16×16點陣LED電子顯示屏設(shè)計

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 中文題目：中文題目： 16*16 點陣點陣 LED 電子顯示屏設(shè)計電子顯示屏設(shè)計 英文題目：英文題目：The 1616 lattice LED electron display monitor design 專業(yè)班級專業(yè)班級 09 電信電信 2 班班 提交日期提交日期 2013 年年 5 月月 18 日日 摘摘 要要 本課題以單片機為控制核心，通過 88 LED 電子顯示屏及相關(guān)的外圍電路，設(shè)計 制作了一個 1616 點陣 LED 電子顯示屏。 本文介紹了以 STC89C52 單片機為控制系統(tǒng)的 LED 點陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開 發(fā)過程，通過該芯片控制一個行驅(qū)動器

2、 74HC154 和兩個列驅(qū)動器 74HC595 來驅(qū)動顯示 屏顯示。該 LED 顯示屏可以顯示各種文字，全屏能顯示 1 個漢字，采用 4 塊 88 點陣 LED 顯示模塊來組成 1616 點陣顯示模式。顯示采用動態(tài)顯示，使得文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜 止、移入移出等多種顯示方式。 LED 顯示屏以其組構(gòu)方式靈活、顯示穩(wěn)定、功耗低、壽命長、技術(shù)成熟、成本低廉 等特點在車站、證券所、運動場館、交通干道及各種室內(nèi)/外顯示場合的信息發(fā)布，公 益宣傳，環(huán)境參數(shù)實時，重大活動倒計時等等得到廣泛的應(yīng)用。 經(jīng)實踐證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理，擴展能力強。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：LED 單片機 點陣顯示 動態(tài)顯示

3、 目目 錄錄 1 緒論.1 1.1 課題研究的背景和意義 .1 1.2 課題究的發(fā)展現(xiàn)狀分析 .1 2 系統(tǒng)總體設(shè)計.3 2.1 設(shè)計要求 .3 2.2 設(shè)計思路 .4 2.3 設(shè)計方案 .5 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.7 3.1 STC89C52 芯片介紹 .7 3.2 單片機系統(tǒng)及外圍電路 .9 3.3 LED 顯示屏電路模塊 .9 3.4 行驅(qū)動電路模塊 .12 3.5 列驅(qū)動電路模塊 .15 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計.17 4.1 系統(tǒng)主程序 .17 4.2 漢字顯示原理 .18 4.3 顯示驅(qū)動程序 .19 5 系統(tǒng)調(diào)試.20 5.1 性能分析 .20 5.2 軟件調(diào)試 .21 5.3 硬件調(diào)試

4、 .22 結(jié)束語.23 致 謝.24 參考文獻.25 附錄 1 系統(tǒng)總原理圖 .26 附錄 2 源程序 .27 附錄 3 漢字字模提取軟件 .38 附錄 4 實物圖 .39 1 1 緒論緒論 1.11.1 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義 單片微型計算機（single chip microcomputer）簡稱單片機，它是為各類專用控 制器而設(shè)計的通用或?qū)Ｓ梦⑿陀嬎銠C系統(tǒng)，高密度集成了普通計算機微處理器，一定 容量的 RAM 和 ROM 以及輸入/輸出接口，定時器等電路于一塊芯片上構(gòu)成的。 單片機自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，以極其高的性價比受到人們的重視和關(guān)注， 所以應(yīng)用很廣，

5、發(fā)展很快。單片機的優(yōu)點是體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境 要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。 隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)字通信在通訊領(lǐng)域中起得作用越來越大，LED 顯示屏 作為信息傳播的一種重要手段成為現(xiàn)代信息化社會的一個閃亮標(biāo)志。LED 顯示屏具有顏 色多樣性和樣式多樣性的特點，不僅可以顯示漢字及各種字符，而且還可以顯示圖像， 甚至是三維立體動畫，在日常生活中的用途更為廣泛。所以研究 LED 顯示有實用的意 義。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。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

6、 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。LED 顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立 體感強，靜如油畫，動如電影。 由于 LED 顯示屏具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能 穩(wěn)定以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。近年 LED 顯示屏已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外需要進行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所如銀 行、營業(yè)部、車站、機場、港口、體育場館等信息的發(fā)布，政府機關(guān)政策、政令，各 類市場行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前，對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

7、本相對比較低的場合，使用大、小屏幕 LED 點陣顯示器是 比較經(jīng)濟適用的，它可以用單片機控制實現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形，可以 根據(jù)需要使用不同字號、字型。目前 LED 顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，正朝著更高亮度、 更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。 1.21.2 課題研究的發(fā)展現(xiàn)狀分析課題研究的發(fā)展現(xiàn)狀分析 發(fā)光二極管（LED）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入批量化和實用化。進入八十年代后，LED 在 發(fā)光波長

