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基于51單片機的LED點陣屏的設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要本文主要闡述了用51單片機控制單色32*64的LED點陣屏顯示的方法，對LED點陣屏如何進行行列信號控制及信號傳輸中的驅(qū)動問題進行了研究，并討論了單片機控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理以及發(fā)送問題。結(jié)果表明采用并行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)及同步時鐘傳輸?shù)膶Ｓ秒娐房纱蟠鬁p少CPU的輔助時間，提高了數(shù)據(jù)的發(fā)送速度。并給出了通過軟件控制點陣屏顯示的幾種方式，如靜態(tài)顯示，分屏顯示以及左移顯示，對其軟件的算法給出了具體分析�；诟鞣N算法我們就可以靈活的運用軟件實現(xiàn)各種顯示，并將其用于商業(yè)用途。
前言 隨著社會文化的不斷發(fā)展，人們的消費標準不斷提高，戶外燈箱廣告更是扮演著越來越重要的宣傳角色，不論是汽車站，火車站，股票交易市場，還是學(xué)校都離不開它，然而傳統(tǒng)的霓虹燈廣告牌不論是在顯示效果、耗電量還是可修改性上都無法滿足當前社會的需求，傳統(tǒng)的霓虹燈廣告亟待改進。 由于單片機技術(shù)的不斷發(fā)展和高亮度LED發(fā)光管的出現(xiàn)使得大屏幕高亮度LED電子廣告屏成為可能，與傳統(tǒng)的霓虹燈廣告在顯示效果以及可修改性上都有著無法比擬的優(yōu)勢，而且單片機的日益平民化以及LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使得高亮度高清晰的LED點陣廣告牌與傳統(tǒng)霓虹燈廣告牌的成本日益接近。另外，SMT技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源的大規(guī)模使用，使其無論在體積上還是在可靠性上都比傳統(tǒng)的霓虹燈廣告有明顯的改進，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 這種新興的大屏幕顯示技術(shù)成為眾人目光的焦點。與傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，首先，LED 顯示屏色彩豐富，3基色的發(fā)光管可以顯示全彩色，顯示方式變化多樣（文字、圖形、動畫、視頻、電視畫面等），是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。其次，LED顯示屏的像素采用LED發(fā)光二極管，將多個發(fā)光二極管以序列的形式構(gòu)成LED顯示陣列，這種顯示屏具有耗電低、成本低、亮度和清晰度高、壽命長等優(yōu)點，而且 LED 顯示屏其受空間限制較小，并可以根據(jù)用戶要求設(shè)計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，是信息傳播設(shè)施劃時代的產(chǎn)品。再次，LED 顯示屏應(yīng)用廣泛，金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面，顯示效果清晰穩(wěn)定，越來越多的地方開始使用LED電子顯示屏，有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它以其超大畫面、超寬視覺、靈活多變的顯示方式等獨居一格的優(yōu)勢，成為目前國際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。 1 概述
1.1 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計主要任務(wù)是設(shè)計一個實用的32*64 LED點陣屏的圖文顯示，要求在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文字顯示有靜止和移入移出等顯示方式。本文還重點介紹了單片機對LED點陣屏的控制電路，驅(qū)動電路的設(shè)計方法，并根據(jù)LED點陣屏的硬件特點， 對其軟件實現(xiàn)的算法給出了具體的分析。從而實現(xiàn)了顯示的字體能夠進行向左移動。 1.2 點陣屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及掃描原理 LED點陣屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為共陰型和共陽型[5]兩種類型，本系統(tǒng)設(shè)計采用的是共陽型的LED點陣屏。 其硬件電路如（圖1.1）所示，我們只選取了一個8*8的LED矩陣做模型，當行上有一正選通信號時，列選端四位數(shù)據(jù)為0的發(fā)光二極管便導(dǎo)通點亮。根據(jù)這個原理，當我們需要某圖形或文字時，只需要將要顯示的文字或圖形的編碼作為列信號跟對應(yīng)的行信號進行逐次掃描[1]，就可以逐行點亮點陣。當掃描速度大于24Hz，由于掃描時間很快，人眼的視覺有暫留效應(yīng)[3]，就可以看到顯示的是完整的圖形或文字，這樣就達到了顯示的效果。 