1、摘 要隨著LED顯示屏技術的成熟、成本降低、以及安裝使用方便等特點，LED顯示屏得到了越來越廣泛的應用。由于LED顯示亮度不隨外界環境光而改變，存在白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目的問題。設計一個環境光自適應LED顯示屏具有實際的意義。本文介紹一種實現LED顯示屏隨著環境的光照強度改變其亮度的控制系統。該系統以STC89C52單片機為主控制器，使用電流型傳感器ON9658對環境光照強度進行采集，通過AD0809模數轉換器將采集到的數據進行轉換，送到單片機進行處理。通過采樣值判斷8*8LED顯示屏亮度，避免了白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目。單片機采用全局使能PWM方法控制脈寬的調制方法來實現LED

2、顯示屏亮度控制，也就是周期性改變電流脈沖寬度(即占空比)從而改變改變LED燈管的平均電流，從而改變顯示屏的亮度。該設計實現了自動調整LED顯示屏亮度和人為手工調節其亮度的功能，并且能夠顯示LED顯示屏的亮度值。文中介紹了系統的設計方案和工作原理，詳細闡述了系統各個模塊（單片機控制模塊、光照強度采集模塊、數據處理模塊、驅動模塊等）的軟硬件實現方法，包括主要元器件介紹；電路模塊的設計說明；軟件設計流程。文中提供了測試數據，總結了系統實現的功能，分析出不足，并提出了展望。關鍵詞：STC89C51單片機；環境光自適應；PWM；LED顯示屏；ON9658AbstractWith the maturity

3、 of the LED（light emitting diode）display technology, cost reduction, as well as to install and easy to use features, LED display has been widely used. As the LED display brightness does not vary with outside ambient light changes, there are daytime show is unclear or night due to too bright and dazz

4、ling, the design of an Ambient Light Adaptive LED display real meaning. This paper describes a LED display to change its brightness with the light intensity of the environment control system. The system controller mainly to STC89C52 microcontroller, using the current sensor ON9658 collection of ambi

5、ent light intensity, will be collected by the AD0809 analog-to-digital converter to convert the data sent to the microcontroller for processing. 8 * 8LED display brightness by sampling the value judgment to avoid the daytime show is unclear or night due to too bright and dazzling. Microcontrollers i

6、n the global enable PWM control pulse width modulation method to achieve the LED display brightness control, cyclical changes in the current pulse width (duty cycle) to change to change the average current of the LED lamp, thereby changing the display brightness. The design automatically adjust the

7、LED display brightness and man-made manually adjusting the brightness, and be able to display the value of the brightness of the LED display. This paper describes the design and working principle of the system. Described the various modules of the system (MCU control module, the light intensity acqu

8、isition module, data processing module, drive module, etc.) in detail. hardware and software implementation, including the introduction of the main components; circuit module design Notes; the software design process. Provided test data, summed up the system to achieve a lack of, and raised the pros

9、pect.Key words：STC89C51; ambient light adaptive; PWM; LED display目 錄引言.11 課題背景.11.1 LED顯示屏現狀. .11.2 研究的目的和主要內容.22 系統的硬件設計.22.1 數據采集模塊.32.1.1傳感器的選擇.42.1.2傳感器應用設計.52.2 模數轉換模塊.52.2.1模數轉換的選擇.52.2.2模數轉換電路.62.3 按鍵模塊.72.4 主控制器模塊.72.4.1主控制器選擇.72.4.2主控制器應用設計.82.5 LED顯示屏及其驅動電路.92.5.1LED顯示屏簡介及應用設計.92.5.2列行驅動簡介

10、及應用設計. 103 系統硬件的調試.123.1 調試過程.123.2 調試過程遇到的問題及解決辦法.134 軟件設計.144.1自適應與手動調節.144.2 按鍵處理程序.154.3 數據采集處理.175 數據的測試.195.1傳感器輸出數據的測試.195.2 LED顯示屏電流的測試測量.206 結論.22謝 辭. 23參考文獻. 24附錄一.25附錄二.26引言50年代人們已經了解半導體材料的基本知識，其應用也逐步走入人們的視野。第一個商用發光二極管產生于七十年代，它的基本結構是一塊電致發光半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材