8、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 點陣顯示屏。它 利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，以可靠性高、使用 壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中， 迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 LED 點陣顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個階段： (1)1990 年以前 LED 點陣顯示屏的成長形成時期。一方面，受 LED 材料器件的限制， LED 點陣顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控 制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的 LED 點陣顯示屏在國外應(yīng)用較廣，國內(nèi) 很少，產(chǎn)品

9、以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點 4 級調(diào)灰， 產(chǎn)品的成本比較高。 (2)1990-1995 年，這一階段是 LED 點陣顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代， 全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，LED 點陣顯示屏在 LED 材料和控 制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 點陣顯示屏進 入市場，電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控 制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn) 16 級灰度和 64 級灰度調(diào)灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大 大提高。這一階段，LED 點陣顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾家企業(yè)、年

10、 產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、 機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是 1993 年證券 股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了 LED 點陣顯示屏市場的大幅增長。LED 點陣顯示屏在平板顯示領(lǐng) 域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED 點陣顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。 (3)1995 年以來，LED 點陣顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善 的時期。1995 年以來，LED 點陣顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn) 品價格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的 問題，有關(guān)部門對 LED 點

11、陣顯示屏的發(fā)展予以重視并進行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)，目前 這方面的工作正在逐步深化。 我國的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企 業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至 1998 年底，年度銷售總額在 1000 萬元以上的企業(yè)有 20 多家， 其銷售總額達 6 億元左右，占行業(yè)市場總額的 85%以上。全國從事 LED 顯示屏的各類企 業(yè)有 100 余家，從業(yè)人員近 6000 人，行業(yè)年度銷售總額近 8 億元人民幣，1996 年、 1997 年的增長速度均保持 40%左右，1998 年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn) LED 顯示 屏的市場占有率近 100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四

12、十三屆世乒賽主會場天津體 育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 技術(shù)水平相對領(lǐng)先,我國 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直 保持比較先進的水平。90 年代初即具備了成熟的 16 級灰度 256 色視頻控制技術(shù)及無線 遙控等國際先進水平技術(shù)，近年在全彩色 LED 顯示屏、256 級灰度視頻控制技術(shù)、集群 無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)； LED 顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED 顯示 屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批 LED 顯示屏科技隊伍，在全國 LED 顯示屏行業(yè)的

13、從業(yè)人數(shù) 6000 人中，科技人員有 2800 多人，將近 50%。LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息 產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 現(xiàn)代信息社會中，作為人機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展， 進入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn) 品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。 高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色 LED 產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟 的商業(yè)化條件?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使 LED 全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。 LED 產(chǎn)品性能的提高，使全彩色

14、顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果， 完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu) 勢，預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色 LED 顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色 LED 屏更會成為 主流產(chǎn)品。全彩色 LED 顯示屏的廣泛應(yīng)用會是 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新的增長 點。 未來 LED 顯示屏?xí)蛑鴺?biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展。 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計 2.12.1 設(shè)計要求設(shè)計要求 本設(shè)計研究如何在1616的點陣LED顯示屏上反復(fù)滾動地顯示漢字，同時保證顯示 內(nèi)容

15、的逼真性，要求在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，顯示文字應(yīng)穩(wěn)定、 清晰無串?dāng)_。顯示漢字主要是將ROM中的漢字編碼調(diào)入RAM中，然后通過LED顯示屏來顯 示，依次花樣顯示漢字“惠州學(xué)院”、“閬苑儲英”、“人競向?qū)W”、“惠州學(xué)院歡 迎您”。 2.22.2 設(shè)計思路設(shè)計思路 在硬件上，系統(tǒng)硬件部分電路大致上可以分成單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動器 電路、行驅(qū)動器電路和LED顯示屏電路四部分?？紤]到電路元件的易購性，使用4個 8*8的點陣發(fā)光管模塊。若將LED點陣的行列端口全部直接接入STC89C52單片機，則需 要使用32條IO口，這樣會造成IO資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴充的余地。在本設(shè)計的硬