圖1.1 8*8共陽極LED點陣 例如，若要圖中所示64個LED顯示一個“0”字的方框，則首先在列1～8上寫入列編碼的信號，接著應(yīng)將對應(yīng)的行上加選通信號，即在行、列的信號端分別加上如（圖1.2）所示數(shù)據(jù)，這樣，假設(shè)顯示數(shù)字為“0”時： 1 2 3 4 5 6 7 8 00 00 3E 41 41 41 3E 00 圖1.2 在點陣上所加的行信號以及列選擇信號 因此，形成的列代碼為00H，00H，3EH，41H，41H，41H，3EH，00H；只要把這些代碼分別送到相應(yīng)的列線上面，即可實現(xiàn)“0”的數(shù)字顯示。 送顯示代碼過程如下所示： 送第一列線代碼到P3端口，同時置第一行線為“0”，其它行線為“1”，延時2ms左右； 送第二列線代碼到P3端口，同時置第二行線為“0”，其它行線為“1”，延時2ms左右； 如此下去，直到送完最后一列代碼，又從頭開始送。如此循環(huán)下去，當刷新頻率足夠高時（大于24Hz），由于人眼的視覺暫留特性，便可得到一個穩(wěn)定的“0”字。這就簡單的描敘了一下的點亮LED的掃描原理。 1.3 方案論證1.3.1 顯示方法的論證 方案一：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，這種控制各個發(fā)光點同時亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方法[2]。但從實際考慮可以知道，32*64的點陣共有2048個發(fā)光二極管，如果采用這種方法，顯然單片機沒有這么多端口。但如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，32*64的點陣需要256個鎖存器。這個數(shù)字仍然很龐大，而且成本很昂貴，而我們僅僅是32*64的8個漢字點陣，但在實際應(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。顯然這樣做不能達到我們的要求，因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計方法。 方案二：而這里我們采用的是另外的一種叫做動態(tài)掃描[10]的方法。 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8行）的同名列共用一套列驅(qū)動器。具體就32*64的點陣來說，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起，再去驅(qū)動這一列LED （共陽接法），每一列先送出對應(yīng)第1行發(fā)光管對應(yīng)的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第1行使其點亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎖存，再選通第2行使其點亮相同的時間，然后熄滅……第8行之后，又重新點亮第1行，反復(fù)輪回。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，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 1.3.2 數(shù)據(jù)傳送的方法論證 方案一:采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的程序存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時只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，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。采用并行方式時，32*64的LED點陣有8列8*8的點陣，需要8*8=64個列數(shù)據(jù)輸入口，而一個89S51只有32個I/O接口，還要同時驅(qū)動行數(shù)據(jù)，根本不夠用，并且從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多，由此可以得出，當列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?/font> 方案二:采用串行傳輸[10]的方法，控制電路可以只用2根線：數(shù)據(jù)線、時鐘線。將行數(shù)據(jù)一位一位傳往行驅(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行驅(qū)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。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備傳輸和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。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)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用準備數(shù)據(jù)鎖存的方法。即在顯示本行數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的數(shù)據(jù)。所以列數(shù)據(jù)的顯示驅(qū)動電路就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能：對數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出[7]的移位功能；對數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)輸人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。