1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　16×16點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)</p><p>　　The 16×16 lattice LED electron display monitor design</p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師； </p><p>　　所在院系：電氣與電子信息工程學(xué)院</p><p>　　所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)［論文］任務(wù)書</p><p><b>　

3、　一、課題名稱</b></p><p>　　16×16點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、課題內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)用的16×16點(diǎn)陣LED圖文顯示屏。</p><p><b>　　三、課題任務(wù)要求</b></p&

4、gt;<p>　　在目測(cè)條件下16×16點(diǎn)陣LED顯示屏各點(diǎn)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)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。</p><p><b>　　四、同組設(shè)計(jì)者</b></p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

5、1] 李全利 編著 ：《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》（第2版）．北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[2] 張志良 主編 ：《單片機(jī)原理及控制技術(shù)》（第2版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 張毅剛 主編 ：《單片機(jī)原理及應(yīng)用》．北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[4] 李光飛 編著 ：《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)

6、》（第2版）．北京：北京航空航天出版社，2004</p><p>　　[5] 李 華 主編 ：《MCS-51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》．北京：北京航空航天出版社，1997</p><p>　　[6] 徐仁貴 主編 ：《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　[7] 諸昌鈐 編著 ：《LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù)》．成都：電子科技

7、大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[8] 梅開鄉(xiāng) 主編 ：《數(shù)字邏輯電路》（第2版）．北京：電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[9] 楊素行 主編 ：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程》（第2版）．北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[10] 吉 雷 主編 ：《Protel99從入門到精通》．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004<

8、/p><p>　　指導(dǎo)教師簽字 </p><p>　　教研室主任簽字 </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是一16×16點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)

9、。</p><p>　　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(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。通過該芯片控制一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器 74HC154和兩個(gè)列驅(qū)動(dòng)器74HC595來驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示。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(gè)漢字，采用4塊8×8點(diǎn)陣LED顯示模塊來組成16×16點(diǎn)陣顯示模式。顯示采用動(dòng)態(tài)顯示，使得圖形或文字

10、能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。文中詳細(xì)介紹了LED點(diǎn)陣顯示的硬件設(shè)計(jì)思路、硬件電路各個(gè)部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計(jì)，以及使用說明等。</p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)程序采用單片機(jī)匯編語言進(jìn)行編輯，通過編程控制各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。所顯示字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)可以自行編寫（即直接點(diǎn)陣畫圖），也可從標(biāo)準(zhǔn)字庫中提取。</p><p>　

11、　LED顯示以其組構(gòu)方式靈活、顯示穩(wěn)定、功耗低、壽命長(zhǎng)、技術(shù)成熟、成本低廉等特點(diǎn)在車站、證券所、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、交通干道及各種室內(nèi)/外顯示場(chǎng)合的信息發(fā)布，公益宣傳，環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)，重大活動(dòng)倒計(jì)時(shí)等等得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　經(jīng)實(shí)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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)； LED； 點(diǎn)陣顯示； 動(dòng)態(tài)顯示； 匯編語言。&l

12、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is a 16 ×16 lattice LED electron display monitor design.</p><p>　　The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (M

13、icro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74H

14、C154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pie

15、ces of </p><p>　　SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control

16、the defense showed bright spots. The lattice data shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. </p><p>　　LED display with fa

17、bric means flexibility, stability, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transportation corridors and various indoor / dissemination of informat

18、ion on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used.</p><p>　　As the practice proves, the system possesses advantages in low sh

19、ows errors, stable, rational structure and strong extensible abilities.</p><p>　　Key words: AT89C51 Micro Controller Unit； LED； Lattice display； Dynamic display； Assembly language.</p><p><

20、b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2．1 需要實(shí)現(xiàn)

21、的功能2</p><p>　　2．2 LED顯示特點(diǎn)2</p><p>　　2．3 設(shè)計(jì)方案論證3</p><p>　　2．3．1 顯示模式方案3</p><p>　　2．3．2 數(shù)據(jù)傳輸方案4</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　3．1

