1、編號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣廣告牌設(shè)計(jì)LED dot matrix billboard design based on singlechip學(xué) 生 姓 名專 業(yè)學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 教 師學(xué) 院二一五年六月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書1.本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣廣告牌設(shè)計(jì)，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在

2、文中注明。3在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)校可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！ 作 者 簽 名： 年 月 日摘要本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動(dòng)64×16的LED點(diǎn)陣顯示屏。利用其本身強(qiáng)大的功能，可以很方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸及存

3、儲(chǔ)，并能用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的變化，另一方面點(diǎn)陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于公共場所，所以本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本LED顯示屏能夠以動(dòng)態(tài)掃描的方式同時(shí)顯示4個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字，并能通過軟件修改顯示內(nèi)容和效果。把字符內(nèi)碼存儲(chǔ)在空閑的單片機(jī)程序存儲(chǔ)器空間，使本LED顯示系統(tǒng)能掉電存儲(chǔ)1024個(gè)字符。設(shè)計(jì)中采用了SPI接口的GB2312標(biāo)準(zhǔn)字庫。因?yàn)椴捎么袀鬏敺绞剑贡鞠到y(tǒng)的可擴(kuò)展性得到提升，便于多個(gè)顯示單元的級(jí)聯(lián)。本文從LED的顯示原理入手，詳細(xì)闡述了LED動(dòng)態(tài)顯示的過程以及硬件電路的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：LED 動(dòng)態(tài)顯示 單片機(jī) 點(diǎn)陣字庫 AT89C51AbstractThis design

4、uses AT89C51 MCU as a main controller， and depends on a simple external circuit to drive 64×16 the lattice LED display. By using its own powerful functions and capacity of internal E2PROM， it is easy to accomplish the MCU and PC and E2PROM for internal storage， data transmission equipment ，and

5、it also can be used conveniently to show a variety of content changes. The other dot matrix display is widely used in many public places. Therefore， the design has a strong practical application.The LED Display dynamic scan can show the way at the same time four 16 × 16 dot matrix Chinese chara

6、cters， and PC software can modify the content and effect shows. IAP used in the application of programmable technology， the characters within the code stored in the SCM free program memory space， so that the LED display system can store 1，024 brown-out characters. SPI used in the design of the inter

7、face standard GB2312 character. Because serial transmission used， so that the system can be enhanced scalability， for a number of display units of the cascade. This article from the start LED display principle， elaborated on the LED display dynamic process， as well as hardware circuit design.Key Wor

8、ds :LED;Dynamic display ;SCM ;Lattice library;AT89C51目錄摘要IAbstractII第1章 概述11.1 緒論11.2 本課題研究的目的、意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1第2章 主要元器件的概述32.1 AT89C51單片機(jī)的功能及其引腳32.2 74HC04逆變器的功能52.3 74HC595的引腳及其功能52.4 74HC154功能及其引腳72.5 LED的結(jié)構(gòu)及其用法7第3章 顯示原理及控制方式分析83.1 LED電子顯示屏的分類83.2 LED電子顯示屏概述83.3 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)103.4 LED動(dòng)態(tài)顯示原理113.5 LED常見

9、的控制方式113.6 設(shè)計(jì)方案論證133.6.1 顯示模式方案133.6.2 數(shù)據(jù)傳輸方案14第4章 電路設(shè)計(jì)154.1 電路設(shè)計(jì)框圖154.2 主電路設(shè)計(jì)154.3 鍵盤模塊設(shè)計(jì)154.4 驅(qū)動(dòng)模塊154.5 逆變電路164.6 16×16LED點(diǎn)陣顯示制作174.6.1 16×16LED點(diǎn)陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理174.6.2 用8×8LED點(diǎn)陣構(gòu)成16×16LED點(diǎn)陣184.7 LED顯示驅(qū)動(dòng)電路20第5章 字模生成215.1 字模簡介215.1.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實(shí)現(xiàn)技術(shù)215.1.2 軟件控制系統(tǒng)字模提取的分析與設(shè)計(jì)215.2 字模存儲(chǔ)技術(shù)