同時為了LED顯示的亮度，采用8行掃描，每個漢字上面有2個8列驅(qū)動器驅(qū)動，列驅(qū)動器的位置應(yīng)該是在第1行跟第9行，即每個16*16的漢字點陣是有4個8*8的點陣組成的陣列，掃描的時候同時掃描顯示第1行跟第9行，第二次掃描的時候顯示第2行跟第10行，以此類推，最后顯示第8行跟第16行。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路[4]大致上可以分成單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路以及LED點陣陣列三大部分�？驁D（圖2.1）如下: 圖2.1 硬件的總體框圖 在實際應(yīng)用中的大屏幕LED點陣顯示屏，都是采用很多的顯示模塊組成，每個模塊一般是有32*64個點陣組成，每個模塊負責自己那部分LED的顯示；有電腦通過統(tǒng)一的協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)到每個控制單片機，行選是統(tǒng)一的；而且控制模塊也是分開的，一個控制模塊上面有很多的RAM芯片，控制芯片接收從主控電腦發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并將其保存在RAM中，之后不需要電腦控制即可自己循環(huán)控制顯示。而且一個模塊控制幾個至幾十個32*64的點陣模塊。 2.1 單片機系統(tǒng)及外圍電路 由于LED點陣顯示屏由單片機控制部分和顯示驅(qū)動部分組成，單片機我選擇最常見的ATMEL公司的AT89C51單片機。此單片機與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)[9]完全兼容，由4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器，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)器和6個中斷源。同時支持在線下載，并且該單片機經(jīng)濟實用，使用廣泛。 我們使用的是AT89C51的最小系統(tǒng)電路，包括：電源、時鐘脈沖、復(fù)位電路和程序存儲器設(shè)定電路，暫時只是顯示很少的幾十個漢字，不用外擴存儲器。 2.1.1 時鐘脈沖電路 AT89C51單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個反向放大器所構(gòu)成的振蕩器，其最高時鐘脈沖頻率已經(jīng)達到了24MHz ，AT89C51的兩個引腳XTAL1和XTAL2（即19、18腳）分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，只要連接到簡單的石英振蕩晶體的2個管腳即可，同時晶體的2個管腳也要用30pF的電容耦合到地。
2.1.2 復(fù)位電路 89C51的復(fù)位引腳（RESET）是第9腳，當此引腳連接高電平超過2個機器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動作。以24MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為0.5μS，兩個機器周期為1µS，因此，在第9腳上連接一個2μS的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動作。最簡單的硬件電路接法就是用一個電阻，一個電容和一個開關(guān)就構(gòu)成可靠的復(fù)位電路[8]，電阻一般選擇10K，電容一般選擇10µF，具體電路如（圖2.2）所示： 圖2.2 通電瞬間復(fù)位電路 2.1.3 程序及數(shù)據(jù)存儲器設(shè)定 因為單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器[6]只有128 Byte，非常有限，運行大一點的程序就顯得捉襟見肘，而且程序存儲器空間也只有4K，大一點的程序就存儲不下，尤其是在存儲漢字點陣信息的時候，每個漢字32Byte，100個漢字就到了3.2KB，程序也只有不到1KB的容量了。 在這時候必須外接存儲器來擴展，那單片機怎么知道我們當前使用的是內(nèi)部程序存儲器還是外部程序存儲器呢？所以就需要設(shè)定單片機是使用外部程序存儲器還是內(nèi)部程序存儲器，89C51把31腳設(shè)定為此功能，如果把31腳接地，則采用外部程序存儲器，如果把31腳接VCC，則默認采用內(nèi)部程序存儲器。我們暫時只是顯示幾十個漢字研究原理，所以僅僅用內(nèi)部存儲器就足夠了，所以把31腳接高電位，就僅僅使用內(nèi)部的4K程序存儲空間。如（圖2.3）所示。但是在現(xiàn)實大屏幕顯示應(yīng)用中，一般要擴展ROM，比如24C08（8K的E2PROM），因為大量的數(shù)據(jù)是有電腦傳送過來的，每個單片機只是負責自己控制的一行字符，這些數(shù)據(jù)是要隨時更新的，采用ROM可以隨時更新內(nèi)容，而且一般的顯示程序優(yōu)化以后的代碼4K也夠用了。 圖2.3 89C51的基本外部電路 2.2 列驅(qū)動電路 每個漢字需要4個8*8的LED點陣，要想實現(xiàn)8行掃描驅(qū)動，上下2行只使用了1個74HC595接到LED點陣模塊上，而每個漢字是按照16*16取模，所以需要2個74HC595來驅(qū)動一個漢字，我的電路設(shè)計的是8個漢字，所以需要8*2=16個74HC595來實現(xiàn)8行掃描顯示。