16*16點(diǎn)陣LED屏單片機(jī)學(xué)習(xí)板 - 全文

　　16*16點(diǎn)陣LED屏單片機(jī)學(xué)習(xí)板是一款非常適合有一定單片機(jī)基礎(chǔ)的客戶選購(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)的這款點(diǎn)陣屏硬件成熟可靠，LED亮度充足而且均勻圖像清晰穩(wěn)定無(wú)串?dāng)_，顯示效果非常理想，既可以顯示靜態(tài)的圖形和文字也能通過(guò)編程讓圖形和文字運(yùn)動(dòng)起來(lái)，運(yùn)動(dòng)方式靈活多樣可以平移、下降、激光掃描、滾動(dòng)播出等等，大家一定看到過(guò)商場(chǎng)門(mén)口的紅色流動(dòng)字幕吧?只要你有足夠的耐心你也能實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果!

　　一個(gè) 16*16點(diǎn)陣LED屏單片機(jī)學(xué)習(xí)板：

?

　　硬件資源：

　　1、一片AT89S51單片機(jī)

　　2、由4個(gè)8*8點(diǎn)陣LED模塊組成一個(gè)16X16點(diǎn)陣LED

　　3、4個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)(功能預(yù)留)

　　4、一個(gè)REST手動(dòng)復(fù)位按鍵

　　5、一個(gè)DS1302時(shí)鐘芯片、CR2032斷電記憶電池座、蜂鳴器(功能預(yù)留)。

　　6、電路板大?。?04*100*15 毫米

　　注意：本電路板耗電較大，正常工作時(shí)LM7805穩(wěn)壓器比較燙手，有條件的客戶可以加裝散熱器或者直接用5V/1A開(kāi)關(guān)電源供電(跳過(guò)7805穩(wěn)壓器)

　　詳細(xì)配套軟件資料：

　　1、由下向上滾動(dòng)的“單片機(jī)是工業(yè)中最基礎(chǔ)的運(yùn)用......”匯編語(yǔ)言完整源程序

　　2、PDF格式的原理圖、裝配安裝示意圖

　　3、配有中、英文字模資料、示范程序

　　工作原理分析：

　　從理論上說(shuō)，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)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱(chēng)為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。16×16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多端口，如果我們采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，1 6×16的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是16×16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。

　　因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱(chēng)為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說(shuō)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。具體就1 6×16的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同l行的發(fā)光管的陽(yáng)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(yáng)的接法)，先送出對(duì)應(yīng)第1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第l行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅;再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎮(zhèn)存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅;-…?第16行之后，又重新燃亮第1行，腹輪回。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(jué)暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。

　　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。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。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?shù)膯?wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。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。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?/p>

　　采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一?a target="_blank">信號(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(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)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(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(傳輸)和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，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，以致影響到LED的亮度。

　　解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。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)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過(guò)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。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串人并出的移位功能;對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。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)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。

?

　　硬件電路大致上可以分成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路三部分

　　單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路：

　　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。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)送顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào);P1.5～P1.7口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。PO和P2口空著，在有必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。

　　列驅(qū)動(dòng)電路：

　　列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個(gè)8位串人并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SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK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SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打人最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打人信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打人到輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門(mén)的開(kāi)放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開(kāi)放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器的靖0輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為o。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的，所以能夠做到輸人串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QA～QH.最高位QH可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打人控制，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)聯(lián)輸出。

　　行驅(qū)動(dòng)電路：

　　單片機(jī)P1口低4位輸出的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74LSl54譯碼后生成1 6條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20 mA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要320 mA電流，選用三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。

　　系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)

　　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(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其它控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。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(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　從有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法(顯示效果處理)和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯示屏程序適宜采用c語(yǔ)言編寫(xiě)。

　　顯示驅(qū)動(dòng)程序：

　　顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)人中斷后首先要對(duì)定時(shí)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(jì)算公式如下：

　　刷新率(幀頻)=1/16×T0溢出率=1/16×fosc/12(65536—to) 其中fosc為晶振頻率，to為定時(shí)器T0初值(工作在16位定時(shí)器模式)。

　　然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打人輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開(kāi)顯示。

　　圖7.4 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖

?

　　系統(tǒng)主程序：

　　系統(tǒng)主程序開(kāi)始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口;然后向上滾動(dòng)顯示“單片機(jī)是工業(yè)中最基礎(chǔ)的運(yùn)用......”。由于單片機(jī)沒(méi)有停機(jī)指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。

　　裝配圖片

?