基于51單片機的LED點陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、IV本科生畢業(yè)論文基于51單片機的LED點陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：本文介紹了一款以單片機AT89S51為控制器的LED點陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。并且可以通過級連的方式來擴大顯示屏幕的尺寸以達到增加顯示內(nèi)容的目的。系統(tǒng)采用PC機作為上位機，上位機向單片機發(fā)送控制命令和上位機所存儲的顯示代碼，AT89S51單片機接收并處理PC機的控制命令以及顯示代碼，由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個16×16分辨率的LED點陣顯示屏的掃描顯示。PC機與單片機之間的通信采用RS232C通信標準來實現(xiàn)。所選用的AT89S51單片機具有價格低廉程序?qū)懭敕奖愕奶攸c使得整個系統(tǒng)

2、方便維護和檢修。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機少量的I /O口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴展的空間。關(guān)鍵字：AT89S51；LED點陣顯示；串行通信Desigen and Realization of the Lattice Screen of LED Based on MCS-51Abstract: This paper introduces a design of the LED lattice display system base on MCU AT89S51. The system can display in both Chinese and English characters o

3、f the show and from top to bottom and move around the magic show. And can be cascaded to expand the screen size to achieve increased content purposes. The PC sends control commands and displays code to microcontroller, AT89S51 receives control commands from PC and shows the code, Driver module drive

4、s a 16×16-resolution LED lattice LEDs panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using RS-232C communications standards. the characteristics that AT89S51 microcontroller is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance an

5、d Repair. In addition, the system will take up only a small amount of the MCU I/O and memory,so that the system has functional space for expansion.Key words: AT89S51, lattice LEDs panel display, serial communication目 錄第1章 緒 論11.1 課題背景11.1.1 選題背景11.1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2 論文主要內(nèi)容3第2章 方案論證與選擇42.1 系統(tǒng)硬件方案42.1.

6、1 顯示屏主控制器42.1.2 通信系統(tǒng)62.1.3 LED點陣顯示屏62.1.4 硬件設(shè)計方案72.2 系統(tǒng)軟件方案82.2.1 單片機編程語言82.2.2 系統(tǒng)軟件編譯器介紹92.2.3 上位機控制傳輸軟件9第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1 硬件整體設(shè)計概述及功能分析113.2 控制單元設(shè)計123.2.1 AT89S51簡介123.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計133.3 譯碼電路設(shè)計153.3.1 串并轉(zhuǎn)換器74LS164153.3.2 鎖存器74L373163.4 驅(qū)動電路設(shè)計173.4.1 行驅(qū)動電路設(shè)計173.4.2 列驅(qū)動電路設(shè)計183.5 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計183.6 電源設(shè)計193.7 級

7、連大屏幕LED顯示屏20第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計224.1 程序設(shè)計224.2 顯示程序的設(shè)計234.2.1 LED顯示屏的顯示方式234.2.2 點陣數(shù)據(jù)表達方式244.2.3 顯示程序的設(shè)計254.3 通信程序的設(shè)計27第5章 系統(tǒng)調(diào)試295.1 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試方法295.1.1 短路與虛焊檢測305.1.2 上電測試305.1.3 串口調(diào)試305.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法315.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果325.4 調(diào)試結(jié)果分析32結(jié)論34致謝35參考文獻36附錄1 系統(tǒng)硬件原理圖37附錄2 設(shè)計程序38附錄3 系統(tǒng)PCB圖46 本科生畢業(yè)論文第1章 緒 論1.1 課題背景1.1.1 選題背景LE

8、D顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。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1。在短短的十來年中，LED點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應用。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候

9、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。LED顯示屏的應用涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。（2）機場航班動態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導信息顯示。（4）體育場館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。1.1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國的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

10、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。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

11、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)。 （2）LED顯示屏的發(fā)展趨勢現(xiàn)代信息社會中，作為人一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產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展

12、，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。高亮度、全彩化藍色及純綠色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，應用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、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