11、料和器件工藝技術研究的前沿課題。因為LED顯示屏的應用對環境的適應性比較高，隨著人們對LED顯示屏的需求越來越大，人們對其要求也會越來越高。材料、技術的成熟及市場價格的基本均衡之后，LED顯示屏的標準化和規范化將成為LED顯示屏發展的一個新趨勢。近幾年業內的發展，市場競爭是以價格作為主要的競爭手段，幾番價格回落調整達到基本均衡，產品質量，系統的可靠性等將成為主要的競爭因素，設計的LED顯示屏自適應具有很好的應用價值，可以減少LED顯示屏給人們生活帶來的光污染，也可以節約能源。LED 顯示屏與LCD、PDP 等同類平板顯示產品一樣, 近年的發展增長比較快。LED顯示屏因其性能穩定, 使用壽命長、

12、功耗較低、價格相對適宜等特點。LED 顯示屏的關鍵控制技術隨著新型大規模集成電路的開發將有新的提高, CPLD、DSP、FPGA 等在顯示屏領域已得到應用，在今后的市場發展中將會更趨成熟。中國發展LED起步于七十年代，相對于國外來說產品方面是處于落后的，特別是在工藝方面。產業出現于八十年代。全國約有100多家企業，95%的廠家都從事后道封裝生產，所需管芯幾乎全部從國外進口。工藝的落后只有通過加強自主研發的能力才能真正振興民族產業。通過幾個“五年計劃”的技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術,使中國LED顯示屏領域的生產技術已向前跨進了一大步。1 課題背景1.1 LED顯示屏現狀我國

13、的LED顯示屏產業經過幾年的發展，基本形成了一批具有一定規模的骨干企業。LED 顯示屏產業的在我國形成和發展主要從90年代開始。隨著國民經濟的快速增長和商業繁榮, LED 顯示屏作為信息顯示手段, 在購物引導和廣告宣傳方面發揮了積極作用。證券投資、期貨交易的迅猛發展, 再度引發了LED 顯示屏的大幅度需求。我國 LED 顯示屏的發展現狀產業發展初具規模。LED 顯示屏的應用涉及社會經濟的許多領域，大街小巷隨處都可以看見。主要包括：證券交易、金融信息顯示。這一領域的 LED 顯示屏占到了前幾年國內LED顯示屏需求量的 50% 以上，目前仍為 LED 顯示屏的主要需求行業。金融營業機構廣泛使用了

14、LED 顯示屏；機場航班動態信息顯示。民航機場建設對信息顯示的要求非常明確， LED 顯示屏是航班信息顯示系統的首選產品；港口、車站旅客引導信息顯示。以 LED 顯示屏為主體的信息系統和廣播系統、列車到發揭示系統、票務信息系統等共同構成客運樞紐的自動化系統；體育場館信息顯示。 LED 顯示屏已取代了傳統的燈泡及 CRT 顯示屏；道路交通信息顯示,智能交通系統的興起，在城市交通、高速公路等領域， LED 顯示屏作為可變情報板、限速標志等，替代國外同類產品，得到普遍采用；調度指揮中心信息顯示。電力調度、車輛動態跟蹤、車輛調度管理等，也在逐步采用高密度的 LED 顯示屏。郵政、電信、商場購物中心等服

15、務領域的業務宣傳及信息顯示。遍布全國的服務領域均有國產 LED 顯示屏在信息顯示方面發揮作用。廣告媒體新產品。除單一大型戶內、戶外顯示屏做為廣告媒體外，國內一些城市出現了集群 LED 顯示屏廣告系統。在LED顯示屏廣泛使用的情況下，LED顯示屏環境光自適應的探索具有一定的意義和價值。1.2 研究的目的和主要內容設計的環境光自適應LED顯示屏來解決生活中LED顯示屏給我們的生活帶來負面影響。由于LED顯示亮度不隨外界環境光而改變，存在白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目的問題，白天和夜晚不同的時間和地點環境的亮度變化極大，如果LED顯示屏的播放亮度大于環境亮度60%我們就明顯感覺眼睛的不適應，也就會造