16、 件系統(tǒng)中，采用STC89C52單片機，并由2個74HC595和1個74LS154組成驅(qū)動電路，這樣 只需要使用單片機的幾個IO口就可以實現(xiàn)?？偟膩碚f，本設(shè)計當(dāng)中采用元件較少，制 作簡單。硬件框圖如圖2-1所示。 列驅(qū)動器 LED顯示點陣 電源 單 片 機 行 驅(qū) 動 器 圖 2-1 顯示屏電路框圖 在軟件上，根據(jù)硬件電路的設(shè)計，采用C語言編寫程序，實現(xiàn)依次花樣顯示漢字 “惠州學(xué)院”、“閬苑儲英”、“人競向?qū)W”、“惠州學(xué)院歡迎您”的功能，軟件流 程圖如圖2-2所示。 開始 系統(tǒng)初始化 圖2-2 軟件流程圖 2.32.3 設(shè)計方案設(shè)計方案 從LED器件的發(fā)光機理可以知道，當(dāng)向LED器件施加正向電

17、壓時流過器件的正向電 流使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動就是要使它的PN結(jié)處于正偏置，同時為了控制它的發(fā)光強 度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方式有直流驅(qū)動、恒流驅(qū)動、脈沖驅(qū) 動和掃描驅(qū)動。 (1)直流驅(qū)動方式 直流驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方法，由電阻R與發(fā)光二極管LED串聯(lián)以后連接到電源Vcc 上。連接時令LED的陰極接電源的負(fù)極方向，陽極接正極方向。只要保證LED處于正偏 置，發(fā)光二極管與電阻的位置是可以互換的。直流驅(qū)動時，LED的工作點由電源電壓 Vcc、串聯(lián)電阻R和LED器件的伏特性共同決定。對應(yīng)于工作點的電壓電流分別為Vf和 Ip，改變Vcc的值或R的值，可以調(diào)解Ip的值，從而調(diào)節(jié)LE

18、D的發(fā)光強度。 直流驅(qū)動方式適合于LED器件比較少、發(fā)光強度恒定的情況，例如目前有的公交車 上用于固定顯示“車”字樣的顯示器上，就可以用這種驅(qū)動方式。一方面它顯示的字 數(shù)很少，另一方面它的顯示內(nèi)容固定不變。因此只要在需要顯示字樣的筆畫上排列LED 發(fā)光燈就可以了。這樣一塊屏上大約有10只管子。采用直流驅(qū)動可以簡化電路，降低 造價。 (2) 恒流驅(qū)動方式 由于LED器件的正向特性比較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電壓和同樣的限 流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，引起發(fā)光強度的差異。如果能夠?qū)ED “單字”顯示效果 “上滾屏”顯示效果 “下滾屏”顯示效果 “左滾屏”顯示效果 正向電流直

19、接進行驅(qū)動，只要恒流值相同，發(fā)光強度就比較接近(同樣存在著發(fā)光強度 與正向電流之間各個器件的分散性，但是這種分散性沒有伏安特性那么陡，所以影響 也就小得多)。晶體管輸出特性具有恒流性質(zhì)，所以用晶體管驅(qū)動LED。 (3) 脈沖驅(qū)動方式 脈沖驅(qū)動方式采用向LED器件重復(fù)通斷供電的方法使之點燃.就是利用人眼的視覺 暫留特性，采用這種方式時應(yīng)該注意兩個問題：脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頻率的選 擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強度的話，脈沖驅(qū)動電流的平均值Ia 就應(yīng)該與直流驅(qū)動的電流值相同。 脈沖驅(qū)動時，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動電流大。其次是脈沖重復(fù)頻率的問 題，通過視覺暫留特性的分析，己經(jīng)

20、知道脈沖重復(fù)頻率必須高于24Hz，否則會產(chǎn)生閃 爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動的主要應(yīng)用有兩個方面掃描驅(qū)動和占空比驅(qū)動。 (4)掃描驅(qū)動方式 掃描驅(qū)動通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。 LED顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式下 可以按行掃描，按列控制,也可以按列掃描，按行控制。掃描就是指依次循環(huán)接通整行 的LED器件，某一列的LED器件是否應(yīng)該點亮，由列控制電路來負(fù)責(zé)。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制組成這些圖形或文字的各個點所 在的位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各 個發(fā)光點亮滅的方

21、法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管， 顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計 算，1616 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 1616 的點陣，在實際應(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 一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外 一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。 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(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行 （比如 16 行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就 1616 的點陣來說，把所有同 1 行 的發(fā)光管的陽極連

22、在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法）， 先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然 后熄滅；再送出第二行的數(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；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠 快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動 器。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。顯示 時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這

23、就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸 的問題。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采 用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很 多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?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)濟的。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(qū)動器，只有當(dāng)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。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和 列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描 周期確定的情況