13、會向著標準化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展2。（3）選題意義 該設(shè)計課題使我們能夠掌握LED顯示屏的基本顯示原理和設(shè)計方法，對LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。并且對大學期間所學習的一些理論進行了實踐，使我們對所學過的理論知識有了新的認識。并且通過該設(shè)計課題掌握了51單片機的的軟硬件開發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗。目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛，相關(guān)的從業(yè)人員也會越來越緊缺。但同時應該清楚的認識到我國的LED技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國LE

14、D顯示技術(shù)的發(fā)展都有非?，F(xiàn)實與積極的意義。1.2 論文主要內(nèi)容針對設(shè)計題目的特點，作者對論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排：（1）初步方案的論證和選擇 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計思想和設(shè)計方法擬定幾套設(shè)計方案進行分析比較。最終選定了以PC機為上位機，單片機為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動電路的設(shè)計方案。（2）方案實現(xiàn)以設(shè)計方案為指導思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對比選擇選定AT89S51單片機為核心控制器件，由串并轉(zhuǎn)換器74LS164和鎖存器74LS373為譯碼電路器件，三極管8550和ULN2803為驅(qū)動電路器件。論文列出了詳

15、細的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 （3）軟件編寫 根據(jù)硬件特點和設(shè)計要求，軟件選用C語言編寫。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個編寫和調(diào)試，最后將獨立的模塊整合起來。（4）驗證與測試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來進行。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有單片機端口驅(qū)動能力不足、驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定等問題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問題。通過分析，查找找出了問題原因并設(shè)法將其解決。（5）結(jié)論 設(shè)計完成后對設(shè)計中所遇到的問題、經(jīng)驗教訓、以及自己的想法進行總結(jié)。第2章 方案論證與選擇2.1 系統(tǒng)硬件方案大多數(shù)的LED顯示屏都在戶外

16、，所以對硬件的質(zhì)量要求非常的高。為方便檢修和維護硬件電路設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。硬件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。如圖2-1所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機四部分組成。上位機通過通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，控制部分執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式3。圖2-1 系統(tǒng)硬件組成框圖2.1.1 顯示屏主控制器控制部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機通信接收上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內(nèi)容。其常用的電子設(shè)計方法有單片機、DSP、及EDA技

17、術(shù)。幾種設(shè)計方法比較各有其特點：（1）單片機單片機是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合于工業(yè)控制,因此又叫微控制器(MCU)。單片機品種齊全,型號多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術(shù)，片上I/O非常豐富，有的單片機集成有A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機被CMOS代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降

18、至A ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地4。（2）DSP 芯片DSP 又叫數(shù)字信號處理器。顧名思義，DSP主要用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復運算及大數(shù)據(jù)容量的信號處理?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于通信、便攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，DSP具有修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。將程序與數(shù)據(jù)存儲器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時進行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。DSP區(qū)別于一般微處理器的另一重要標志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實現(xiàn)乘法,逐條執(zhí)行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信

19、號處理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等5。（3）EDAEDA(即Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計自動化，它是以計算機為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計結(jié)果,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現(xiàn)。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，修改軟件程序就相當于改變

20、了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機。而且MCU和DSP都是通過串行執(zhí)行指令來實現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實現(xiàn)硬件上的并行工作，在實時測控和高速應用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實現(xiàn)的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。三種設(shè)計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學者進行學習和鍛煉使用?，F(xiàn)在市場上常用的單片機主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中應用最廣泛的單片機首推Int

21、el的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機學習的教材。且51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機作為控制部分的核心器件。2.1.2 通信系統(tǒng) 通信部分要滿足的設(shè)計要求就是穩(wěn)定、快速、簡單易實現(xiàn)。因為通常情況下顯示屏和上位機的距離不會很遠，所以通信距離的要求不是很高。計算機數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。（1）并行通信并行通信時數(shù)據(jù)的各個位同時傳送，可以字或字