22、電源設(shè)計(jì)5</p><p>　　3．2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路6</p><p>　　3．2．1 單片機(jī)的選擇6</p><p>　　3．2．2 AT89C51芯片介紹6</p><p>　　3．2．3 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路9</p><p>　　3．3 列驅(qū)動(dòng)電路10</p><

23、p>　　3．4 行驅(qū)動(dòng)電路12</p><p>　　3．4．1 行驅(qū)動(dòng)芯片74HC154 介紹12</p><p>　　3．4．2 行驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　3．5 LED顯示屏電路15</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)17</p><p>　　4．1 系統(tǒng)主程序17

24、</p><p>　　4．2 顯示驅(qū)動(dòng)程序18</p><p>　　第五章 調(diào)試及性能分析20</p><p>　　5．1 軟件調(diào)試20</p><p>　　5．2 硬件調(diào)試20</p><p>　　5．3 性能分析21</p><p><b>　　結(jié)束語22&l

25、t;/b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p>　　附錄一 系統(tǒng)綜合電路原理圖24</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)程序清單25</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　第一章

26、前言</b></p><p>　　單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無孔不入的地步。在我國，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀表、智能化家用電器、航

27、空航天系統(tǒng)和和國防軍事、尖端武器等各個(gè)方面。我們可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。例如，本文所要論述的通過單片機(jī)來控制LED點(diǎn)陣顯示。</p><p>　　LED是發(fā)光二極管英文Light Emittin

28、g Diode 的簡(jiǎn)稱，是六十年代末發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和Ｐ-Ｎ結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實(shí)用化。進(jìn)入八十年代后，LED在發(fā)光波長(zhǎng)范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏。</p><p>　　LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是集微電子技術(shù)、光

29、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的顯示系統(tǒng)，是目前國際上極為先進(jìn)的顯示媒體。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對(duì)室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。在我國改革開放之后，特別是進(jìn)入90年代國民經(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

30、形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏的發(fā)展過程。</p><p>　　隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段成為現(xiàn)代信息化社會(huì)的一個(gè)閃亮標(biāo)志。近年LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場(chǎng)所如銀行、營業(yè)部、車站、機(jī)場(chǎng)、港口、體育場(chǎng)館等信息的發(fā)布，政府機(jī)關(guān)政策、政令，各類市場(chǎng)行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前，對(duì)

31、于那些需要顯示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相對(duì)比較低的場(chǎng)合，使用大、小屏幕LED點(diǎn)陣顯示器是比較經(jīng)濟(jì)適用的，它可以用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡(jiǎn)單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號(hào)、字型。</p><p>　　漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點(diǎn)陣（如16×16點(diǎn)陣），將點(diǎn)陣文件存入ROM，形成新的漢字編碼。而在使用時(shí)則需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語言，再由MCU根據(jù)新編碼

32、提取相應(yīng)的點(diǎn)陣進(jìn)行漢字顯示。具體顯示技術(shù)和原理將會(huì)在正文中得到詳細(xì)論述。</p><p><b>　　杜春雷</b></p><p><b>　　2007年4月</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2．1 需要實(shí)現(xiàn)的功能</p><p&g

33、t;　　設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)用16×16點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，要求在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)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)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。</p><p>　　2．2 LED顯示特點(diǎn)</p><p>　　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。按照發(fā)光燈強(qiáng)度又

34、可以分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等。這種單個(gè)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(duì)能夠轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的各種物理量進(jìn)行指示。也可以用多個(gè)LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進(jìn)行顯示，如大型劇場(chǎng)會(huì)堂的出入口及洗手間的顯示。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。這里所說的圖形，是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便于不同亮度（灰度）點(diǎn)

35、陣組成的圖像相區(qū)別。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。LED圖文顯示屏的外觀可以做成條形，叫做條形圖文顯示屏（簡(jiǎn)稱條屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面圖文顯示屏。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。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，都是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。通常事先把需要顯示

36、的</p><p>　　點(diǎn)陣顯示方式適應(yīng)信息變化的優(yōu)點(diǎn)，是以點(diǎn)陣顯示器的價(jià)格和其復(fù)雜的控制電路為代價(jià)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。因此，點(diǎn)陣顯示器在相同面積情況下，價(jià)格要貴些。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。點(diǎn)陣顯示器