24、下留給行顯示的時間就太少了，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，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的， 列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具 有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(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(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 綜上所述，本設(shè)計最終采用動態(tài)掃描方式和重疊處理數(shù)據(jù)傳輸方案。 3 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路

25、設(shè)計 3.13.1 STC89C52STC89C52 芯片介紹芯片介紹 STC89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的 可反復(fù)檫寫的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用Atmel公司的 高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處 理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的STC89C52單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng) 域。STC89C52的引腳圖如圖3-1所示。 （1）主要性能參數(shù)： 1) 與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 2) 片內(nèi)集成 8KB 的 FLASH 存儲器，可反復(fù)

26、編程/擦除 1000 次； 3) 數(shù)據(jù)保留時間：10 年； 4) 全靜態(tài)設(shè)計，時鐘頻率范圍為 024MHz、33MHz； 5) 三個程序存儲器保密位； 6) 1288 字節(jié)的內(nèi)部 RAM； 7) 32 條可編程的 I/O 口線； 8) 2 個可工作于 4 種模式的 16 位定時/計數(shù)器； 9) 5 個中斷源/2 個中斷優(yōu)先級； 可編程串行通道； 10) 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； 11) 低功耗的待機工作模式和掉電工作模式； 12) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 13) 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； 14) 低功耗的待機工作模式和掉電工作模式； 15) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； （2

27、）管腳說明： 1) 18腳: 通用I/O接口p1.0p1.7； 2) 9腳:rst復(fù)位鍵； 3) 10 .11腳:RXD串口輸入 TXD串口輸出； 圖3-1 STC89C52引腳圖 4) 1219:I/O p3接口 (12,13腳 INT0中斷、0INT1中斷1)； 5) 14,15 : 計數(shù)脈沖T0 T1 16,17: WR寫控制 RD讀控制輸出端)； 6) 18,19: 晶振諧振器 20 地線 ； 7) 2128 p2 接口高8位地址總線； 8) 29: psen片外rom選通端,單片機對片外rom操作時,29腳(psen)輸出低電平； 9) 30:ALE/PROG 地址鎖存器； 10)

28、31:EA rom取指令控制器 高電平片內(nèi)取 低電平片外??； 11) 3239:p0.7p0.0(注意此接口的順序與其他I/O接口不同)； 12) 40:電源+5V 3.23.2 單片機系統(tǒng)及外圍電路單片機系統(tǒng)及外圍電路 單片機系統(tǒng)外圍電路形式如圖 3-2 所示。單片機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 C1、C2 是晶振的負(fù)載電容，主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用。 單片機的串行口工作在方式 0 下，作為同步移位寄存器使用，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

29、輸入/輸出，均低位在前高位在后。 STC89C52 的通用 I/O 口 P1 作為顯示數(shù)據(jù)和二進制行號的公用輸出口。兩種數(shù)據(jù)的輸出 在時間上是錯開的。P1 口的低 4 位與行驅(qū)動器相連，送出二進制的行選信號； P2.5P2.7 口則用來發(fā)送控制信號。 圖3-2 單片機系統(tǒng)外圍電路 3.33.3 LEDLED 顯示屏電路模塊顯示屏電路模塊 發(fā)光二極管，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流通過它的時候，產(chǎn)生可 視的光。當(dāng)在PN結(jié)上加以正向電壓之后，P區(qū)的空穴注入至N區(qū)，N區(qū)的電子注入至P區(qū) 相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射 而發(fā)光，利用這個特性來實現(xiàn)發(fā)光

30、。 LED顯示屏由多個發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)排列而構(gòu)成。采用逐 行(或逐列)動態(tài)掃描的工作方式，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動，逐次不斷地對顯示屏的 各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，反復(fù)循環(huán)以上操 作，實現(xiàn)顯示各種圖形或文字信息的功能。 LED 顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū) 動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 點陣顯示模塊掃描的方法有兩種： （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）：此時用一 個 P 口輸出列碼決定哪一列能亮（相當(dāng)于位碼）

31、 ，用另一個 P 口輸出行碼（列數(shù)據(jù)） ， 決定該行上那哪個 LED 亮（相當(dāng)于段碼） 。能亮的列從左到右掃描完 16 列（相當(dāng)于位 碼循環(huán)移動 16 次）即顯示出一個完整的圖像； （2）豎直方向（Y 方向）掃描，即逐行掃描方式（簡稱行掃描方式）：此時用一個 P 口輸出決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼） ，另一個 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） 。能亮的行 從上向下掃描完 16 行（相當(dāng)于位碼循環(huán)移位 16 次）即顯示一幀完整的圖像。 本設(shè)計應(yīng)用的是第二種的掃描方法，即豎直方向（Y 方向）掃描。 LED 顯示屏現(xiàn)多采用