16、成嚴重的光污染。通過傳感器對戶外光照強度采集系統。主控制器通過對模數轉換的值進行讀取處理，從而控制顯示屏行列驅動來適應該環境下顯示屏的亮度。 設計中的環境光傳感器ON9658對的環境光感應產生的電流，通過負載1K電阻轉換成電壓信號，模數轉換AD0809通過對電壓信號進行轉換，主控制器STC89C52讀取模數轉換AD0809的值。主控制器對采樣值進行處理，然后通過譯碼器74HC138和功率放大器74HC4953對LED顯示屏發光二極管的陽極電流驅動來控制亮度，主控制器通過SPI方式對74HC595進行來控制LED顯示屏的陰極。程序通過全局PWM方式來調節流過LED顯示屏中發光二極管的電流大小，從

17、而控制顯示屏上的亮度，并且把LED顯示屏的亮度值顯示在LED顯示屏上。并且通過按鍵掃描方式來手動調節LED顯示屏的亮度，滿足不同人對屏幕光感應的不同而對屏幕亮度調整的需求.2 系統的硬件設計系統硬件主要由環境光采集模塊、模數轉換模塊、主控制器模塊、按鍵模塊和LED顯示屏行列驅動模塊組成。其電路圖如圖2.1所示。本設計是通過傳感器對環境光強度進行采集，然后通過模數轉換把采樣的電壓值轉換成單片機能識別的數字信號，然后由主控制器處理模數轉換的電壓值，通過程序對采樣值的處理和判斷，最后分析其大小并且對顯示屏的行列驅動進行控制，通過控制LED顯示屏中發光二極管的電流的平均值，從而控制和調節LED顯示屏的

18、亮度。并且把亮度值顯示在LED顯示屏上。硬件設計中包括了通過手動調節LED顯示屏亮度的功能，通過主控制器對按鍵管腳進行掃描來判斷和選擇需求的亮度，最后通過程序對顯示屏的行列驅動進行相應的操作，同樣也控制其亮度。其中復位電路和晶振電路是包含在單片機的最小系統里面的最基本的部分。復位電路包括上電復位和按鍵復位，晶振電路為單片機提供6MHz的時鐘，同時為模數轉換提供經過6倍頻的時鐘信號。本章節內容詳細介紹了環境光采集模塊、模數轉換模塊、主控制器模塊、按鍵模塊和LED顯示屏行列驅動模塊的方案選擇、電路設計、芯片簡介以及操作流程等按鍵傳感器主控制器數模轉換列驅動行驅動LED顯示屏圖2.1 系統硬件框圖2

19、.1 數據采集模塊選擇的傳感器須對環境光照強度進行采集。ON9658是一個光電集成傳感器，典型入射波長為p=520nm，內置雙敏感元接收器。可見光范圍內高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。通過對該傳感器加入反向電壓，傳感器處于反偏狀態，在反偏狀態下，傳感器中的反向電流將隨入射光強度而變化，R是傳感器輸出電流的負載電阻，在R上可取出隨入射光照強度變化的信號，光照強度越強，反向電流越大取出的電壓信號越大，適合電視機、LCD 背光、數碼產品、儀器儀表、工業設備等諸多領域的節能控制、自動感光、自適應控制。2.1.1傳感器的選擇以下是選擇ON9658的原因以及其參數。其額定參數如表2.1所示：表2.1

20、ON9658傳感器額定參數表參數名稱符號額定值單位輸入電壓Vdd2.4-12V功率損耗P150mW工作溫度范圍Topr.-20 to +75存儲溫度Tstg.-40 to +120焊接溫度Tsol.260在光線很弱的情況下暗電流小，對低光照響應，靈敏度高，電流隨光照度增強呈線性變化；內置雙敏感元，自動衰減近紅外，光譜響應接近人眼函數曲線；內置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩定性好；可見光透過，紫外線截止、近紅外相對出：其工作電壓范圍寬，可以直接與整個系統共同使用5v的電壓，使得設計簡單；工作溫度范圍為-20到+75完全能適合環境要求，光電參數如下