37、則不然，它要對(duì)點(diǎn)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。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。最常用的是單色圖文屏。單色屏多使用紅色、橘紅色或橙色LED點(diǎn)陣單元。雙色圖文屏和多色圖文屏，在LED點(diǎn)

38、陣的每一個(gè)“點(diǎn)”上布置有兩個(gè)或多個(gè)不同顏色的LED發(fā)光器件。換句話說，對(duì)應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時(shí)候，各顏色的顯示點(diǎn)陣是分開控制的。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</p><p>　　2．3 設(shè)計(jì)方案論證 </p><p>　　2．3．1 顯示模式方案</p><p>　　為了吸引觀眾增強(qiáng)顯示效果，可以有多

39、種顯示模式，最簡(jiǎn)單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。與靜態(tài)顯示模式相對(duì)應(yīng)，就有各種動(dòng)態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動(dòng)的。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。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。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

40、行列順序，就能得到對(duì)角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。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。刷新的時(shí)間控制，要考慮運(yùn)動(dòng)圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動(dòng)感不顯著；刷新太快了，中間過程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 </p><p>　　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。16×16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極

41、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(jì)算，16×16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。而且靜態(tài)顯示功耗大，顯示一個(gè)16×16的字的功耗為：16×16×10×5=12800mW=12.8W！普通電池根本無法驅(qū)動(dòng)，要

42、是組成大顯示屏那功耗將更驚人。因此雖然靜態(tài)顯示效果好，但是在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。</p><p>　　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16×16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），由行

43、譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描(把該行與電源的一端接通)。另一方面，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列燃亮相應(yīng)的LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的LED熄滅。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，該行燃亮的LED也就熄滅；下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示。全部各行都掃過一遍之后(一個(gè)掃描周期)，又從第一行開始下一個(gè)周期的掃描。只要一個(gè)掃描輪回的速度足夠快（每秒24次以上）

44、，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就不容易感覺出閃爍現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。而且動(dòng)態(tài)掃描方式功耗低，硬件成本低，每個(gè)LED都不是連續(xù)工作，因而還有利于延長(zhǎng)LED的使用壽命。</p><p>　　2．3．2 數(shù)據(jù)傳輸方案</p><p>　　采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，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

45、就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。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?lt;/p><p>　　采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?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。但是，串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換。首先，單片機(jī)從存

46、儲(chǔ)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(dòng)器。與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止。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。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解列數(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

47、。</p><p>　　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)，準(zhǔn)備下一行的列數(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。</p><p>　　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。對(duì)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；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的

48、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。圖2-1為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)</p><p>　　由于圖文屏的控制電路采用單片機(jī)方案，控制功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩方面進(jìn)行折中。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。但是單片機(jī)的接口數(shù)量少，驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)

49、，必須擴(kuò)展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。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。</p><p><b>　　3．1 電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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?、穩(wěn)定的直流電壓。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

50、，如圖3-1所示：</p><p>　　+ 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p>　　u1 u2 u3 uI U0</p><p>　　_ 變壓器 _ 電 路 _

51、 電 路 _ 電 路 _</p><p>　　u1 u2 u3 uI U0 </p><p>　　0 t 0 t 0 t 0 t 0 t </p>

52、<p>　　根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖3-2所示。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7.5V交流電壓，再經(jīng)整流電橋（4個(gè)二極管）D1將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓，隨后電解電容器C1將脈動(dòng)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。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。這時(shí)，在輸出端接上電容C3，用

53、以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善負(fù)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。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。</p><p>　　3．2 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路</p><p>　　3．2．1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　單片機(jī)采用89C51或其兼容系列的芯片進(jìn)行控制，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。這里我們選

54、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。</p><p>　　3．2．2 AT89C51芯片介紹</p><p><b>　　AT89C51</b></p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的8位Fla