32、多塊 88 點陣顯示單元拼接而成。本文就是使用 4 塊 88 LED 點陣組成 1616 點陣，以滿足漢字顯示的要求。88 LED 點陣是最基本的點陣顯 示模塊，理解了 88 LED 點陣的工作原理就可以基本掌握 LED 點陣顯示技術(shù)。88 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。本 設(shè)計是一種實用的漢字顯示屏的制作，制作的是單色點陣。88 點陣 LED 結(jié)構(gòu)如圖 3- 3 所示，其等效電路如圖 3-4 所示： 圖 3-3 88 點陣 LED 結(jié)構(gòu)圖 圖 3-4 88 點陣 LED 等效電路圖 從圖 3-4 中可以看出，88 點陣共需要 64 個發(fā)光二

33、極管組成，且每個發(fā)光二極管 是放置在行線和列線的交叉點上。要實現(xiàn)顯示圖形或字體，只需考慮其顯示方式，通 過編程控制各顯示點對應(yīng) LED 陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮 滅。當(dāng)采用按行掃描按列控制的驅(qū)動方式時，LED 顯示屏 8 行的同名列共用一套列驅(qū)動 器。行驅(qū)動器一行的行線連接到電源的一端，列驅(qū)動器一列的列線連接到電源的另一 端。應(yīng)用時還應(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 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)對應(yīng)的某一列置 0 電平，

34、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 點亮，左下角 LED 熄滅的話，在掃描到第一行時，第一列的電位就應(yīng)該為低，而掃描到第八行時第一列 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，列線上進行通斷控制，實 現(xiàn)了行掃描列控制的驅(qū)動方式。 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。一般我們使用的 1616 的點陣宋體字庫，即所謂的 1616，是每一個漢字在縱橫各 16 點的區(qū)域內(nèi)顯示的。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。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在

35、 256 像素范圍內(nèi)的任何圖形。 以上就是 1616 點陣 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)計論證后就可以整體結(jié)合在一起，再根據(jù)設(shè)計配備好各元器件實物，通過組裝后 等在單片機的程序存儲器里放入編制好的程序即可成為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)。 3.43.4 行驅(qū)動電路模塊行驅(qū)動電路模塊 行驅(qū)動電路由集成電路 74HC154 構(gòu)成，單片機 P1 口低 4 位輸出的行號經(jīng) 4/16 線 譯碼器 74HC154 譯碼后生成 16 條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。 譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。其功能是將給定的輸入碼組進行 “翻譯” ，變換成對應(yīng)的輸入信號，

36、對每一種可能的輸入組合，使輸出通道中相應(yīng)的一 路有信號輸出,一個且僅一個輸出信號為有效電位。 74HC154 為變量譯碼器，也稱二進制譯碼器，它是一種四線十六線譯碼器, 譯碼 的輸入端有 4 個，輸出端有 16 個，并有兩個選通端（使能端） ，它的管腳形式如圖 3- 5 所示，當(dāng)選通端1、2 均為低電平時，譯碼器處于工作狀態(tài)，可將地址輸入端 EE （A0A3）的二進制編碼在一個對應(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。為譯碼輸出端，輸出是低電平有效，即在選通 0Y15Y 時，每輸入一個二進制代碼將使對應(yīng)的一個輸出端為低電平，而其它輸出端均為高電 平的無效信號，

37、也可以說對應(yīng)的輸出端被“譯中” 。74HC154 譯碼器的真值表如表 3.1 所示。 圖 3-5 74HC154 管腳圖 圖 3-6 74HC154 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 表 3.1 74HC154 譯碼器的真值表(說明：H高電平； L低電平；X任意) 從真值表可知，每組 4 個變量輸入，在 16 個輸出中只有一個引腳為“0” （且正好 與輸入代碼是一一對應(yīng)） ，其余 15 個全為“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： ，01230AAAAY 0 1231AAAAY 0 1 232AAAAY 01 233AAAAY ，01 2 34AAAAY 0 1 2 35AAAAY0

38、 12 36AAAAY 012 37AAAAY ，012 3 8AAAAY 0 12 3 9AAAAY0 1 2 3 10AAAAY 01 2 3 11AAAAY ，。01 23 12AAAAY 0 1 23 13AAAAY0 123 14AAAAY 0123 15AAAAY 由于行驅(qū)動電路一條行線上要帶動 16 列的 LED 進行顯示，按每一 LED 器件 20mA 電流計算，16 個 LED 同時發(fā)光時，就需要 1620=320mA 的驅(qū)動電流，選用三極管 8550 作為驅(qū)動管可以在邏輯功能和驅(qū)動能力上符合 LED 的驅(qū)動要求。 行選通信號從 74HC154 的端輸出，某一端輸出低電平即為