10、225.3 字庫生成23第6章 軟件設(shè)計(jì)246.1 程序設(shè)計(jì)總體思路和結(jié)構(gòu)246.2 各模塊程序設(shè)計(jì)246.2.1主程序設(shè)計(jì)246.2.2 鍵盤子程序設(shè)計(jì)246.2.3 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)25第7章 系統(tǒng)功能仿真277.1 仿真軟件簡介277.2 軟件仿真過程307.2.1 繪制原理圖307.2.2 導(dǎo)入程序307.3 系統(tǒng)整體功能仿真運(yùn)行結(jié)果32第8章 總結(jié)與展望33參考文獻(xiàn)34致謝35附錄36III第1章 概述1.1 緒論當(dāng)今社會(huì)在飛速發(fā)展無疑能源、健康、空間的利用，成了人們著重關(guān)注的對(duì)象。而在這個(gè)信息極速傳遞的社會(huì)，LED的出現(xiàn)給人們帶來了希望之光。LED的特色之處一是節(jié)能，二是基本無電離

11、輻射，三提高空間利用率。而這些特色又恰好解決了上述的三種問題。然而LED點(diǎn)陣顯示屏的特點(diǎn)不僅僅于此LED點(diǎn)陣顯示屏用的是數(shù)碼管，而數(shù)碼管具有實(shí)用，便宜等優(yōu)點(diǎn)。做出來的LED點(diǎn)陣顯示很耐用。LED點(diǎn)陣顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與LED顯示屏本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。LED點(diǎn)陣顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、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。1.2 本課題研究的目的、意義本設(shè)計(jì)能夠提高我們的動(dòng)手能力與解決實(shí)際問題的能力。 對(duì)于單片機(jī)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多與之相關(guān)的理論知識(shí)，但是我們還沒有機(jī)會(huì)來實(shí)際操作它，畢業(yè)設(shè)計(jì)給我們提供了

12、一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，讓我們更深入的去學(xué)習(xí)掌握它。使我們能夠掌握LED顯示屏的基本顯示原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì)LED顯示屏這個(gè)行業(yè)有了較為深刻的了解和認(rèn)識(shí)。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使我們對(duì)所學(xué)過的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。并且通過該設(shè)計(jì)課題掌握了51單片機(jī)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(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。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(huì)越來越緊缺。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國的LED技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還有一定的差距。因此，此課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國LED顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實(shí)與積極

13、的意義。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)光二極管（LED）是六十年代未發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件，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(jìn)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(jìn)入批量化和實(shí)用化。進(jìn)入八十年代后，LED在發(fā)光波長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顯示屏。LED顯示屏經(jīng)過多年發(fā)展，在國內(nèi)外的應(yīng)用趨于成熟化。它從最初的單基色顯示，經(jīng)過到雙基色，現(xiàn)在發(fā)展到全彩色階段。它們在社會(huì)上以得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)顏色趨多樣化，顏色由最初的紅色，發(fā)展到可以表現(xiàn)真實(shí)世界的各種色彩。如何在該顯示屏上更好地顯示各種字形，圖片，動(dòng)畫以及視頻，已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的

14、熱點(diǎn)。尤其是顯示效果的多樣化和顯示內(nèi)容的逼真化與細(xì)膩化，目前在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近95%。國際上LED 顯示屏的應(yīng)用范圍主要集中在戶外廣告、體育場館、交通和演出，另外包括展覽、租賃、集會(huì)等各種場合，估計(jì)其市場容量按照每年30%的增長速度在增加。目前，主要制造廠商集中在日本、北美、中國臺(tái)灣等國家和地區(qū)，我國大陸LED制造廠商出口的份額在其中微不足道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上就至少有150家廠商生產(chǎn)全彩屏，其中產(chǎn)品齊全，規(guī)模較大的公司約有30家左右，主要分布在美國、歐洲、日本、中國臺(tái)灣及大陸。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)信息傳播會(huì)有越來越高的要求。可以相信，LED電子顯示

15、屏?xí)云鋸?qiáng)大的優(yōu)勢，將在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演越來越重要的角色。我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級(jí)灰度、256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進(jìn)、達(dá)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(duì)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

16、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(huì)中，作為人機(jī)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(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會(huì)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。第2章 主要元器件的概述整個(gè)電路由單片機(jī)AT89C51，8個(gè)74HC595，1個(gè)74HC154，16個(gè)74HC04，4個(gè)16×16的LED。該電路所設(shè)計(jì)的電子屏可顯示多個(gè)漢字，需要4個(gè)16×16 LED點(diǎn)陣模塊，可組成16×64的條形點(diǎn)陣。2.1 AT89C51單片機(jī)的功能及其引腳AT89