22、節(jié)為單位并行進行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進行遠距離通信。（2）串行通信串行通信數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。在串行發(fā)送時，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進行的，而計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)是并行的。因此，當計算機向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計算機中。這種轉(zhuǎn)換即可以用硬件實現(xiàn)也可以用軟件實現(xiàn)。單由軟件實現(xiàn)會增加CPU負擔，降低其利用率，故目前常采用硬件實現(xiàn)。通用的通用異步接收/發(fā)送器，簡稱UART（Universal Asynchromou

23、s Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。在單片機芯片中，UART已經(jīng)集成在其中，作為其組成部分，構(gòu)成一個串行口6。 綜上所述，題目設(shè)計已經(jīng)選定了單片機為開發(fā)方式而單片機的UART已經(jīng)集成在單片機內(nèi)，所以通信系統(tǒng)選擇串行通信為通信方式。2.1.3 LED點陣顯示屏顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個漢字的顯示屏，以及驅(qū)動該顯示屏的驅(qū)動電路。由于單片機的I/O口有限要不能直接用I/O口來驅(qū)動LED顯示屏，所以需要對單片機IO口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。LED顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏

24、幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來，如圖2-2所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊。目前市場上普遍采用的點陣模塊有8×8、16×16幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當一個LED出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個LED點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點

25、，選擇點陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風險。所以構(gòu)建一個16×16的LED點陣屏選用四塊8×8點陣模塊。圖 2-2 LED點陣圖一個16×16的LED顯示屏行和列各有16支引腳，不能單靠51單片機的端口驅(qū)動所以必須要對單片機的端口個數(shù)進行擴展。經(jīng)常采用的端口擴展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進行譯碼。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有74LS154（4線-16線譯碼器）、74LS164（8位串并轉(zhuǎn)換器）、74HC595等。51系列單片機端口低電平時，吸入電流可達，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片

26、機不能直接驅(qū)動LED顯示屏顯示。在單片機和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動電路7。2.1.4 硬件設(shè)計方案最終方案如圖2-3所示，以PC機作為上位機存儲和處理顯示內(nèi)容用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C系統(tǒng)，單片機根據(jù)上位機傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴展后驅(qū)動4塊8×8LED點陣模塊構(gòu)成的16×16的LED點陣顯示屏。題目將以此方案為指導思想展開具體的硬件電路設(shè)計。圖2-3 硬件設(shè)計方案2.2 系統(tǒng)軟件方案軟件的設(shè)計除了滿足設(shè)計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計目標和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示

27、子程序，通信程序三個主要部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。2.2.1 單片機編程語言現(xiàn)在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和C語言。兩種語言相比較各有優(yōu)點。匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設(shè)計語言，是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點，但在編寫

28、復雜程序時具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機型，不能通用，也不能在不同機型之間移植8。C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號 而不是子和特殊符號的語言。C可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點：對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對51的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序

29、，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機的不同較快地移植過來?；谝陨侠碛蓻Q定采用C語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。2.2.2 系統(tǒng)軟件編譯器介紹C語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。支持MCS51用C語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEILC51編譯器。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用KEIL C51來進行編譯。因此軟件設(shè)計最終方案為采用C

30、語言為程序語言，KELC為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個功能模塊來編寫程序。2.2.3 上位機控制傳輸軟件其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的PC機作為上位機，這樣對該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。上位機的作用是存儲并處理顯示內(nèi)容，然后通過通信系統(tǒng)傳送到控制系統(tǒng)驅(qū)動顯示。LED顯示上位機的內(nèi)容一般有實時顯示和存儲顯示兩種方法。實時顯示及上位機屏幕上的內(nèi)容同時顯示在LED顯示屏上，上位機上內(nèi)容變化LED顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲在上位機中通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示9。兩種顯示方法相比較：實時顯示屏幕能及時反應上位機內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實時性好多