55、sh ROM單片機(jī)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是片內(nèi)ROM為Flash ROM，可擦寫1000次以上，應(yīng)用并不復(fù)雜的通用ROM寫入器就能方便的擦寫，讀取也很方便，價(jià)格低廉，具有在片程序ROM二級(jí)保密系統(tǒng)。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51包含以下一些功能部件：</p><p>　?。?）一個(gè)8位CPU ；</p><p>　?。?）一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；</p><

56、p>　　（3）4KB Flash ROM ；</p><p>　　（4）128B 內(nèi)RAM；</p><p>　?。?）可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；</p><p>　?。?）兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?）21個(gè)特殊功能寄存器 ；</p><p>　?。?）4個(gè)8位并行I/O

57、口；</p><p>　　（9）一個(gè)可編程全雙工串行口 ；</p><p>　?。?0）5個(gè)中斷源，可設(shè)置成2個(gè)優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)一般采用雙列直插DIP封裝，共40個(gè)引腳，圖3-3為其引腳排列圖。40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制各I/O引腳。</p><p><b>　　一． 電源</

58、b></p><p>　　Vcc——芯片電源，接+5V；GND——接地端。</p><p><b>　　二． 時(shí)鐘</b></p><p>　　XTAL1、XTAL2——晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。</p><p><b>　　三． 控制線</b></p><p>

59、　　控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時(shí)是一種功能，在某種條件下是另一種功能。</p><p>　　1．ALE/——地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。</p><p>　　（1）ALE功能：用來鎖存P0口送出的低八位地址。</p><p>　　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

60、進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號(hào)；ALE信號(hào)無效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號(hào)。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)。</p><p>　　需要指出的是，當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令，ALE以時(shí)鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ALE信號(hào)也可作為外部芯片CLK時(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時(shí)，ALE將跳過一個(gè)ALE脈沖。</p>

61、<p>　?。?）功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。</p><p>　　2． ——外ROM讀選通信號(hào)。</p><p>　　89C51讀外ROM時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出。可作為外ROM芯片輸出允許的選通信號(hào)。在讀內(nèi)ROM或讀外RAM時(shí)，無效。</p><p>　　3．RST/VPD——復(fù)位/備用電源。</p

62、><p>　?。?）正常工作時(shí)，RST端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，AT89C51芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。</p><p>　?。?）VPD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。</p><p>　　4．/VPP——內(nèi)外

63、ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。</p><p>　?。?）功能：正常工作時(shí)，為內(nèi)外ROM選擇端。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)保持高電平時(shí)，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC值超過4KB時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。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。</p><p>　?。?）VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，

64、在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。</p><p><b>　　四． I/O引腳</b></p><p>　　AT89C51有P0、P1、P2、P3 4個(gè)8位并行I/O端口，共32個(gè)引腳。</p><p>　　P0口是一組8位漏級(jí)開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。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

65、門電路，對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p>　　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。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部信號(hào)拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上

66、拉而輸出一個(gè)電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。</p><p>　　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。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，當(dāng)使用8位尋址方式(MOVX@RI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P

67、2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。</p><p>　　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。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如表3．1所示：</p><p>　　3．

68、2．3 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路形式如圖3-4所示。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。電容C4、C5是晶振的負(fù)載電容，主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用。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（P3.0）作為數(shù)據(jù)移位的輸入/輸出端，而由TXD（P3.1）端輸

69、出移位時(shí)鐘脈沖。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均以8位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，無論輸入/輸出，均低位在前高位在后。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。兩種數(shù)據(jù)的輸出在時(shí)間上是錯(cuò)開的。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)；P1.5～P1.7口則用來發(fā)送控制信號(hào)。P0和P2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。</p><p>　　3．3 列驅(qū)動(dòng)電路</p&

70、gt;<p>　　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。</p><p>　　74HC595的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖3-5所示。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

71、器。引腳SER是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SRCLK輸入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。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。RCLK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。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RC

72、LK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。芯片的輸出端為QA～QH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)連應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)連輸出。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。移位寄存和輸出鎖存的時(shí)序波形如圖3-6所示：</p><p>　　由74HC595組成的列驅(qū)動(dòng)器示于圖3-7中。該圖由兩片74HC595組成16列的驅(qū)動(dòng)，