17、C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案3。AT89C51引腳即外觀如圖2-1所示。圖2-1 AT89C51的管腳圖引腳說明：（1） VCC：供電電壓。GND：接地。（2） P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。

18、當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高電阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。（3） P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。（4） P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫

19、“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（5） P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于

20、上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 1 P3.0 RXD（串行輸入口）2 P3.1 TXD（串行輸出口）3 P3.2 /INT0（外部中斷0）4 P3.3 /INT1（外部中斷1）5 P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）6 P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）7 P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）8 P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。（6） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（7） ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字

21、節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。（8） /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。（9） /EA

22、/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。（10） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（11） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2 74HC04逆變器的功能逆變器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，74HC04的輸出是低電平有效，74HC04是六反相器，即一個(gè)集成塊上有六個(gè)反相器.輸入為高電平，輸出就為低電平，輸入低電平，輸出就為高電平.74HC0

23、4要比74LS04驅(qū)動(dòng)電流大.它有兩個(gè)作用，一個(gè)是高低電平的轉(zhuǎn)換，還有一個(gè)就是增加信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，信號(hào)一般都從MCU從發(fā)出，直接驅(qū)動(dòng)其他器件的能力不夠，中間加一個(gè)邏輯電路來增加驅(qū)動(dòng)能力。 74HC04是一個(gè)普通的非門，而74HC14是斯米特觸發(fā)器，是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。該器件既可以像普通“與非”門那樣工作，也可以接成斯密特觸發(fā)器來使用4。2.3 74HC595的引腳及其功能74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC NO.7A標(biāo)準(zhǔn)。具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器有相互獨(dú)立的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在SH_cp(移位寄存器時(shí)

24、鐘輸入)的上升沿輸入到移位寄存器中，在ST_cp(存儲(chǔ)器時(shí)鐘輸入)的上升沿輸入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入(Ds)，和一個(gè)串行輸出(Q7')，和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)(為低電平)，存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)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(guān)斷狀態(tài)。三態(tài)。輸出寄存器(三態(tài)輸出:就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。)可以直接清除 100MHz的移位頻率。將串行輸入的8位數(shù)字，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?位數(shù)字，例如控制一個(gè)8位

25、數(shù)碼管，將不會(huì)有閃爍。74HC595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用處，數(shù)碼管沒有閃爍感。74HC595是串入并出帶有鎖存功能移位寄存器，它的使用方法很簡單，在正常使用時(shí)SCLR為高電平，G為低電平。從SER每輸入一位數(shù)據(jù)，串行輸595是串入并出帶有鎖存功能移位寄存器。從SER每輸入一位數(shù)據(jù)，串行輸入時(shí)鐘SCK上升沿有效一次，直到八位數(shù)據(jù)輸入完畢，輸出時(shí)鐘上升沿有效一次，此時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)就被送到了輸出端。入時(shí)鐘SCK上升沿有效一次，直到八位數(shù)據(jù)輸入完畢，輸出時(shí)鐘上升沿有效一次，此時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)就被送到了輸出端3。74HC595

26、引腳即外觀如圖2-3 所示圖2-3 74HC595引腳圖表2-4 74HC595引腳說明符號(hào)引腳描述Q0-Q7第15腳，第1-7腳8位并行數(shù)據(jù)輸出，GND第8腳地Q7第9腳串行數(shù)據(jù)輸出MR第10腳主復(fù)位（低電平）SHCP第11腳移位寄存器時(shí)鐘輸入STCP第12腳存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入OE第13腳輸出有效（低電平）DS第14腳串行數(shù)據(jù)輸入VCC第16腳電源2.4 74HC154功能及其引腳74HC154為 4 線12 線譯碼器，當(dāng)選通端（G1、G2）均為低電平時(shí)，可將地址端（ABCD）的二進(jìn)制 編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。若將 G1 和 G2 中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端，由 ABCD 對(duì)輸出尋