21、表2.2所示：從表2.2中可以看出在Vcc=5V、R=1K、Ta=25條件下，其對入射波長為520nm的環境光進行采集，其產生的為電流型參數。表 2-2 光電參數參數名稱符號測試條Vcc=5V,R=1K,Ta=25最小值典型值最大值單位典型入射波長p-520-nm靜態電流IDEv=0Lux,00.034uAEv=5Lux58人眼函數、硅光器件、照度傳感器光譜曲線對照如圖2.2所示：圖 2.2 人眼函數、硅光器件及傳感器函數如圖2.2所示：橫軸為波長，縱軸為光譜感應度。在Y軸上往下數第一條為人眼對自然環境中波長的感應強度分布；第二條為照度傳感器對自然環境中波長的感應強度分布；而第三條為硅光器件對

22、環境中波長的感應強度分布。從圖中看出來人眼對自然環境光波長為550nm感應的最靈敏，也就是人眼的視覺基本集中在550nm的附近，然而傳感器ON9658對波長為520nm的環境光進行采集，從圖2中可以看出，傳感器對環境光的感應與人眼對環境光的感應波長有一些差別，但是可以滿足課題對可見光的采集。基本滿足了采集模塊對環境光照強度采集的要求。2.1.2傳感器應用設計環境光傳感器ON9658光照強度與輸出電流曲線如圖2.3所示。光照強度(照度) 是物體被照明的程度，也即物體表面所得到的光通量與被照面積之比，單位是Ix(l勒克斯是l流明的光通量均勻照射在l平方米面積上所產生的照度)。夏季在陽光直接照射下，

23、光照強度可達6萬10萬lx，沒有太陽的室外0.1萬1萬lx，夏天明朗的室內1005501x，夜間滿月下為0.21x。如圖，隨著光照強度的增加，傳感輸出的電流成線性的增大。圖2.3 光照強度與輸出電流采集電圖如圖2.4。如圖，通過1K電阻對傳感器的電流信號進行電流轉換為電壓信號，直接送到AD0809對傳感器信號進行采集。 圖2.4 傳感器電路2.2 模數轉換模塊2.2.1模數轉換的選擇 系統需要把傳感器采集的模擬信號進行轉換成數字信號才能供單片機進行識別，在選擇傳感器的類別與型號的時候主要考慮到是整個系統對采集精度要求，所以選擇AD0809對傳感器ON9658輸出后電流信號轉換成的電壓信號進行采

24、集，其被內部功能如圖2.5所示： 輸出緩沖器邏輯控制電路比較器逐次逼近寄存器時鐘D/A轉換器D7-D0UsUi啟動轉換結束輸出允許圖2.5 AD0809內部結構圖ADC0809 模數轉換的原理是8位逐次逼近型A/D轉換器。包含了8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D 轉換器進行轉換。本系統只選擇IN0對信號進行模數轉換，三態輸出鎖器用于鎖存A/D 轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。AD0809的應用如圖2.6所示。選擇了AD0809模擬量輸入通道IN0

25、對傳感器輸入信號進行采集，A、B 和C 為地址選擇端口，所以直接全部接地。輸入信號電壓范圍是05V。傳感器采集的電流經過負載電阻轉換后的輸入電壓合適，可以直接采集。4條地址輸入和控制線,ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A、 B、C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道IN0的模擬量進轉換器進行轉換。START為轉換啟動信號。當ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉換；在轉換期間，START 應保持低電平。系統直接把ALE和START信號線連接在一個管腳來控制。EOC 為轉換結束信號。當EOC 為高電平時，表

26、明轉換結束；否則，表明正在進行A/D 轉換。OE為輸出允許信號，用于控制輸出鎖存器向單片機P0口輸出轉換得到的數據。OE1，輸出轉換得到的數據；OE0，輸出數據線呈高阻狀態。D7D0 為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線，由單片機ALE管腳經過6倍頻后提供，得到的是1MHz的時鐘信號，完全符合其要求的1.2MHz一下的時鐘信號要求。參考電壓VREF（），VREF（）分別接+5V和地。輸出信號直接連接主控制器的P0口進行讀取。圖2.6 AD0809應用電路圖2.3 按鍵模塊按鍵功能劃分如下表2.3所示：復位鍵包括上電復位和按鍵復位的功能。“+” 鍵和“-” 鍵分別通過上拉1K電阻設計為手動調節