73、由16個(gè)行驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)16行。第一片列驅(qū)動(dòng)器的SER端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù)，其QH′端連接第二片的SER端，采用這樣的方法組成兩片的級(jí)連。兩片相應(yīng)的SRCLK、、RCLK端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)、串行數(shù)據(jù)清除信號(hào)和輸出鎖存器打入信號(hào)。這樣的結(jié)構(gòu)，使得各片串行移位能把16列的顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)的移位寄存器輸出端。移位過程結(jié)束之后，控制器輸出RCLK打入信號(hào)，16列顯示數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的輸出鎖存器。然后選通相應(yīng)的

74、行，該行的各列就按照顯示數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示。</p><p>　　3．4 行驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3．4．1 行驅(qū)動(dòng)芯片74HC154 介紹</p><p>　　譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。其功能是將給定的輸入碼組進(jìn)行“翻譯”，變換成對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，對(duì)每一種可能的輸入組合，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出,一個(gè)且僅一個(gè)輸出信號(hào)為有效電位。7

75、4HC154為變量譯碼器，也稱二進(jìn)制譯碼器，它是一種四線—十六線譯碼器, 譯碼的輸入端有4個(gè)，輸出端有24=16個(gè)，并有兩個(gè)選通端（使能端），它的管腳形式如圖3-8所示，當(dāng)選通端1、2均為低電平時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，可將地址輸入端（A0～A3）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平?！珵樽g碼輸出端，輸出是低電平有效，即在選通時(shí)，每輸入一個(gè)二進(jìn)制代碼將使對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出端為低電平，而其它

76、輸出端均為高電平的無效信號(hào)，也可以說對(duì)應(yīng)的輸出端被“譯中”。74HC154譯碼器的真值表如表3．2所示：</p><p>　　從真值表可知，每組4個(gè)變量輸入，在16個(gè)輸出中只有一個(gè)引腳為“0”（且正好與輸入代碼是一一對(duì)應(yīng)），其余15個(gè)全為“1”，這種譯碼輸出稱為低電平有效；四線—十六線譯碼器邏輯形式為：</p><p>　　，，，，，，，，，，，，，，，。</p><p

77、>　　3．4．2 行驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　行驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。行選通信號(hào)來源于單片機(jī)按照時(shí)序要求所給出的二進(jìn)制信號(hào)，每次更新行號(hào)（開始掃描新的一行）時(shí)，由單片機(jī)輸出4位二進(jìn)制行號(hào)，行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器譯碼后，生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。采用譯碼器的方案，還可以保證同一時(shí)刻只選通一條行線，從而達(dá)到顯示的穩(wěn)定性。行驅(qū)動(dòng)電路原理如圖3-9所示：</p><p

78、>　　行選通信號(hào)從74HC154的～端輸出，某一端輸出低電平即為有效，而其它端輸出均為高電平的信號(hào)無效。如端輸出低電平，此信號(hào)傳至相應(yīng)的PNP型三極管Q1，此時(shí)，三極管的基極為低電平，因此，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，三極管導(dǎo)通，其集電極再將高電平加于LED陣列的對(duì)應(yīng)的行上，即將此行選通；而同時(shí)74HC154的其它端輸出高電平而致使該行對(duì)應(yīng)的三極管截止，從而所對(duì)應(yīng)LED行線不被選通。行選通按順序從～，全部各行都選通一遍之后又重

79、新開始，這就是行驅(qū)動(dòng)電路的逐行掃描過程。行信號(hào)A、B、C、D的順序變化范圍從0000、0001、0010、至l111，來一個(gè)選通信號(hào)，行信號(hào)順序就變化一次，其頻率由掃描電路決定。</p><p>　　由于行驅(qū)動(dòng)電路一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20mA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，就需要16×20=320mA的驅(qū)動(dòng)電流，選用三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可以在邏輯功能和驅(qū)動(dòng)能力上

80、符合LED的驅(qū)動(dòng)要求。</p><p>　　3．5 LED顯示屏電路</p><p>　　LED顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描按列控制，當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。LED顯示屏現(xiàn)多采用多塊8×8點(diǎn)陣顯示單元拼接而成。本文就是使用4塊SBM1388型號(hào)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成16×16點(diǎn)陣，以滿足漢字顯示的要求。8