設(shè)計好的列驅(qū)動電路的部分如下（圖2.4）所示： 圖2.4 列驅(qū)動部分電路圖 2.2.1 串入并出移位寄存器74HC595 列驅(qū)動電路由集成電路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，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)據(jù)，即達到數(shù)據(jù)準備的目的。 圖2.5 74HC595外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 74HC595的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如（圖2.5）所示。它的輸入端有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鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)輸入最低位。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。RCK是輸出鎖存器的輸入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出輸入到輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則輸出端為高阻狀態(tài)。SCLR信號是移位寄存器的清0輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為0。由于SCK和RCK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QA～QH，最高位QH可作為多片74HC595級聯(lián)應(yīng)用時向上一級的級聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器輸入控制，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聯(lián)輸出。 由74HC595在4.5V供電的情況下（25℃），可以達到21MHz以上的時鐘頻率，而我們采用的89S51的時鐘頻率只有24MHz，串口方式0的時鐘頻率只有fosc/12=2MHz，所以74HC595完全勝任；由于74HC595輸出高電平時每個管腳的驅(qū)動電流只有20mA，而每個LED發(fā)光管的驅(qū)動電流也是20mA，要是8個發(fā)光管同時輪流點亮的時候瞬間電流必定大于20mA，所以我們采用是采用吸收電流的方式直驅(qū)LED發(fā)光管。 2.3 行驅(qū)動電路 本設(shè)計采用的是行驅(qū)動電路，主要是將輸入的信號通過3/8譯碼器譯碼后，再通過TIP127擴流以驅(qū)動LED點亮，然后再進行行掃描來達到動態(tài)顯示的目的。 2.3.1 電路的設(shè)計89S51單片機P2口低4位輸出的3條行選信號和2條使能信號，通過74LS244八位數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)緩沖調(diào)整后，再將數(shù)據(jù)送往3/8譯碼器74LS138譯碼的輸入端，生成8條行選通信號線，接入一10K的電阻，再接入TIP127的基極，當TIP127導(dǎo)通后再去驅(qū)動對應(yīng)的行LED顯示。其硬件電路如（圖2.6）所示： 圖2.6 74LS138譯碼擴流電路 2.3.2 3—8線譯碼器74LS138 我們前面的列驅(qū)動電路里面只是用了單片機的串口跟P3口，還剩下P0口以及P1口可以直接接到8個LED的行選端，但是為了整個大屏幕方便以后擴展控制，以及防止直接驅(qū)動損壞單片機以及隔離外界干擾信號，所以使用了74LS138這個3—8譯碼器作為行選通的芯片。 74LS138譯碼器的引腳圖，邏輯圖及真值表如下（圖2.7）、（表2.1）所示：   圖2.7 74LS138的外部引腳圖以及內(nèi)部原理圖表2.1 3線-8線譯碼器74LS138的真值表 由上看以看出，只要在信號輸入端A，B，C輸入特定組合的1、0的組合序列，就可以在輸出端輪只有一個流輸出低電壓0，這樣我們就可以有選擇的控制行電路。 2.3.3 大電流達林頓管TIP127 TIP127是一種大功率的PNP型達林頓管，其主要目的在于LED的列驅(qū)動電路做擴流作用。我們知道按每一LED器件20mA電流計算，64（8*8）個LED同時點亮?xí)r，需要1280mA即1.28A電流，所以選用TIP127作為驅(qū)動管，它的最大工作電流可達10A，所以不需要加散熱既可穩(wěn)定工作。它的原理圖如下（圖2.8）所示： 圖2.8 TIP127的內(nèi)部原理圖 2.3.4 位數(shù)據(jù)緩沖器74LS244 我們?yōu)榱烁綦x外界的干擾信號，使用了74LS244八位數(shù)據(jù)緩沖器。因為任何時候74HC595里面的數(shù)據(jù)是不確定的，只要顯示屏只要稍微有一點外界干擾，導(dǎo)致74LS138使能端E變低， 74LS138就是會有輸出信號的（通過它的真值表可以看到全0全1都有一行是被選中輸出低電位的），TIP127被電阻拉到高電平這樣顯示屏就顯示一些不確定的圖案，就不符合我們的設(shè)計要求了。74LS244是一個常用的八緩沖器，它的管腳圖以及控制表如（圖2.9）所示： 圖 2.9 74LS244的外部管腳圖及門控制端的真值表 2.4 LED點陣屏的輸入輸出端口 對于整個LED點陣屏，從單片機的I/O口輸入時，是先接入到74HC244的，為的是讓數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。