點組字。 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） 在這里有兩個方法： 方法 1：延長數(shù)組法。每掃描儀幀取 8 個數(shù)據(jù)顯示，下一幀取數(shù)要在數(shù)組中后移一個數(shù)取數(shù)?？梢约傧胗袃蓧K 16西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 16 的點陣模塊（共 32 幀）水平平行排列，用一個恰好能罩住 8 列點陣的中空方框去罩這個點陣，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，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 211 方框圖法左右移動示意圖 因為是列向組字（列掃描方式，點陣數(shù)據(jù)為行碼，上邊為地位下面為高位），希 望顯示移動的一個字符，第 1 次掃描從行碼的點陣數(shù)組中取第 1~16 個數(shù)據(jù)，送行碼輸出口，對應于這 8 個數(shù)據(jù)，同時用列碼輸出口輸出列碼，分別控制第 1~16 列。第 3 次掃描從點陣數(shù)組中取第 3~18 個數(shù)據(jù)（第 18 個數(shù)據(jù)碼與地 2 個數(shù)據(jù)碼相同）掃描；如此實現(xiàn)字符向左移動。 如 圖 212 所示，首先掃描第一個字型，同樣是 16 行， 16 次掃描，16 次顯示；完成一個字型的掃描以后，再掃描第二個字型；完成第二個字型的掃描之后，再掃描第三個字型 依 此類推，即可產(chǎn)生該文 字的左移的感覺 。 也就是把第一個字型的編碼中，第 1 行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?2 行顯示數(shù)據(jù)；第 2 行顯示數(shù)據(jù)，變成第 3 行顯示數(shù)據(jù)；第 3 行顯示數(shù)據(jù)，變成第 4 行顯示數(shù)據(jù)；第 4 行顯示數(shù)據(jù)，變成第 5 行顯示數(shù)據(jù)， 以此類推。同樣的，當?shù)诙€字型掃描完成之后，就進行這樣西安理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 的調整動作，以產(chǎn)生第三個字型的編碼。 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。實現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法有：第一，遍一個“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，主程序中先調用一次該子程序，時數(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字符，第 1 次掃描從列碼的點陣數(shù)組中取第 1~16個數(shù)據(jù)，送到列碼輸出口，對應的 8 個數(shù)據(jù)，同時用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第 1~16 行。如此，每進行下一次掃基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設計與仿真 16 描，把上一次掃描的 16 個列碼都循