81、5;8 LED點(diǎn)陣是最基本的點(diǎn)陣顯示模塊，理解了8×8 LED點(diǎn)陣的工作原理就可以基本掌握LED點(diǎn)陣顯示技術(shù)。8×8點(diǎn)陣LED結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，其等效電路如圖3-11所示：</p><p>　　從圖中（本圖的LED陣列采用共陽的接法）可以看出，8×8點(diǎn)陣共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。要實(shí)現(xiàn)顯示圖形或字體，只需考慮其顯示方式，通過編程控制

82、各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。當(dāng)采用按行掃描按列控制的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，LED顯示屏8行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。行驅(qū)動(dòng)器一行的行線連接到電源的一端，列驅(qū)動(dòng)器一列的列線連接到電源的另一端。應(yīng)用時(shí)還應(yīng)在各條行線或列線上接上限流電阻。掃描中控制電路將行線的1到 8輪流接通高電位，使連接到各該行的全部LED器件接通正電源，但具體那一個(gè)LED導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是否接通，這就是列控制的任務(wù)了。當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一列置

83、0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；反之則不亮。例如：如果想使屏幕左上角LED點(diǎn)亮，左下角LED熄滅的話，在掃描到第一行時(shí)，第一列的電位就應(yīng)該為低，而掃描到第八行時(shí)第一列的電位就應(yīng)該為高。這樣行線上只管一行一行的輪流導(dǎo)通，列線上進(jìn)行通斷控制，實(shí)現(xiàn)了行掃描列控制的驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　以上就是16×16點(diǎn)陣LED電子顯示屏系統(tǒng)硬件部分的各功能模塊分述，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)論證后和就可以整體結(jié)合在一起，再根據(jù)設(shè)

84、計(jì)配備好各元器件實(shí)物，通過組裝后等在單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器里放入編制好的程序即可成為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合電路原理圖見附錄一。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其合理的調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。軟件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)

85、構(gòu)，分配內(nèi)RAM資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來成為一個(gè)完整的應(yīng)用程序。</p><p>　　在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，曾經(jīng)規(guī)劃過軟件結(jié)構(gòu)，但由于硬件系統(tǒng)尚未仔細(xì)確定，軟件結(jié)構(gòu)框圖十分粗糙，當(dāng)硬件設(shè)計(jì)接口擴(kuò)展及各功能模塊與CPU連接關(guān)系確定后，就能夠具體明確對(duì)軟件設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)的LED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

86、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，由主程序來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　從有利于實(shí)現(xiàn)語言的直觀，易于記憶和檢查，可讀性較好和使語言程序占用較少

87、的單片機(jī)存儲(chǔ)空間，實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)可以快速的執(zhí)行指令的角度考慮，本設(shè)計(jì)中顯示屏程序采用匯編語言編寫。</p><p>　　4．1 系統(tǒng)主程序</p><p>　　系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。系統(tǒng)的主程序開始以后，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LED顯示屏進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常的顯示。首先是向上滾動(dòng)顯示“單片機(jī)是工業(yè)中最基本的應(yīng)用方式”15個(gè)漢字，每個(gè)字

88、停留時(shí)間約1.6s；接著再向上滾動(dòng)顯示“我愛單片機(jī)”這5個(gè)漢字。由于單片機(jī)沒有停機(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。</p><p>　　系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)屬中斷方式，絕大多數(shù)功能在中斷服務(wù)子程序中完成。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個(gè)功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、多字滾動(dòng)顯示子程序、單字顯示子程序、掃描程序。各個(gè)模塊可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、調(diào)試和查錯(cuò)，最終再連接成一個(gè)整體。這樣可方便程序調(diào)用，程序整體層

89、次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。</p><p>　　4．2 顯示驅(qū)動(dòng)程序</p><p>　　圖4-2為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。根據(jù)流程圖可以編寫出相應(yīng)的顯示程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷</p><p>　　新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀</p><p><b&