31、用于新聞播報、實況轉(zhuǎn)播用，但實時顯示硬件開銷大，對通信系統(tǒng)要求高，工藝復雜，成本高；存儲顯示雖實時性不高但硬件開銷小，成本低廉。課題設(shè)計題目對顯示的實時性要求較低且所設(shè)計的顯示屏尺寸不大同時顯示的內(nèi)容不多，所以實時顯示就沒有必要。所以上位機選擇存儲顯示的方法，控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容10。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 硬件整體設(shè)計概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計主要由上位機，通信系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動電路和16×16的點陣屏六部分組成。具體工作流程為：上位PC機通過通信系統(tǒng)向單片機發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過I/O口串

32、行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動電路進行電壓和電流的處理以達到LED顯示屏的顯示電流，電壓要求進而使顯示屏顯示內(nèi)容11。根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng)之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖3-1所示。 圖3-1 硬件原理圖 該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點：（1）LED顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準。并且顯示要清晰。（2）驅(qū)動電路要能提供LED顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。（3）譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅(qū)動電路的要求。（4）單片機要能接收上位機的指

33、令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制LED顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動能力要足以驅(qū)動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。（5）單片機由ISP下載線下載程序和供電，可不設(shè)立專用供電電源。（6）由串口完成單片機與上位機的通信，通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸_到顯示要求。3.2 控制單元設(shè)計控制單元是整個顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用51系列單片機為核心器件，用來和上位機通信處理上位機發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。在51系列單片機中選定一款合適的機型來作為控制單元的主控芯片。根據(jù)題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因為在軟件設(shè)計時

34、方便的程序下載對程序的驗證和編寫非常有用。還有就是為了提高LED顯示屏的掃描速度，單片機的執(zhí)行速度要盡可能的快。根據(jù)這兩點要求，選擇美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51為控制單元的主控芯片。3.2.1 AT89S51簡介AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可提

35、供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。AT989S51具有以下特點：·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·4.05.5V的工作電壓范圍·全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz·三級程序加密鎖·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個可編程I/O口線·2個16位定時/計數(shù)器·6個中斷源·全雙工串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)·看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)

36、指針·掉電標識和快速編程特性·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式） AT89S51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計控制電

37、路設(shè)計中采用的是單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個最小系統(tǒng)（指單片機的可以的最小配置系統(tǒng)）。AT89S51的最小系統(tǒng)包括了外界時鐘電路和復位電路，選定一定數(shù)量的IO口作為控制口控制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出。根據(jù)功能選擇一定的單片機端口添加外圍的器件，具體電路如圖3-2所示。在該系統(tǒng)中，P1各口主要用作LED顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。由于端口的驅(qū)動能力有限所以該端口外接了5K的上拉電阻來提高驅(qū)動能力。其中P1.5P1.6P1.7還復用為ISP下載功能口。具體接法為：P1.0，P1.1，P1.4，P1.5分別接四塊74LS164的A端，向74LS164送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出；P1.2和P1

38、.6分別接列和行的74LS164的CLOCK端，產(chǎn)生移位脈沖是串行數(shù)據(jù)并行輸出；P1.3和P1.7接列和行的CLEAR端，在一組數(shù)據(jù)完成串并轉(zhuǎn)換后清除164芯片中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換新的數(shù)據(jù)；其中P1.5P1.6P1.7還復用為ISP下載功能口。P2.0接164芯片的使能控制端，當為高電平使允許輸出；P2.2和P2.3接鎖存器74LS373的OE和LE端控制鎖存器的工作狀態(tài)。 端口30，EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。因為沒有擴展外部程序存儲器所以將EA置為高電平。圖3-2 控制部分電路圖由于P3口是特殊功能口，在該

39、系統(tǒng)中基本是采用其第二功能。其第二功能和實際運用如表3-1所示：表3-1 AT89S51P3口第二功能的應用端口第二功能實際作用P3.0RXD（串行輸入口）與上位機通信的數(shù)據(jù)輸入口P3.1TXD(串行輸出口)與上位機通信的數(shù)據(jù)輸出口P3.2外部中斷0做按鍵中斷，控制顯示狀態(tài)P3.3外部中斷1做按鍵中斷，控制運行模式AT89S51單片機的P1在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，P2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。所以P1和P2口留為外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的擴展用，以備內(nèi)部存儲器和程序存儲器不夠用的情