27、址， 還可作 1 線16 線數(shù)據(jù)分配器。工作環(huán)境溫度為070，對(duì)社會(huì)的要求非常適合1 。圖2-4 74HC154引腳圖引腳說明：1-11、13-17 ：輸出端。（outputs (active LOW)）12：Gnd電源地。（ground (0 V)）18-19：使能輸入端、低電平有效。(enable inputs (active LOW)20-23：地址輸入端。(address inputs)24：VCC電源正。(positive supply voltage)2.5 LED的結(jié)構(gòu)及其用法LED，50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英

28、文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧7樹脂密封，即固體封裝，所以能起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時(shí)，由單片機(jī)取出第一行需要顯示的內(nèi)容經(jīng)延時(shí)一段時(shí)間后再進(jìn)行下一行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實(shí)現(xiàn)漢字或字符的顯示。第3章 顯示原理及控制方式分析3.1 LED電子顯示屏的分類（1） .按顏色分類：1 單基色顯示屏：單一顏色（紅色或綠色）。2 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級(jí)灰度、可以顯示6553

29、6種顏色。3 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。（2）.按顯示器件分類：1 LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 2 LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。（3）.按使用場合分類：1 室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般3mm-8mm，顯示面積一般零點(diǎn)幾至十幾平方米。 2 室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。 （4） .按發(fā)光點(diǎn)直徑分類：1 室內(nèi)屏：3mm、3.75mm、5mm

30、。 2 室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm。 室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度。 3.2 LED電子顯示屏概述LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體

31、連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。多個(gè) LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進(jìn)行顯示，即形成LED點(diǎn)陣圖文顯示屏。其主要特征是只控制LED點(diǎn)陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制LED的發(fā)光強(qiáng)弱。LED點(diǎn)陣的漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點(diǎn)陣（如16×16 點(diǎn)陣），將點(diǎn)陣文件存入ROM，形成新的漢字編碼；而在使用時(shí)則需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語句，再由MCU根據(jù)新編碼提取相應(yīng)的點(diǎn)陣進(jìn)行漢字顯示1。LED點(diǎn)陣顯示具有如下特點(diǎn)：（

32、1） 電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一種比使用高壓電源更安全的電源。（2） 效能：消耗能量比同光效的白熾燈減少80%。（3） 適用性：每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。（4） 穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50%。（5） 響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。（6） 對(duì)環(huán)境污染：無有害金屬汞。（7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。由于LED的眾多優(yōu)勢，在市場中得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)

33、用領(lǐng)域有：（1）、信號(hào)指示應(yīng)用：信號(hào)照明是LED單色光應(yīng)用比較廣泛也是比較早的一個(gè)領(lǐng)域，約占LED應(yīng)用市場的4%左右。（2）、顯示應(yīng)用：指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等， LED用于顯示屏幕的應(yīng)用約占LED應(yīng)用的20%25%，顯示屏幕可分為單色和彩色。（3）、照明應(yīng)用：便攜燈具，汽車用燈，特殊照明。由于LED尺寸小，便于動(dòng)態(tài)的亮度和顏色控制，因此比較適合用于建筑裝飾照明。背光照明：普通電子設(shè)備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等。以及投影儀用RGB光源2。LED電子顯示屏（Light Emitting Diode Panel）是由幾百-幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的

34、像素點(diǎn)，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。 LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。 LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的字符信息顯示。LED顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃?dòng)發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商場、醫(yī)

35、院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、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5。3.3 LED點(diǎn)陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了組合型LED點(diǎn)陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點(diǎn)陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。LED點(diǎn)陣規(guī)模常見的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。根據(jù)像素顏色的

36、數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同。單色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點(diǎn)亮?xí)r間，則可實(shí)現(xiàn)256或更高級(jí)灰度顯示，即可實(shí)現(xiàn)真彩色顯示。圖3-1示出最常見的8×8單色LED點(diǎn)陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號(hào)點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗(yàn)獲得。 圖3-1 8×8單色LED模塊內(nèi)部電路LED點(diǎn)陣顯示器單塊使用時(shí)，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號(hào)如5x7點(diǎn)陣顯示器用于顯示西文字母

37、5×8點(diǎn)陣顯示器用于顯示中西文，8x8點(diǎn)陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點(diǎn)陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實(shí)用裝置常通過PC機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)5。3.4 LED動(dòng)態(tài)顯示原理LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。點(diǎn)陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式