27、LED顯示屏的亮度。表2.3按鍵占用端口及功能按鍵名稱占用端口功能描述復位鍵RET管腳實現單片機復位“+” 鍵INT0增加顯示屏亮度“-” 鍵INT1降低顯示屏亮度2.4 主控制器模塊主控制器是整個系統的核心部分，必須考慮到各個模塊能否協調工作和處理能力是否達到了設計要求。現在隨著LED顯示屏的廣泛應用，由于它的控制系統均是基于嵌入式微處理器的開發，加上LED顯示屏控制較復雜，特別是在如今LED顯示屏行業高速發展的情況下，對硬件的要求也是越來越高。CPLD、DSP、FPGA和單片機等都在LED顯示屏應用中得到使用。對于不同的場合有不同的需求，在如今考慮成本第一的時代，單片機在其領域也占有一席之

28、地。2.4.1主控制器選擇主控制器是一個系統的核心部分，選擇主控制器主要考慮其資源、價格、功耗、開發難易程度等多方面綜合考慮。設計采用主控制器選擇STC89C52單片機，該單片機是一種低功耗的8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash 存儲器。擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能： 8k字節Flash，512字節RAM，32 位I/O 口線。STC的單片機直接通過串口就可以下載，下載調試十分方便，編程用法與其他單片機都基本相同，STC的單片機速度更快！價格更低保密性更強！2.4.2主控制器應用

29、設計其功能一一列舉在下表2.4中，基本上使用了幾乎全部的I/O口，對于其各個功能使用將在主控制器電路部分進行詳細的說明。單片機在此形成總控制器作用，通過控制采集模塊和處理判斷來控制各個模塊的協調工作。其電路圖如圖2.7所示，電源為5V，晶振電路為單片機提供6MHz的時鐘信號，復位功能包括了上電復位了按鍵復位兩個功能。按鍵模塊接在P3.0和P3.1上面，通過上拉1K電阻來保持兩個管腳為高電平，當有按鍵按下的時候選擇按鍵值調節LED顯示屏亮度的功能。P2口直接連接AD0809，因為是只執行讀數據功能，所以不用上拉電阻。P2.4-P2.6為AD0809控制端口，通過單片機控制轉換的開始以及通過相應端

30、口的值來判斷轉換是否完成，如果完成轉換即可控制轉換的輸出，AD0809的模數轉換值讀取用來控制LED顯示屏。P1.0-P1.2為74HC138控制輸出端口，通過三個端口輸入到74HC138進行譯碼操作，譯碼值來控制74HC4953某個場效應管來控制顯示屏的列值輸出高電平使電流的放大，驅動LED顯示屏的二極管。P3.0、P3.1用來接相應STC89C52的下載器，通過相應的軟件把生產的hex程序下載到單片機flash里面，使用非常方便。ALE通過時鐘信號經過6倍頻輸出供模數轉換器的時時鐘信號來使用。通過Keil編程來組織單片機通過判斷管腳高低電平來判斷是否執行手動LED顯示屏亮度調節。表 2.4

31、 單片機引腳分配表MCU型號Pin腳名稱功能說明STC89C52P0.0-P0.7AD0809轉換后單片機讀書端口P1.0-P1.274HC138譯碼P1.3-P1.674HC595控制P2.4-P2.6控制AD0809P3.0、P3.1STC89C52下載口P3.2、P3.3按鍵選擇端口XTAL1、XTAL2晶振端口圖2.7 主控制器電路2.5 LED顯示屏及其驅動電路該模塊通過單片機通過P1.0-P1.2來控制74HC138來控制某一位的電壓為低電平，再經過74HC595對列信號進行電流放大構成列驅動來控制LED顯示屏的陽極（也就是列值）。通過P1.3-P1.6對74HC595寫行信號來控

32、制LED顯示屏的陰極，也就是SPI方式輸入。整個驅動通過調節74HC595的使能端OE全局使能PWM方法控制脈寬的調制方法來實現LED顯示屏亮度控制，也就是周期性改變電流脈沖寬度(即占空比)從而改變改變LED燈管的平均電流，從而改變顯示屏的亮度，進行環境光自適應LED顯示屏。2.5.1 LED顯示屏簡介及應用設計LED顯示屏分為動態和靜態顯示屏，操作原理都是通過行列掃描，只是動態要求的控制比較復雜，不同大小的顯示屏都是由很多小的模塊組成的。隨著要求的增加其控制的復雜度也增加。其由半導體發光二極管像素點均勻排列組成。現在,市場上銷售的LED顯示屏是很多企業利用相同的設計技術、方法、顯示模塊生產的