40、況時使用12。3.3 譯碼電路設(shè)計 譯碼電路的功能是為了解決單片機I/O端口不足。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器74LS164和鎖存器74LS373。具體電路如圖3-3所示圖3-3 行譯碼電路圖3.3.1 串并轉(zhuǎn)換器74LS164列譯碼采用的是芯片74LS164。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機的端口輸出來控制16×16的LED點陣屏顯示，需要32個端口。而采用了譯碼電路后僅僅需要79個端口便可實現(xiàn)控制顯示。大大減少了I/O口的占用數(shù)目，為單片機擴展其他功能預留下來了空間。74LS164為一個8位數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換器。當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸

41、入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。表3-1 74LS164工作參數(shù)參數(shù)最小值標準值最大值單位高電平輸入電壓2V低電平輸入電壓0.8V高電平輸出電壓2.43.2-V低電平輸出電壓0.20.4V時鐘頻率025MHZ這就要求單片機的引腳輸出的高低電平要在芯片的識別范圍內(nèi)，由于采用了列選通行傳送顯示代碼的方法所以行譯碼電路上也加上了74L373鎖存芯片。這就要求74LS164芯片的輸出要滿足鎖存芯片的高低電平區(qū)分范圍和頻率要求

42、。 3.3.2 鎖存器74L373由于74LS164芯片不具有鎖存功能，所以在74LS164進行八位數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換時，串行數(shù)據(jù)的第一位會從QA依次移位到QH,第二位數(shù)據(jù)會從QA依次移位到QG，依次類推在八位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之前74LS164芯片的輸出會出現(xiàn)一段時間的亂序輸出，這一結(jié)果會通過驅(qū)動電路表現(xiàn)在顯示屏上。結(jié)果就是顯示屏無序?qū)ㄩW爍，不能顯示所需內(nèi)容。因此在串并轉(zhuǎn)換完成前就需要74LS164的輸出口不與驅(qū)動電路導通。所以選擇鎖存器74LS373來完成這一功能。74LS373為八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性)。373為三態(tài)輸出的八D透明鎖存器,共有54/74S373和54/74LS3

43、73兩種線路結(jié)構(gòu)形式當三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當OE為高電平時，O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。表3-2 74LS373工作參數(shù)表參數(shù)最小值額定值最大值單位電源電壓4.7555.25V輸入高電平電壓2V輸入低電平電壓0.8V輸出高電平電壓2.6mA輸出低電平電壓24mA由表與表比較可以看出，74LS164的輸出條件與74LS373的輸入條件相匹配，理論上可以實現(xiàn)鎖存器對譯碼器的數(shù)據(jù)鎖存。3.4 驅(qū)動電路設(shè)

44、計3.4.1 行驅(qū)動電路設(shè)計發(fā)光二極管，LED(Light Emitting Diodes)，即是在在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 行驅(qū)動采用PNP三極管8550接法如圖3-4示：圖3-4 行驅(qū)動器件8550的接法8550為PNP型三極管，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5示。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

45、電的電子越過PN結(jié)擴散到發(fā)射區(qū)。發(fā)射極產(chǎn)生和電子擴散方向相反的電流，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。圖3-5 8550內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.4.2 列驅(qū)動電路設(shè)計列驅(qū)動采用ULN2803。ULN2803是一種高電壓大電流達林頓管陣列內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，該陣列中的八個NPN達林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如TTL,CMOS或PMOS）和大電流高電壓的燈，繼電器，打印機錘和其他

46、類似負載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產(chǎn)品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。集電極輸出功率可達50V×600mA13。ULN2803作為列驅(qū)動執(zhí)行的是列選的工作，當選通的列輸入高電平時其對應的輸輸出低電平。相對應的輸出取反，并能提供較大的灌電流來吸收行驅(qū)動流出進過顯示屏后的電流。具體電路如圖3-7所示。圖3-7 列驅(qū)動原理圖3.5 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計AT89S51單片機具有全雙工串行UART通道，支持單片機進行數(shù)據(jù)的串行傳輸。除了單片機要與PC機制定通信協(xié)議，確定發(fā)送速率外還需要解決的問題就是信號電平問題。RS-232C標準規(guī)定了PC機發(fā)送數(shù)