38、，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀的速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。以8×8點(diǎn)陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖3-1中，紅色水平線Y0、Y1Y7叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個(gè)LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個(gè)LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在這種形式的LED點(diǎn)陣模塊中，若在某行線

39、上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的LED就會(huì)有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0，則右下角的LED點(diǎn)亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個(gè)LED全點(diǎn)亮。現(xiàn)描述一下用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖3-2圖3-2 用動(dòng)態(tài)掃描顯示字符“B”的過程3.5 LED常見的控制方式目前常見的是并行傳輸方式，通過8位鎖存器將8位總線上的列數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，各8位鎖存器的片選信號(hào)由譯碼器提供。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，對(duì)微控制器（MCU）的通信速度要求較低。但是這種方案最大的缺點(diǎn)是不便于隨意擴(kuò)展顯示單元的數(shù)目。

40、每增加一個(gè)16×16點(diǎn)陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多增加兩根地址線，這就要求在PCB布線的時(shí)候要留有充足的地址線冗余量。再一個(gè)缺點(diǎn)是，每個(gè)單元的PCB隨著安放位置的不同，布線結(jié)構(gòu)也不相同，不利于廠家批量生產(chǎn)。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGA，CPLD等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案。成本有所下降，但可擴(kuò)展性仍舊較差。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。隨著廣告屏顯示內(nèi)容的多媒體化，對(duì)控制器傳輸速度，運(yùn)算能力的要求越來越高。因此控制器的種類也在不斷發(fā)展以適應(yīng)要求，從最初的8051單片機(jī)，到PIC單片機(jī)，又到FPGA

41、，直到現(xiàn)在的ARM處理器。不同功能檔次的廣告屏對(duì)應(yīng)著不同的處理器。一以傳統(tǒng)8051單片機(jī)為控制器的LED顯示屏。因受到單片機(jī)運(yùn)算速度及通信速率的限制，LED動(dòng)態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對(duì)顯示效果和移動(dòng)算法的處理也比較吃力，在實(shí)際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng)8051單片機(jī)的內(nèi)部資源貧乏，僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，幾K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，無E2PROM，SPI。這就需要對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展外設(shè)，無疑增加了硬件成本。因此，8051控制的條屏只能用于顯示內(nèi)容及其簡單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場合1。二以PIC單片機(jī)為控制器的LED顯示屏。因PIC單片機(jī)是RISC架構(gòu)的工業(yè)專用單片機(jī)，處理指令

42、的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號(hào)種類繁多。作為條屏的控制器，可以明顯的改善顯示效果，同時(shí)PIC單片機(jī)內(nèi)部的資源較豐富，可節(jié)省外部電路設(shè)計(jì)難度，同時(shí)降低了硬件成本。因此，以PIC單片機(jī)為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流12。三以FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。FPGA以高速、并行著稱。是近年來新興的可編程邏輯器件。用他作為LED顯示屏的控制器，能夠高速的處理色階PWM信號(hào)、高速的完成動(dòng)態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動(dòng)算法。因此被運(yùn)用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是其成本較高，開發(fā)難度較大6。四以ARM（32位RISC架構(gòu)高性能微處理器）為控制器的LED顯示屏。AR

43、M有著極高的指令效率，極高的時(shí)鐘頻率。因此其運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，內(nèi)部資源也十分豐富，極大的簡化了硬件設(shè)計(jì)的難度，縮短了開發(fā)周期。在條屏的運(yùn)用中，能用ARM來實(shí)現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動(dòng)。ARM與FPGA的組合更是功能強(qiáng)大，除了海量存儲(chǔ)技術(shù)，無線更新技術(shù)外，還能實(shí)時(shí)地顯示視頻信號(hào)。因此，以ARM為控制器的顯示屏常為視頻全彩屏13.6 設(shè)計(jì)方案論證 3.6.1 顯示模式方案為了吸引觀眾增強(qiáng)顯示效果，可以有多種顯示模式，最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。與靜態(tài)顯示模式相對(duì)應(yīng)，就有各種動(dòng)態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動(dòng)的。按照圖文運(yùn)