39、有效，而其它端0Y15Y 輸出均為高電平的信號無效。如端輸出低電平，此信號傳至相應(yīng)的 PNP 型三極管0Y Q1，此時，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 陣列的對應(yīng)的行上，即將此行選通；而同時 74HC154 的其它端輸出高電平而致使該行對應(yīng)的三極管截止，從而所對應(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新開始，這就是行驅(qū)動0Y15Y 電路的逐行掃描過程。行信號 A、B、C、D 的順序變化范圍從 0000、0001、0010、至 l111，來一個選通信號，行信號順序就變化一次，其頻率由掃描電路決

40、定。 圖 3-7 行驅(qū)動器件 8550 的接法 PNP 5V LED e I 0 v 0 v 圖 3-8 8550 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 3-9 三極管 8550 外形圖 行驅(qū)動采用 PNP 三極管 8550 接法如圖 3-7 所示。8550 為 PNP 型三極管，是一種低 電壓,大電流,小信號的 PNP 型硅三極管，其電流放大倍數(shù)為 50-300。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3- 8 所示，圖 3-9 為三極管外形圖。發(fā)射極 e 接 5V 電源，基極接譯碼信號輸出端，集電 極接輸出驅(qū)動 LED 點陣屏。當(dāng)譯碼器端口輸出為低電平時，發(fā)射極與基極電勢差為 5V基極中帶負(fù)電的電子越過 PN 結(jié)擴散到發(fā)射區(qū)。發(fā)射極產(chǎn)生

41、和電子擴散方向相反 0 v 的電流，由于基極電子大量擴散到發(fā)射極集電極電子擴散到基極中形成了電流。當(dāng) c I 譯碼器端口輸出高電平時發(fā)射極與基極之間的電勢差為 5V，由于發(fā)射極與基 0 V B V 極之間電勢差的減少基極電子向發(fā)射極擴散的電子數(shù)量減少故集電極電流也隨之減少。 故 8550 在驅(qū)動電路中起到提供驅(qū)動電流和選通開關(guān)的作用。 3.53.5 列驅(qū)動電路模塊列驅(qū)動電路模塊 列驅(qū)動電路由兩個集成電路 74HC595 構(gòu)成，它具有一個 8 位串入并出的移位寄存 器和一個 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立的， 可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)

42、據(jù)，即達到重疊處理的目的。 74HC595 的管腳說明： 1) QA-QH: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8 個段。 2) QH: 級聯(lián)輸出端。此處將它接下一個 74HC595 的 SER 端。 3) SER(14 腳): 串行數(shù)據(jù)輸入端。 4)(10 腳): 低電平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。SRCLR 5) SRCLK(11 腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-QB-QC-.-QH；下 降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。 （脈沖寬度：5V 時，大于幾十納秒就行了。 ） 6) RCLK(12 腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄 存器數(shù)據(jù)不變。通常將 RCLK

43、 置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在 RLCK 端產(chǎn)生一個正脈 沖（5V 時，大于幾十納秒就行了） ，更新顯示數(shù)據(jù)。 7)(13 腳): 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)） 。如果單片機的引腳不緊張，用一個引OE 腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。 圖 3-10 74HC595 管腳圖 圖 3-11 74HC595 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 74HC595 的管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖 3-10、3-11 所示。它的輸入側(cè)有 8 個串行 移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。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鐘脈沖，在其上升

44、沿發(fā)生移位，并將 SER 的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(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，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，只有當(dāng)其為低時鎖存器的輸出OE 才開放，否則為高阻態(tài)。信號是移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時移位寄SRCLR 存器的輸出全部為 0，由于 SRCLK 和 RCLK 兩個信號是互相獨立的，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 QAQH，最高位 QH 可作為多片 74HC595 級連應(yīng)用時，向上一級的級連輸出。但因 QH 受輸出鎖存器打入控制，所

45、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連輸出。移位寄存和輸 出鎖存的時序波形如圖 3-12 所示： 圖 3-12 移位寄存和輸出鎖存的時序波形圖 圖 3-13 顯示驅(qū)動電路 由 74HC595 組成的列驅(qū)動器示于圖 3-13 中。該圖由兩片 74HC595 組成 16 列的驅(qū) 動，由 16 個行驅(qū)動器驅(qū)動 16 行。第一片列驅(qū)動器的 SER 端連接單片機輸出的串行列 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、串行數(shù)據(jù)清SRCLR 除信號和輸出鎖存器打入信號。這樣