33、,但其性能差別比較大。顏色配比的不同,產生圖像效果差別就很大，模塊的掃描頻率、工作電流既影響亮度,又涉及到使用壽命等問題。因其內部電路如圖2.8所示，8*8點陣共需要64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應的二極管就亮；因此要實現一根柱形的亮法，對應的一列為一根豎柱，對不同的交叉點的控制就可以顯示不同的值。因為不同廠家的點陣管腳封裝不一樣，用萬用表的導通擋來測量本LED點陣的管腳結構，其管腳結構分布圖為2.9，上排為HG1A3FD0，下一排為46BC7E52。通過動態掃描顯示需要的值。通過行列驅動來控制LED顯示屏。圖2

34、-8 LED點陣內部結構圖2-9 LED點陣管腳圖2.5.2列行驅動簡介及應用設計列驅動是為LED顯示屏提過足夠的電流大小的電路，設計通過74HC138進行譯碼來控制74HC4953來控制LED顯示屏的列值。其使用電路圖如圖2.10所示：74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138譯碼器可接受3位二進制加權地址輸入（A0, A1和A2），并當使能時，提供8個互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。這樣就唯一控制某一列的LED顯示屏的電平。74HC138有3個使能輸入端，兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。設置E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。通過P1.0

35、、P1.1、P1.2三個端口來控制3位二進制加權地址輸入（A0, A1和A2）而進行譯碼。其譯碼的值分別接到74HC4953進行驅動LED顯示屏。譯碼輸出中只有某位為低電平，于是LED顯示屏上只有某一列為高電平，其余列為低電平，然后通過行的組合來顯示。圖2.10 74HC138電路圖由74HC4953構成的電流放大部分電路圖如圖2.11所示。每一LED顯示屏的發光二極管需要的電流是比較大的，如果直接使用單片機的管腳直接控制LED顯示屏的亮度，這樣的結果是電流太小，LED顯示屏里面的發光二極管不夠亮。所以必須添加驅動芯片達到LED顯示屏管的所需電流大小，每片74HC4953可以驅動2個顯示列，其

36、內部是兩個CMOS管，1、3腳VCC，2、4腳控制腳，2腳控制7、8腳的輸出，4腳控制5、6腳的輸出，只有當2、4腳為“0”時，7、8、5、6才會輸出“1”，否則輸出為高阻狀態。圖2.11 74HC4953電路圖該列驅動電路通過74HC138控制某一列位的電壓為“0”，當74HC4953控制端口為“0”時，其控制的相應輸出端口為高電平，通過74HC595控制行向量的電平就可以控制相應點的亮滅。通過行列的循環控制就可以顯示不同的值在LED顯示屏上面。圖2.12 74HC595電路圖設計中選擇串行輸入，并行輸出行驅動電路，通過SPI方式進行控制，不僅節約端口，而且電路更方便操作。74HC595電路

37、圖如圖2.12所示。74HC595是硅結構的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數據在SHcp的上升沿輸入到移位寄存器中，在STcp的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入（Ds），和一個串行輸出（Q7）,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態的總線輸出，當使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數據輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關斷狀態。三態。將串行輸入的8位數字，

38、轉變為并行輸出的8位數字。通過STcp、SHcp、Ds、和OE使能端來控制LED顯示屏的陰極。因為通過74HC4953放大的電流太大了，經過一段的時間就有發熱現象，通過串聯上一個100歐姆的電阻進行分壓，同時便于測試不同亮度情況下流過LED顯示屏發光二極管的電流大小。3 系統硬件的調試3.1 調試過程首先檢查線路的導通性，通過萬用表對照PCB圖進行比較各個管腳的連接是否良好，然后依次各個模塊的檢測是否正常工作。包括復位是否正常工作；ON9658傳感器模塊輸出的電流信號經過電阻的轉換的電壓信號是否隨著光照強度相應的產生變化，對環境光的敏感程度，以及輸出的電壓大小；AD采集模塊是否工作正常，對EO