44、動(dòng)的特點(diǎn)又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。例如，按順序調(diào)整行號(hào)，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達(dá)到左右平移的目的；同時(shí)調(diào)整行列順序，就能得到對(duì)角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。不過當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費(fèi)時(shí)間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)備用。刷新的時(shí)間控制，要考慮運(yùn)動(dòng)圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動(dòng)感不顯著；刷新太快了，中間過程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 同時(shí)控制LED顯示屏的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為

45、靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。16×16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，16×16的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是16×16的點(diǎn)陣，在實(shí)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(gè)很龐大的數(shù)字。而且靜態(tài)顯示功耗大，顯示一個(gè)16×16的字的功耗為： 12.8W！普通電池根本無法驅(qū)動(dòng)，要是組成大顯示屏那功耗將更驚人。因此雖然靜態(tài)顯示效果好，但是在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡單地說就是

46、逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，具體就16×16的點(diǎn)陣來說，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描(把該行與電源的一端接通)。另一方面，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列燃亮相應(yīng)的LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的LED熄滅。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，該行燃亮的LED也就熄滅；下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示。全部各行都掃過一遍之后(一個(gè)掃描周期)，又從第

47、一行開始下一個(gè)周期的掃描。只要一個(gè)掃描輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就不容易感覺出閃爍現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。而且動(dòng)態(tài)掃描方式功耗低，硬件成本低，每個(gè)LED都不是連續(xù)工作，因而還有利于延長LED的使用壽命。3.6.2 數(shù)據(jù)傳輸方案采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)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(shí)，并

48、行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換。首先，單片機(jī)從存儲(chǔ)器中讀出的8位并行數(shù)據(jù)要通過并串變換，按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器。與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止。只有當(dāng)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(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況

49、下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以至影響到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(shí)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(shí)，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)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，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)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(jìn)行顯示時(shí)，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(huì)影響本行的顯示。第4章 電路設(shè)計(jì)4.1 電路設(shè)計(jì)框圖圖4-1 電路設(shè)計(jì)框圖4.2 主電路設(shè)計(jì)主電路的功能是完成漢字之間的轉(zhuǎn)換

50、， 再送往LED顯示，并且接受鍵盤操作，對(duì)漢字顯示方式進(jìn)行校正。設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示，輪流掃描各個(gè)LED使之顯示相應(yīng)的數(shù)型碼，當(dāng)掃描頻率大于人眼所能識(shí)別的頻率時(shí)就看不到閃爍現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，但靜態(tài)顯示占用的I/O口資源較多，往往用移位寄存器74LS164等來擴(kuò)充。其I/O口不足的情況，當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，這樣勢必增加硬件開銷，增大成本，不利于開闊市場。本設(shè)計(jì)的突出之處在于硬件電路簡單，大大減少了硬件開銷，這樣又勢必增加了軟件開發(fā)的難度，但降低了成本有利于市場的開闊。4.3 鍵盤模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中鍵盤模塊由6*1的鍵盤矩陣組成，分別對(duì)應(yīng)六種顯示模式：左移、右移、上移、下移、上顯、下顯。鍵

51、盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機(jī)系統(tǒng)中采和非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。4.4 驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路模塊由8個(gè)74HC595組成，形成動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路。74HC595內(nèi)含8位串入、串/并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器分別有各自的時(shí)鐘輸入(SCLK和SLCK)，都是上升沿有效。當(dāng)SCLK從低到高電平跳變時(shí)，串行輸入數(shù)據(jù)(SDA)移入寄存器;當(dāng)SLCK從低到高電平跳變時(shí)，寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。清除端(CLR

52、)的低電平只對(duì)寄存器復(fù)位(QS為低電平)，而對(duì)鎖存器無影響。當(dāng)輸出允許控制(EN)為高電平時(shí)，并行輸出(Q0Q7)為高阻態(tài)，而串行輸出(QS)不受影響。74HC595最多需要5根控制線，即SDA、SCLK、SLCK、CLR和EN。其中CLR可以直接接到高電平，用軟件來實(shí)現(xiàn)寄存器清零;如果不需要軟件改變亮度，EN可以直接接到 低電平，而用硬件來改變亮度。把其余三根線和單片機(jī)的I/O口相接，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從SDA口送入74HC595，在每個(gè)SCLK的上升沿，SDA口上的數(shù)據(jù)移入寄存器，在SCLK的第9個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)開始從QS移出。如果把第一個(gè)74HC595的QS和第二個(gè)74HC595的SDA相接，數(shù)