46、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， 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)的行，該行的各列就按照顯 示數(shù)據(jù)的要求進行顯示。 4 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.14.1 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序 本設(shè)計的軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏 幕顯示漢字的移動。 根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，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)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù) 據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成

47、LED 顯示屏的掃描顯示工作。 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，由主程序來實現(xiàn)。 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，首先是對系統(tǒng)環(huán) 境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口；然后 LED 顯示屏進入開機狀態(tài)，轉(zhuǎn) 入正常的顯示。首先是單字顯示“惠州學(xué)院”，然后上滾屏顯示“閬苑儲英”，再下 滾屏顯示“人競向?qū)W”，最后左滾屏顯示“惠州學(xué)院歡迎您”，總共是四種顯示效果。 由于單片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地單獨循環(huán)執(zhí)行上述各種顯示 效果。 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

48、幾個功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、多字滾動顯示子程序、 單字顯示子程序、掃描程序。各個模塊可進行獨立設(shè)計、調(diào)試和查錯，最終再連接成 一個整體。這樣可方便程序調(diào)用，程序整體層次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。 圖4-1 系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu) 4.24.2 漢字顯示原理漢字顯示原理 以中文宋體字庫為例，每一個字由 16 行 16 列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中 的每一個字均由 256 點陣來表示。可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的 字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字， 還可以顯示在 256 像素 范圍內(nèi)的任何圖形。 圖 4-2 顯示“惠”字 開始 系統(tǒng)初始化 “單字”

49、顯示效果 “上滾屏”顯示效果 “下滾屏”顯示效果 “左滾屏”顯示效果 以顯示漢字“惠”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。如果用 8 位的 STC89C52 單片機控制， 由于單片機的總線為 8 位，一個字需要 拆分為 2 個部分。一般把它拆分為左半部和右半部，左半部由 16*8 點陣組成，右半部 也由 16*8 點陣組成。 左半部第一行完成后，繼續(xù)掃描右半部的第一行，從圖 4-2 可以看到，這一行沒 有后一個是點亮的，即為 11111111，16 進制則為 0 xFF。然后單片機轉(zhuǎn)向左半部第二行， 為 11111110，即 16 進制 0 xFE。這一行完

50、成后繼續(xù)進行右半部分第二行的掃描，為二 進制 11111111，即 16 進制 0 xFF。 依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描 32 個 8 位，可以得出漢字“惠” 的掃描代碼為： 0 xFE,0 xFF,0 xFE,0 xFF,0 x80,0 x03,0 xFE,0 xFF, 0 xC0,0 x07,0 xDE,0 xF7,0 xC0,0 x07,0 xDE,0 xF7, 0 xC0,0 x07,0 xFE,0 xFB,0 x00,0 x01,0 xFE,0 xFD, 0 xD7,0 x77,0 xD7,0 x5B,0 xB7,0 xDB,0 xF8,0 x1F 由這個原理可以看出

51、，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出它 的掃描代碼從而顯示在屏幕上。不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件， 我們就不 必自己去畫表格算代碼了。軟件打開后輸入漢字，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動 生成，把我們所需要的數(shù)據(jù)取模格式復(fù)制到我們的程序中即可。 可見，漢字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描 3 種。為了符合視覺暫留要 求，點掃描方法的掃描頻率必須大于 1664=1024 Hz，周期小于 1 ms 即可。行掃描和 列掃描方法的掃描頻率必須大于 168=128 Hz，周期小于 7.8 ms 即可，但是一次驅(qū)動 一列或一行(8 顆 LED)時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則 LED

52、 亮度會不足。 4.34.3 顯示驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序 顯示驅(qū)動程序在進入中斷后首先要對定時器 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）計算公式如下： 刷頻率（幀頻）=1/16T0 溢出率 =1/16f/12（65536-t） 其中 f 位晶振頻率，t 為定時器 T0 初值（工作在 16 位定時器模式） 。 然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，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)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動 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，重新打開顯示。圖

53、 4-3 為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。 進入中斷 定時器賦初值 讀取行號并增 1 送新行顯示數(shù)據(jù) 消 隱 切換顯示數(shù)據(jù) 送新行號、打開顯示 退出中斷 圖 4-3 顯示驅(qū)動程序流程圖 5 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5.15.1 性能分析性能分析 LED 顯示屏硬件電路只要器件質(zhì)量可靠，管腳焊接正確，一般無需調(diào)試即可正常工 作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由 定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率決定，表 5.1 給出了實驗調(diào)試時采用的頻率及 其對應(yīng)的定時器 T0 初值。 表 5.1 顯示屏刷新率（幀頻）與 T0 初值關(guān)系表（24M 晶振） 刷新率