39、C進行讀取來判斷AD工作情況；通過單片機給74HC138信號觀察其輸出結果是與真值表的譯碼相同；并且用萬用表測試74HC4953的輸入以及輸出是否與理論相同；通過74HC595來控制對串行輸入并行輸出的時序操作是否正常，通過測試管腳來判斷輸入與鎖存是否相同；通過LED顯示屏的陽極和陰極配合控制顯示屏的亮滅來判斷LED工作方式以及編寫適合的顯示的碼；最后，綜合各個模塊的程序通過按鍵和ON9658傳感器信號對整個模塊進行編程合理分配控制。3.2 調試過程遇到的問題及解決辦法（1）開始忽略了AD0809時鐘信號不能超過1.2MHz，使用了的是單片機12MHz晶振經過6倍頻供AD0809時鐘輸入信號使

40、用，其提供的時鐘信號為2MHz，對AD0809采集的時候有時候出現不穩定的現象。解決辦法有兩種：方法一是選擇晶振小一些的為單片機提供時鐘信號，如6MHz；方法二是在單片機倍頻信號輸出后再進行2倍頻。因為考慮到本課題硬件已經確定，本課題選擇了方案一來滿足AD0809對時鐘信號的要求。（2）當用萬用表對負載電阻的電壓信號進行采集，同時改變環境光照強度觀察其電壓信號的變化。在測試的時候，傳感器輸出信號對環境光的采集是隨著環境光的強弱變化很明顯，當強度大的時候輸出的電壓大，反之。但是在用AD對電壓信號進行采集的時候進行比較和判斷，單片機讀數是不斷變化的，初步判斷是因為電壓表測量的信號是輸入信號的平均值

41、，但是單片機采集的是實時的電壓值，通過給單片機編寫程序來觀察各個值并且測量觀察各個兩個閃爍信號的的邊界點。以此來判斷傳感器ON9658對穩定環境光的采集不是時刻都一樣的輸出值，而是間斷的受環境光中可見光的大小。通過以下兩種方法來判斷：方法一是通過給AD輸入固定的穩定電壓信號進行采集，觀察其采集結果與輸入之間的關系和采集的值會不會發生變化的。當給一個穩定的電壓時，單片機通過AD采集的信號是一個穩定大小的電壓信號，從而判斷傳感器輸入信號是一個有微笑波動的信號。方法二是通過示波器對輸入信號進行顯示，其結果如下圖3.1所示。通過圖3.1所示可以看出來，傳感器對環境光強弱的采集是有周期性的，在一個周期內

42、的值并不是都圖3.1 示波器采集傳感器信號相同的，而是有變化的，特別是在一個周期的開始階段其輸出的電流很大，所以必須對輸入信號進行處理才能正確處理相應環境光強度下LED顯示屏的亮度值。通過示波器對輸入信號在不同環境光強度下進行采集，其采樣周期是固定的，在軟件里面通過函數進行處理再進行判斷。如果不處理將會采集到的數據是時刻在變化的，影響數據的判斷，從而LED顯示屏會出現一閃一閃的現象，實踐也證明不處理的AD數據直接采集會出現一閃一閃的現象。所以在設計軟件的時候必須考慮在傳感器感應環境光的一個周期內進行。考慮到環境光的采集基本都是對人眼范圍內的可見光，所以可能是因為環境光的頻率問題而影響到環境光傳

43、感器的采集周期性問題，因為傳感器對波長為520nm的環境光感應最靈敏，通過示波器觀察其頻率f=2.577Hz，與環境無關。從而判斷是傳感器的自身的原因造成的。（3）對LED顯示屏調節亮度方法一的原理是流過LED顯示屏屏體的電流，一般LED燈管允許連續工作電流在20毫安左右，除了紅色管芯的LED燈有飽和現象外，其他LED燈管亮度基本上與流過的電流成比例；另一種方法是利用人眼的視覺惰性與視覺印象差，用脈寬調制方法來實現灰度控制，也就是周期性改變光脈沖寬度（即占空比），只要這個重復點亮的周期足夠短（即刷新頻率足夠高），人眼是感覺不到發光象素在抖動。由于脈寬調制更適合于數字控制，所以在普遍采用微機來提