47、據(jù)總線TXD和接收數(shù)據(jù)總線RXD采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時傳輸線上的電平在315V之間；傳送數(shù)字“0”時，傳輸線上的電平在315之間。但單片機串行口采用正邏輯TTL電平，即數(shù)字“1”時為5V數(shù)字“0”時為-5V，所以單片機與計算機不能直接相連進行通信必須將RS-232C與TTL電平進行轉(zhuǎn)換14。在通用的電平轉(zhuǎn)換芯片中MAX232系列的芯片以集成度高，單5V電源工作，只需外接5個小電容即可完成RS-232C與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換而成為單片機系統(tǒng)中的常用芯片。在該顯示系統(tǒng)中，MAX232為通信系統(tǒng)中最重要的硬件組成部分15。電路如圖3-8所示：圖3-8 串口通信系統(tǒng)電路圖3.6 電源設(shè)計在

48、系統(tǒng)中MAX232、74LS164、74LS373、AT89S51都需要5V的供電電壓，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以使用電腦USB供電。在實際的大屏幕LED顯示屏設(shè)計中，用電腦USB供電明顯不切實際。此時需要對民用的220V進行降壓整流為5V直流電壓為顯示系統(tǒng)供電。電路圖如圖3-9所示。圖3-9 電源原理圖如圖所示，用220V轉(zhuǎn)12V的變壓器進行降壓后再通過一個橋式整流電路將交流電整流為直流電。最后通過5V三端穩(wěn)壓模塊LM7805得出穩(wěn)定的5V輸出。3.7 級連大屏幕LED顯示屏 要實現(xiàn)LED的大屏幕顯示主要采用內(nèi)部譯碼器級連和多個單片機系統(tǒng)級連的方法。譯碼器級連如圖3-10所示 將第1個74LS16

49、4的Q7端接第2個74LS164的A端，將第2個74LS164的Q7端接第3個74LS164的A端，如此炮制當N塊74LS164相級連時就變?yōu)橐粋€串行輸入7×N口輸出的串并轉(zhuǎn)換器。這種級連的優(yōu)點在于一塊單片機可以同時控制更多的LED點陣顯示屏，且74LS164的價格低廉整體成本得到了降低。但是這種級連方法也存在一定的缺點，51系列的單片機的晶振頻率不高74LS164級連過多會增加一次掃描的時間從而導致顯示出現(xiàn)閃爍。從端口輸出的顯示數(shù)據(jù)的顯示也要作出相應的改變。圖3-10 74LSL64級連構(gòu)建大屏幕LED顯示屏的另一種方法是將以較小的LED顯示系統(tǒng)做為模塊進行級連。如圖3-11所示，

50、由獨立的LED顯示系統(tǒng)組成一個大的LED顯示系統(tǒng)。其中各子顯示系統(tǒng)之間在功能和控制上都是相互獨立的，將一幅大屏幕畫面拆分為幾塊小畫面再分別送入到各子系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)同步顯示便可以得到一幅大的畫面。使用這種級連的辦法可以避免51單片機晶振頻率低的弱點，更容易實現(xiàn)大屏幕的顯示。但這種方法仍然存在難點，一是各獨立的子系統(tǒng)的通信和協(xié)調(diào)性要求更高了，如果要實現(xiàn)顯示內(nèi)容的實時性必須需要上位機不斷更新顯示內(nèi)容則增加了上位機的通信數(shù)據(jù)量，逐個的單片機傳送數(shù)據(jù)也會影響整個畫面的更新速度；二是成本提高了。圖3-11 由子系統(tǒng)構(gòu)建大屏幕LED顯示屏在實際應用中通常采用內(nèi)部擴展和外部級連聯(lián)合使用的方法來構(gòu)建大屏幕LE