因為考慮到當需要多個這樣的顯示8位漢字的LED點陣屏顯示時，必須將幾個這樣的LED點陣屏級連。所以每個LED點陣屏都留有輸出端。其電路如（圖2.10）： 圖2.10 級聯(lián)端口 U1:5代表高低位138的G2B，U2:4-5代表低位138的G2A和G2B, U1:4代表高低位138的G2A,高位138的G1已接高電平，而低位138的G1用U2:6來表示。 圖2.11 LED屏的輸出端口 圖 2.12 LED屏的輸入端口 2.5 小結(jié) 本章介紹了硬件的連接方法以及原理，并且包含了部分電路圖，此電路已經(jīng)試驗證明可以顯示漢字信息，并且可動態(tài)顯示，其中運用了74HC595以及74LS244芯片，74HC595的功能是串入并出，并且?guī)в墟i存和移位的功能；而74LS244的作用就是完全屏蔽掉外界的干擾，只有單片機發(fā)出的正確的信號才被它選擇通過，一般的電路干擾，電磁干擾不會對顯示屏造成亂碼。而行驅(qū)動則是使用了3－8線譯碼器74LS138驅(qū)動TIP127大功率達林頓管。如果用單片機直接連接LED點陣，引腳不夠，同時驅(qū)動能力也不行，而用了這個譯碼器，可以節(jié)省引腳，并且方便以后擴展。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 顯示屏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，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。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)動程序負責向點陣屏傳送特定組合的顯示數(shù)據(jù)，并負責產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動程序由顯示子程序?qū)崿F(xiàn)，系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）由系統(tǒng)初始化程序完成，顯示效果處理等工作，則由主程序通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)。 3.1 顯示驅(qū)動程序 然后顯示驅(qū)動程序查詢當前燃亮的行號，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，等數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后輸出74HC595的鎖存信號，將顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，并打開顯示。圖3.1為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。 圖3.1 顯示驅(qū)動程序流程圖 3.2 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)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，端口以及一些參數(shù)；然后分屏顯示“懷化學(xué)院物電系！，劉小敏的畢業(yè)設(shè)計”；關(guān)閉屏3秒鐘，再靜止顯示“懷化學(xué)院物電系！”停留約3秒，接著開始左跑馬滾動顯示“懷化學(xué)院物電系！，劉小敏的畢業(yè)設(shè)計”。設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。圖3.2是系統(tǒng)主程序的流程圖。 圖3.2 系統(tǒng)主程序流程圖 3.3 部分源程序3.3.1 主程序 以下是32x64點陣LED電子顯示屏的源程序，采用C語言編寫，在Keil μVisionV3[11]的編譯環(huán)境下測試通過，并通過了硬件的測試。 main() { uchar i,*k1,*k2,m=0; uint j=0; end=0; enh=0; a=0; b=0; c=0; k1=shu; k2=shu; while(1) { sring(k1,k2); mDelay(1); enh=0; } } 3.3.2 分屏顯示 該分屏方法是，將我做的字體庫分成兩個部分，然后在主程序中先調(diào)用第一個字體庫，通過一段時間的延時后，再調(diào)用第二個字體庫，然后循環(huán)調(diào)用即可實現(xiàn)分屏顯示。 3.3.2 移送數(shù)據(jù)子程序 void fachar(uchar i,uchar m) // 送上下兩行的8位數(shù)據(jù) { uchar j; for(j=0;j<8;j++) //移8次 { sclk=0; datal=(bit)(0x80&i); //8位數(shù)據(jù)依次與0X80相與 datah=(bit)(0x80&m); sclk=1; i=i<<1; //一位一位的移送數(shù)據(jù) m=m<<1; } } 3.3.3 發(fā)字模數(shù)據(jù)子程序void fachars(uchar *zima,uchar *zima1) { uchar i; lclk=0; for(i=0;i<4;i++) //每行送4個漢字 { fachar(*(zima+i*32),*(zima1+(i+4)*32)); //送上下兩行的前16個數(shù)據(jù) fachar(*(zima+1+i*32),*(zima1+1+(i+4)*32)); //送上下兩行的后16個數(shù)據(jù) } /* for(i=0;i<8;i++) { fachar(*(zima++)); }*/ } 3.3.4 輸出行號及138使能子程序 void sring(uchar *zima,uchar *zima1) { uchar i; end=0; //打開138進行譯碼 enh=0; for(i=0;i<8;i++) { fachars(zima,zima1); //發(fā)送列數(shù)據(jù) end=1; P3=((P3&0xf8)|i); //進行行掃描 lclk=1; end=0; mDelay(1); zima+=2; zima1+=2; } enh=1; end=1; for(i=0;i<8;i++) { fachars(zima,zima1); end=1; P3=((P3&0xf8)|i); lclk=1; end=0; mDelay(1); zima+=2; zima1+=2; } } 3.3.5 漢字左移子程序 圖3.3 漢字左移流程圖 3.4 字模提取 該軟件中顯示的字體都是通過專門的漢字提取軟件來實現(xiàn)的。該軟件名為字模提取V2.1CopyLeft By Horse 2000.其提取方法為在漢字輸入?yún)^(qū)輸入你所需要的漢字后（可輸入多個字體），同時按下CTRL+ENTER，然后在“取模方式”菜單中選取“C51格式”，再在“修改圖象”菜單下選取“黑白反顯圖象”。這時點陣生成區(qū)則會出現(xiàn)相應(yīng)字體的漢字代碼。起操作界面如下： 圖3.4 字模提取軟件界面 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是做電子產(chǎn)品設(shè)計的一個很重要的部分，一般調(diào)試分為硬件部分和軟件部分。硬件的調(diào)試主要是分析自己所設(shè)計的電路是否是正確的，同時檢查電路是否短路，開路以及元器件是否焊接正確，調(diào)試的時候可以分塊檢測。而軟件調(diào)試主要通過編程看是否能夠達到自己預(yù)期的想法，同時也要注意程序的簡潔和優(yōu)化，調(diào)試的時候可以通過先寫個小程序一步一步去實現(xiàn)它。 4.1 硬件調(diào)試本設(shè)計硬件部分的調(diào)試主要是根據(jù)實物（8位LED點陣屏）來弄清其具體結(jié)構(gòu)和工作原理。在整個硬件調(diào)試中，我們主要以幾個核心IC為突破點，從74HC595的特性可知其傳送的是顯示的數(shù)據(jù)，而74HC244則是將輸入的數(shù)據(jù)進行緩沖處理防止干擾，對于74HC138及TIP127組成的擴流譯碼電路中則知是進行行掃描。在硬件調(diào)試過程中還遇到了屏幕閃動的問題，后來考慮到單片機的處理速度，原因可能是掃描的過慢了，故將12M晶振改為24M,其后的顯示效果得到了明顯的改善。 4.2 軟件調(diào)試 在軟件的調(diào)試中，我首先是寫了一個一行顯示的小程序，可以后我接著寫了兩行顯示的程序，但發(fā)現(xiàn)第二排的漢字前八個字節(jié)沒問題，而后八個字節(jié)出現(xiàn)了亂碼。因為移數(shù)據(jù)的地方是通過了的，所以從中可以分析是送漢字代碼的地方出錯了，后來查出果然是送漢字代碼的指針搞錯了。還有在分屏顯示的時候我本來采用一個字庫來做成分兩個字庫顯示，用一個變量來改變字的顯示，并建立了一個標志位，但出現(xiàn)了一個用什么改變作為標志位變化的問題，考慮至此我采用了最基本的方法是建立兩個庫，然后在主程序中分別調(diào)用的方式來解決的。 5 結(jié)論 本文通過設(shè)計單片機控制單色LED顯示屏的方法，對LED顯示模塊單元如何進行行列信號控制及信號傳輸中的驅(qū)動問題進行了研究。介紹了硬件的原理以及連接的方法，軟件的設(shè)計流程，經(jīng)焊接并調(diào)試后可以正常顯示漢字、圖片信息，并且可動態(tài)顯示。 硬件部分的設(shè)計保證了點陣的正常工作。列驅(qū)動電路中的74HC595實現(xiàn)了串入并出，并且?guī)в墟i存和移位的功能；而74LS244則是防止外界的干擾會對顯示屏造成亂碼。行驅(qū)動電路使用了3－8線譯碼器74LS138驅(qū)動TIP127大電流低電阻的N溝道場效應(yīng)管，因為如果用單片機直接連接LED點陣，引腳不夠，同時驅(qū)動能力也不行，而用了這個譯碼器，可以節(jié)省引腳，并且方便做大屏幕的時候擴展。 軟件部分的設(shè)計跟硬件完美配合實現(xiàn)漢字、圖形的顯示。通過LED點陣顯示原理，我們知道只要合理的安排行選信號以及列信號同時導(dǎo)通的組合順序就可以顯示任何的圖形、文字。軟件的設(shè)計就是完成將漢字點陣數(shù)據(jù)通過一些特殊的算法調(diào)整，得到跟LED點陣相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)以及控制信號傳送到LED點陣屏，來實現(xiàn)預(yù)期的顯示效果。 但本設(shè)計同時也存在著一些問題。在硬件方面，整個屏幕上會存在一些LED不是很亮，還有信號容易受到外界的干擾，屏幕會有些跳動，所以很應(yīng)該加強硬件抗干擾的能力。在軟件方面，顯示的方式比較單一，還可以考慮其他種顯示方式，如上下移動，向右移動，以及從中間向四周擴散的移動方式。 參考文獻- 李華等編著·MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：234~236．
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附錄A實物顯示效果圖： 圖A 單片機主控制部分 | 
