点阵led多功能系统设计与制作_单片机论文设计(编辑修改稿)

点阵led多功能系统设计与制作_单片机论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

I/O资源。 为解决静态显示占用较多 I/O 资源的问题，在多位显示时通常采用动态显示方式，动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起，由一个 8 位的输出口控制，每位数码管的公共端分别出一位 I/O 线控制。 显示不同数码时，由位线控制各位轮流显示。 位线控制某位选通时，该位应显示数码的段码同时加在段码线 4 上，即每一时刻仅仅有一位数码管是被点亮的，当轮流显示的速度较快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，看起来就像所有位同时显示一样，这时，我们就能看到稳定的图像了 点阵显示 原理 点阵显示器实际上就是 LED 显示器，构成显示器的所有 LED 都依矩阵形式排列。 从内部结构看，点亮 LED 的方法就是要让该 LED 所对应的 Y线、 X 线加上高、低电平，使 LED 处于正向偏置状态。 使用多行扫描的方式，可以实现很多动态效果，点阵显示器常采用扫描法，扫描方式包括：行扫描和列扫描。 行扫描就是控制点阵显示器的行线依次输出有效驱动电平，当每行行线状态有效时，分别输出对应的行扫描码之列线驱动该行 LED 点亮。 列扫描控制列线依次输出有效驱动电平，当第 n列有效时，输出列扫描至行线，驱动该列 LED 点亮。 行扫描和列 扫描都要求点阵显示器依次驱动一行或一列（ 8个 LED）。 具体就 8ｘ 8的点阵来说，把所有同 1行的发光管的阳极连在一起，把所有同 1 列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第8 行之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。 当这样轮回的速度足够快（每秒 24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。 3 系统硬件部分设计 硬件电路大致上可以分 成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。 单片机系统及外围电路 单片机采用 89C51 或其兼容系列的芯片，采用 24M 或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。 单片机的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。 P1 口低 4位与行驱动器相连，送出行选信号； ~ 口则用来发送控制信号。 P0 和 P2口空着，在有必要时可以扩展系统的 ROM 和 RAM。 列驱动电路 列驱动电路由集成电路 74HC595 构成，它具有一个 8位串入并出的移位寄存器和一个 8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输 出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。 5 74HC595的外形及内部结构如图 2所示。 它的输入 侧有 8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。 引脚 SI 是串行数据的输入端。 引脚 SCK 是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SI 的下一个数据打入最低位。 移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。 RCK 是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。 引脚 G 是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高阻态。 SCLR 信号是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。 由于 SCK 和 RCK 两个信号是互相 独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。 芯片的输出端为 QA～ QH，最高位QH可作为多片 74HC595 级联应用时，向上一级的级联输出。 但因 QH 受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了 QH’ ，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。 图 31列驱动及控制 6 行驱动电路 单片机 P1 口低 4位输出的行号经 4/16 线译码器 74LS154 译码后生成 16 条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。 一条行线上要带动 16 列的 LED进行显示，按每一 LED器件 20mA 电流计算， 16个 LED 同时发光时，需要 320mA电流，选用三极管 8550 作为驱动管可满足要求。 图 32 行控制及驱动 7 单片机最小系统电路 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 RST引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us才能完成复位操作。 图 33复位信号的电路逻辑图 整个复位电路包括芯片内、外两部分。 外部电路产生的复位信号 (RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 4（ a） 所示。 这佯，只要电源 Vcc的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中，按键电 平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 4（ b） 所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的， 其电路如图 4（ c）所示： （ a） 上电复位 （ b）按键电平复位 （ c）按键脉冲复位 图 34复位电路 8 上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2个机器周期。 电源 电路 图 35电源电路 4 系统软件部分设计 这部分重点介绍主程序和显示驱动程序的设计和要求。 系统主程序开始以后 ，首先是对系统环境初始化，包括设置串口、定时器、中断和端口； 接着自左到右 以 “ 滚动 ” 效果显示 班级姓名 ，停留约 ；，由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统程序不断的循环执行上述显示效果。 LED 显示屏硬件电路只要硬件质量可靠，引脚焊接正确，一般无需调试即可 正常工作。 软件部分需要调试的主要有显示屏刷新频率及显示效果两部分。 显示屏刷新率由定时器 T0的溢出率和单片机的晶振频率决定。 从理论上来说， 24Hz 以上的刷新频率就能看到稳定的连续的显示，刷新率越高，显示越稳定，同时刷新频率越高，显示驱动程序 占用的 CPU 时间越多。 试验证明，在目测条件下刷新频率 40Hz 一下的画面看起来闪烁较严重，刷新频率50Hz 以上的已基本察觉不出画面的闪烁，刷新频率达到 85Hz 以上时再增加画面闪烁没有明显的改善 显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。 根据软件分层次设计的原理，我们可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。 显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成 LED 显示屏的扫描显示工作。 显示驱动程 序由定时器 T0 中断程序实现。 9 系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。 从有利于实现较复杂的算法（显示效果处理）和有利于程序结构化考虑，显示屏程序适宜采用 C语言编写。 显示驱动程序 显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 T0 重新赋初值以保证显示屏刷新率的稳定， 1/16 扫描的显示屏的刷新率（帧频）的计算公式如下： )65 53 6(12161161 00 tfT o s c  溢出率刷新率（帧频） 其中 fosc为晶振频率， t0为定时器 T0初值（工作在 16 位定时器模式）。 然后显示 驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。 为消除在切换行显示数据的。