90、gt;　　頻）計(jì)算公式如下：</b></p><p>　　刷新率（幀頻）=×T0溢出率</p><p><b>　　=×</b></p><p>　　其中f為晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。</p><p><b>　　T0初值=2－</b>&

91、lt;/p><p>　　其中N與工作方式有關(guān)，本設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式1，如圖4-3所示，方式1構(gòu)成一個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，即N=16。</p><p>　　方式1最大計(jì)數(shù)值為216=65536 ，若fosc=12MHz，則定時(shí)時(shí)間范圍為1～65536μs。</p><p>　　機(jī)周時(shí)間與主振頻率有關(guān)，機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍，因此，機(jī)周時(shí)間=12/ fosc。當(dāng)f

92、osc=12MHz時(shí)，1機(jī)周=1μs。</p><p>　　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)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開顯示。顯示程序給出了各控制信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)，其作用及相互配合關(guān)系均已在硬件部分作過介紹，相應(yīng)的程序部分在清單的注釋區(qū)內(nèi)分別進(jìn)

93、行了說明，在此不再一一詳述。系統(tǒng)程序清單見附錄二。</p><p>　　第五章 調(diào)試及性能分析</p><p>　　一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。元器件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中寫入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見的事，多少會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤。這就需要通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件

94、調(diào)試和軟件調(diào)試。在允許的條件下，根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求性首先采用在PC機(jī)上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試，然后進(jìn)行硬件的組裝與調(diào)試。</p><p><b>　　5．1 軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試采用脫機(jī)調(diào)試的方法，即完全用仿真器軟件在PC機(jī)上對(duì)目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機(jī)相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)

95、、端口狀態(tài)等都可以在CRT指定的窗口區(qū)域顯示出來，以確定程序運(yùn)行有無錯(cuò)誤。調(diào)試可按下列步驟進(jìn)行：</p><p><b>　　一． 目標(biāo)程序糾錯(cuò)</b></p><p>　　該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就完成。一般來說，仿真器軟件能給用戶輸入的程序指令糾錯(cuò)，包括書寫格式、標(biāo)號(hào)未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯(cuò)誤。</p><p>　　二． 子

96、程序功能調(diào)試</p><p>　　程序設(shè)計(jì)通常采用模塊程序設(shè)計(jì)，調(diào)試時(shí)可對(duì)一個(gè)個(gè)子程序分別進(jìn)行調(diào)試，設(shè)置好入口條件，然后采用單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行方式，檢查系統(tǒng)CPU現(xiàn)場(chǎng)、RAM和I/O口狀態(tài)，看程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　三． 整體程序綜合調(diào)試</p><p>　　即把各子程序整體連起來進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若

97、發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。</p><p>　　用軟件模擬器調(diào)試不需任何在線仿真器，也不需要用戶樣機(jī)，直接就可以在PC機(jī)上開發(fā)和調(diào)試。調(diào)試和修改完畢后，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用系統(tǒng)可以直接使用編程器將軟件固化在目標(biāo)系統(tǒng)ROM中，然后獨(dú)立投入運(yùn)行。</p><p><

98、;b>　　5．2 硬件調(diào)試</b></p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障在軟件調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。調(diào)試工作可以分為四步：</p><p><b>　　一． 目測(cè)檢查</b></p><p>　　根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正確，并核對(duì)元

99、器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時(shí)可用萬用表檢測(cè)線路通斷情況。</p><p><b>　　二． 電源調(diào)試</b></p><p>　　樣機(jī)的第一次通電測(cè)試很重要，若樣機(jī)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開樣機(jī)穩(wěn)壓電源的輸出端檢查空載時(shí)電源工作情況；另一種是拔下樣機(jī)上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。確保電源無故障

100、并性能符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　三． 通電檢查</b></p><p>　　在確保電源良好前提下，接通電源。最好在電源與其余電路之間串接一個(gè)電流表。若接通后電流很大，必須立即切斷電源。電源大得超出正常范圍，說明電路中有短路或故障。通電檢查的主要目的是看系統(tǒng)是否存在短路或由元器件損壞、裝配錯(cuò)誤引起的電流異常。</p><p>　