44、供LED顯示屏體顯示內容的今天，幾乎所有的LED顯示屏都是采用脈寬調制來控制灰度等級的。單片機負責控制LED顯示屏上的若干行（列），而每一行上LED的顯控信號則用串行的方式傳送。通過測試必須保證其刷新率在人眼不能感覺到的時間內進行PWM調制。經過測試因為通過給予LED各個不同的延時，觀察其在能在人眼的識別范圍內，（即不產生閃爍）其最大的延時時間為8*15*T的時間，其中T約等于2us，可以把此區間平均分為8等份，從而控制LED顯示屏亮度來滿足對亮度的調整。（4）對傳感器信號輸出的電壓信號如何處理的問題，因為此傳感器對環境光的采集之后的電壓信號是一個比較寬的區間范圍，如果也是按照PWM方式平均分

45、區間，那樣對于現實的來說是不符合實際的，必須給LED顯示屏最高的亮度來顯示，在不同環境光照下觀察LED顯示屏最合適的亮度，從而測出其輸入值，依次為參考點依次往光照更低的地方進行測試。（5）在對課題要求中的把亮度值顯示出來的設計，因為在忽略了74HC595和74HC138對單片機P1口的使用情況下，添加了一個數碼管也使用P1口的資源，解決辦法有三種：方法一是對數碼管用一個鎖存器對輸出數碼管的數進行鎖存，然后送到數碼管顯示當前的亮度值；方法二是使用其他單片機端口來控制數碼管的值；方法三是拋棄了這個設計，把亮度值顯示在LED顯示屏上面。考慮到從重新做板對一些芯片的需求，本設計采用了方案三。4 軟件設

46、計4.1 自適應與手動調節既能實現環境光自適應也能實現對LED顯示屏的人為調節其亮度，其程序流程圖如下圖4.1所示。考慮到人為調節能符合不同人群的需求，人為調節肯定是具有更高的優先級，所以必須在人為調節的情況下屏蔽掉自動AD采集。該程序通過開始就判斷是否有按鍵按下，按鍵通過上拉電阻來判斷按鍵端口的高低電平。然后再延時去抖判斷按鍵是調亮還是調暗，進入按鍵調節的程序對LED顯示屏進行調節，當調節超過范圍的時候就返回主函數對AD進行采集。通過采集的數據對LED顯示屏進行控制。NY執行按鍵程序是否有按鍵執行AD采集處理按鍵計算顯示值處理采集值并判斷大小顯示相應的亮度值和效果開始返回圖4.1 數據處理模

47、塊流程圖 4.2 按鍵處理程序按鍵相對于環境光傳感器來說具有更高的優先級，其流程圖如圖4.2所示。在主程序開始就用一個if語句就可以進入按鍵控制語句，通過超出或者少于規定值的時候就跳出此循環語句。當有按鍵按下的時候一直進入到一個關于判斷按鍵控制的LED顯示屏亮度的控制程序。也就是一個while（1）語句中循環判斷以及顯示相應的數據，在此循環語句中不斷對按鍵進行掃描，掃描的時候必須進行按鍵延時去抖動處理，防止意外抖動或者按鍵一按下程序做多次處理的發生，通過按鍵的值做相應的賦值處理。在整個按鍵處理的循環程序中，因為設計的亮度值是1-9。最后通過switch語句判斷值進行顯示亮度值和顯示該亮度值下的亮度效果。必須在賦值語句中判斷其值是否超出規定的范圍，如果超出或者小于該的范圍，那么必須跳出此按鍵程序，進入到AD采集程序和處理程序，通過AD對環境光的強弱進行采集和處理，通過采集值自適應控制LED顯示屏的亮度和輸出其亮度值。NYNYNNNYYYN延時去抖動進入while語句按鍵0？=0Cont+Cont-根據Cont值判斷顯示屏亮度及亮度值Cont?=10Cont?=0跳出循環是否有按鍵執行AD采集程序按鍵0？=1Cont=5延時延時按鍵1？=1開始返回圖4.2 按鍵處理模塊流程圖4.3 數據采集處理數據采集和處理是在主控制器的通過傳感器對外界的信息獲取和使