54、 （Hz） 255062.57585100120 T0 初值0 xfe700 xfce00 xfc180 xfb500 xfa600 xf9c00 xf880 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，同時刷新率越高，顯示驅(qū)動程序占用的 CPU 時間也越多。實驗證明，在目測 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 以上的已基本覺察不 出畫面閃爍，刷新率達到 85Hz 以上時再增加畫面閃爍將沒有明顯改善。 這個方案設(shè)計的 1616 點陣 LED 圖文顯示屏，電路簡單，成本較低，且較容易擴 展成更大的顯示屏；顯示屏各點亮度均

55、勻、充足；顯示文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用 靜止、移入移出等多種顯示方式顯示文字。 5.25.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由 定時器 T0 的溢出率和單片機的晶振頻率決定。從理論上來說，24Hz 以上的刷新頻率就 能看到穩(wěn)定的連續(xù)的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時刷新頻率越高，顯示驅(qū)動 程序占用的 CPU 時間越多。實驗證明，在目測條件下刷新頻率 40Hz 以下的畫面看起來 閃爍較嚴(yán)重，刷新頻率 50Hz 以上的已基本察覺不出畫面的閃爍，刷新頻率達到 85Hz 以上時再增加畫面閃爍沒有明顯的改善。 軟件調(diào)試采用脫機調(diào)試的方法，即完全

56、用 Proteus 仿真軟件在 PC 機上對目標(biāo)電路 原理圖和程序進行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定， 運行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、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 定程序運行有無錯誤。調(diào)試可按下列步驟進行： 一 目標(biāo)程序糾錯 該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時就完成。一般來說，仿真器軟件能給用戶輸入 的程序指令糾錯，包括書寫格式、標(biāo)號未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯誤。 二 子程序功能調(diào)試 程序設(shè)計通常采用模塊程序設(shè)計，調(diào)試時可對一個個子程序分別進行調(diào)試，設(shè)置 好入口條件，然后采用單步運行或斷點運行方式，檢查系統(tǒng) CPU 現(xiàn)場、RAM 和 I/O

57、 口狀 態(tài)，看程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。 三 整體程序綜合調(diào)試 即把各子程序整體連起來進入到綜合電路調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預(yù)計的功能顯示。 在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，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)計上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是 否正常等。 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，直接就可以在 PC 機 上開發(fā)和調(diào)試。調(diào)試和修改完畢后，對于實時性要求不高的應(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，然后獨立投入運行。 5.35.3 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 單片機應(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

58、件故障在軟件調(diào)試時 才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。在焊接電路板的時候，應(yīng)該從最 基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個進行焊接測試。在對各個硬件模塊進行測試時， 要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯 了。調(diào)試工作可以分為四步： 一 目測檢查 根據(jù)硬件邏輯設(shè)計圖，仔細(xì)檢查樣機線路是否連接正確，并核對元器件的型號、 規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時可用萬用表檢測線路通斷情況。 二 電源調(diào)試 樣機的第一次通電測試很重要，若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損 壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開樣機穩(wěn)壓電源的輸出端檢查空載時電源工作情況； 另一種是拔下樣

59、機上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載） 。確保電源無 故障并性能符合設(shè)計要求。 三 通電檢查 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、裝配錯誤引起 的電流異常。 四 檢查相應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系 加電后檢查各芯片插座上相關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測量相應(yīng)的輸入輸出電平是否正 常。單片機系統(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)計是否正確， 選用器件和連接關(guān)系是否符合要求等。 結(jié)束語結(jié)束語 本文設(shè)計的是一個用 161

60、6 的點陣 LED 圖文顯示屏，能夠在目測條件下 LED 顯示 屏各點亮度均勻、充足，可顯示文字且顯示文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。文字顯示方式是 從右往左循環(huán)滾動。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本 低等特點，并且節(jié)省單片機的 I/O 口，大大提高了單片機的利用率。 經(jīng)過了數(shù)月的努力學(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，每一步對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，不懂就請教老師或同學(xué)，再接著提出新的問題，在這個往復(fù)的過 程中，我這篇稚嫩的設(shè)計日趨完善。每一次改進我都收獲良多，雖然我的設(shè)計作品不 是很成熟，而且借