101、　四． 檢查相應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系</p><p>　　加電后檢查各芯片插座上相關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量相應(yīng)的輸入輸出電平是否正常。單片機(jī)系統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先查出邏輯設(shè)計(jì)是否正確，選用器件和連接關(guān)系是否符合要求等。</p><p><b>　　5．3 性能分析</b></p><p>　　系統(tǒng)通過調(diào)試組裝后一般即可正常工作。

102、LED顯示屏的刷新頻率及顯示顯示效果是主要的性能指標(biāo)。顯示屏刷新率由定時(shí)器T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定，表5-1給出了顯示屏采用的頻率及其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器T0初值。</p><p>　　從理論上來說，24Hz以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序占用的CPU時(shí)間也越多。實(shí)驗(yàn)證明，在目測(cè)條件下刷新率40Hz以下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新率50Hz以上的已基本覺察

103、不出畫面閃爍，刷新率達(dá)到85Hz以上時(shí)再增加畫面閃爍沒有明顯改善。</p><p>　　顯示效果處理的內(nèi)容和方法非常廣泛，根據(jù)需求可做變動(dòng)，在這里不做具體討論。</p><p>　　根據(jù)實(shí)踐證明，這個(gè)方案設(shè)計(jì)的16×16點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，結(jié)構(gòu)合理，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯

104、示圖形或文字。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　以上僅對(duì)LED顯示屏的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)、顯示電路原理作一詳細(xì)介紹和分析。LED點(diǎn)陣的應(yīng)用很廣，對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求，可以有各種各樣的應(yīng)用方式，在這里就不做詳盡敘述。由于自己知識(shí)水平的局限和時(shí)間的倉促，設(shè)計(jì)中或還存在著一些不足，我真誠的接受老師們的批評(píng)和指正.。</p>&l

105、t;p>　　經(jīng)過了幾周的努力學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了論文。從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)，每一步對(duì)我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，我不斷地給自己提出新的問題，然后去論證、推翻，不懂就請(qǐng)教老師或同學(xué)，再接著提出新的問題，在這個(gè)往復(fù)的過程中，我這篇稚嫩的設(shè)計(jì)日趨完善。每一次改進(jìn)我都收獲良多，雖然我的設(shè)計(jì)作品不是很成熟，而且借鑒了前人的很多資料，但我仍然心里有一種莫大的幸福感，因?yàn)槲覍?shí)實(shí)在在地走過了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)所應(yīng)該走的每一個(gè)過程，并且

106、享受了每一個(gè)過程，更重要的是這個(gè)設(shè)計(jì)中我加入了自己鮮活的思想。</p><p>　　在做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中使我學(xué)到了很多，加深了對(duì)數(shù)子電路的理解，驗(yàn)證了所學(xué)理論知識(shí)，提高了基本的解決實(shí)際問題的能力，并增加了對(duì)電子設(shè)計(jì)方面的興趣。更重要的是我體會(huì)到不論做什么事都要真真正正用心去做，才會(huì)使自己更好的成長(zhǎng)，沒有學(xué)習(xí)就不可能有實(shí)踐的能力，實(shí)踐才是最終的目的，沒有實(shí)踐就不會(huì)有自己的突破和創(chuàng)新，希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的工

107、作和生活中不斷成長(zhǎng)與進(jìn)步。</p><p><b>　　就此作結(jié)！</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情不是抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，雖然這里面有我的辛勤付出，但是，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。在課題設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，以及畢業(yè)論文的寫作、修改和定稿過程中，得

108、到了老師和同學(xué)們的熱心幫助。</p><p>　　首先我要衷心的感謝xx老師對(duì)我整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)由始至終地悉心督促指導(dǎo)，并提供了大量而又詳實(shí)的資料給我，使我從困惑迷茫的初期走向論文的順利完成，在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育，使我受益終生；然后還要感謝進(jìn)大學(xué)以來所有的老師們，為我打下電氣專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝我的同學(xué)和朋友們，正是因?yàn)橛辛四銈兊臒嵝膸椭凸膭?lì)，使我有一個(gè)愉快而又嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，這段日子