53、據(jù)即移入第二個(gè)74HC595中，照此一個(gè)一個(gè)接下去，可接任意多個(gè)。數(shù)據(jù)全部送完后，給SLCK一個(gè)上升沿，寄存器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器。此時(shí)如果EN為低電平，數(shù)據(jù)就會(huì)從并口Q0Q7輸出，把Q0Q7與LED的8段相接，LED就可以實(shí)現(xiàn)顯示了。4-2 驅(qū)動(dòng)模塊4.5 逆變電路逆變電路有16個(gè)逆變器74HC04組成。逆變電路是與整流電路(Rectifier)相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時(shí)，稱為有源逆變;當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載鏈接時(shí)，稱為無源逆變。逆變電路的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就

54、需要逆變電路。另外，交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。它的基本作用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。橋式逆變電路的開關(guān)狀態(tài)由加于其控制極的電壓信號(hào)決定，橋式電路的PN端加入直流電壓Ud，A、B端接向負(fù)載。當(dāng)T1、T4打開而T2、T3關(guān)合時(shí)，u0=Ud;相反，當(dāng)T1、T4關(guān)合而T2、T3打開時(shí)，u0=-Ud。于是當(dāng)橋中各臂以頻率 f(由控制極電壓信號(hào)重復(fù)頻率決定)輪番通斷時(shí)，輸出電壓u0將成為交變方波，其幅值為Ud。重復(fù)頻率為f，其基波可表示為把幅值為Ud的矩形波uo。由此可

55、見，控制信號(hào)頻率f可以決定輸出端頻率，改變直流電源電壓Ud可以改變基波幅值，從而實(shí)現(xiàn)逆變的目的。為了滿足不同用電設(shè)備對(duì)交流電源性能參數(shù)的不同要求，已發(fā)展了多種逆變電路，并大致可按以下方式分類:(1).按輸出電能的去向分，可分為有源逆變電路和無源逆變電路。前者逆變電路輸出的電能返回公共交流電網(wǎng)，后者輸出的電能直接輸向用電設(shè)備。(2).按直流電源性質(zhì)可分為由電壓型直流電源供電的電壓型逆變電路和由電流型直流電源供電的電流型逆變電路。(3).按主電路的器件分，可分為:由具有自關(guān)斷能力的全控型器件組成的全控型逆變電路;由無關(guān)斷能力的半控型器件(如普通晶閘管)組成的半控型逆變電路。半控型逆變電路必須利用換

56、流電壓以關(guān)斷退出導(dǎo)通的器件。若換流電壓取自逆變負(fù)載端，稱為負(fù)載換流式逆變電路。這種電路僅適用于容性負(fù)載;對(duì)于非容性負(fù)載，換流電壓必須由附設(shè)的專門換流電路產(chǎn)生，稱自換流式逆變電路。(4).按電流波形分，可分為正弦逆變電路和非正弦逆變電路。前者開關(guān)器件中的電流為正弦波，其開關(guān)損耗較小，宜工作于較高頻率。后者開關(guān)器件電流為非正弦波，因其開關(guān)損耗較大，故工作頻率較正弦逆變電路低。(5).按輸出相數(shù)可分為單相逆變電路和多相逆變電路。4-3 逆變電路4.6 16×16LED點(diǎn)陣顯示制作4.6.1 16×16LED點(diǎn)陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個(gè)字由16行16

57、列的點(diǎn)陣組成顯示。即國家標(biāo)準(zhǔn)漢字庫中的每一個(gè)字均由256點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。這里我們以“高”字說明，如圖4-4所示。圖4-4 16*16LED漢字顯示用8位的AT89C51單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的總線為8位，一個(gè)字需要拆分為2個(gè)部分。一般把它拆分為上部和下部，上部由8×16點(diǎn)陣組成，下部也由8×16點(diǎn)陣組成。在本例中單片機(jī)首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00p07口。方向?yàn)閜00到p07 ，顯示漢字“高”時(shí)，p02點(diǎn)亮，由上往下排列，為p0.0 滅，p0.1 滅， p0.2 滅， p0.3 滅， p0.4 滅， p0.5 亮，p0