51、D顯示屏幕。即增加單個顯示系統(tǒng)顯示屏幕大小的同時又將單個的顯示系統(tǒng)級連。詳細硬件原理圖見附錄1。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，按照模塊化的設(shè)計思路設(shè)計。首先分析程序所要實現(xiàn)的功能，程序要實現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示三大功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。通信程序接收上位機數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進行顯示。 主程序的工作流程如圖4-1所示：系統(tǒng)初始化從顯示數(shù)組讀取數(shù)據(jù)到顯示寄存器讀取顯示控制命令選擇顯示方式調(diào)用相應顯示程序RI=1?起始位？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組將控制命令賦值給控制字符NNYY開 始中斷開始中 斷 返

52、 回圖4-1 主程序流程圖程序開始時首先必須對單片機進行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化，串行通信時通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各IO口功能的設(shè)定等。初始化完成后程序進入待機狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個外部中斷源和串行中斷。外部中斷源由按鍵的電平變化觸發(fā)，外部中斷主要功能是選擇LED點陣顯示屏的控制方式是由按鍵控制還是上位機控制和顯示狀態(tài)是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。中斷產(chǎn)生后由預先初始化時設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。中斷程序設(shè)定了LED點陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。按照設(shè)定的方式和

53、內(nèi)容顯示出所需要的內(nèi)容。4.2 顯示程序的設(shè)計4.2.1 LED顯示屏的顯示方式 LED點陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種。 對靜態(tài)顯示來說，每一個發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點陣數(shù)據(jù)這種方式系統(tǒng)原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅(qū)動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低另一種動態(tài)掃描顯示是把整個LED屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復循環(huán)進行在重復掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面也

54、就是說采用動態(tài)掃描顯示需要不斷進行畫面的刷新在這種方式下其顯示驅(qū)動電路可重復利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，使用時的耗電量大大降低大屏幕的制造、維護要容易許多，可靠性也增加了兩種顯示方式的比較再結(jié)合51單片機IO口數(shù)量有限的原因決定采用動態(tài)掃描的方式進行顯示。動態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖4-2所示，先選通列然后再從行送入對應列的數(shù)據(jù)，這樣從第1列到第16列循環(huán)往復，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。圖4-2 掃描顯示程序原理圖4.2.2 點

55、陣數(shù)據(jù)表達方式該顯示系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)采取縱向取模方向正向的數(shù)據(jù)存儲方式如圖4-3， 圖4-3 點陣數(shù)據(jù)原理圖 即數(shù)據(jù)是縱向的，一個像素對應一個位。8個像素對應一個字節(jié)，字節(jié)的位順序是上高下低，比如從上到下8個點的狀態(tài)是“*-*-”(*為黑點，-為白點)，則轉(zhuǎn)換的字模數(shù)據(jù)是0x82(B1000_0010)。如圖(4-3)所示，一幅16×16的點陣畫面點陣數(shù)據(jù)按照B1B2B3B31B32存儲。所以一幅畫面的數(shù)據(jù)量為32字節(jié)。畫面顯示時選通的第i列對應的數(shù)組元素為第i和i+16個元素16。4.2.3 顯示程序的設(shè)計開 始 顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示、右移顯示、上移顯示、下移顯示五種種

56、顯示方式。其中上下左右移動程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序為子程序。靜態(tài)顯示程序流程圖如圖4-4所示： 初 始 化讀取顯示數(shù)據(jù)依次選通列，行74LS164的CLOCK端置低，鎖存器禁止輸出對應行數(shù)組元素與0X01相與，相與結(jié)果寫入單片機端口輸出數(shù)組元素右移一位，對應74LS164 CLOCK端置高N右移次數(shù)是否為8？Y鎖存器允許輸出圖4-4 靜態(tài)顯示程序流程圖顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對應關(guān)系第i列對應的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個元素。將對應元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與0X01相與，所得結(jié)果通過單片機端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面17。圖4-5 左右移/上下移程序流程圖 動態(tài)顯示程序流程如圖4-5所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