1、 畢業論文 設計題目：1616點陣LED電子顯示屏 所學專業：電子信息技術 摘要本設計是一1616點陣LED電子顯示屏的設計。整機以美國ATMEL 公司生產的40腳單片機AT89C51為核心，介紹了以它為控制系統的LED點陣電子顯示屏的動態設計和開發過程。通過該芯片控制一個行驅動器74HC154和兩個列驅動器74HC595來驅動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示1個漢字，采用4塊8 x 8點陣LED顯示模塊來組成16x16點陣顯示模式。顯示采用動態顯示，使得圖形或文字能夠實現靜止、移入移出等多種顯示方式。文中詳細介紹了LED點陣顯示的硬件設計思路、硬件電路各個部分的

2、功能及原理、相應軟件的程序設計，以及使用說明等。單片機控制系統程序采用單片機匯編語言進行編輯，通過編程控制各顯示點對應LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。所顯示字符的點陣數據可以自行編寫（即直接點陣畫圖），也可從標準字庫中提取。LED顯示以其組構方式靈活、顯示穩定、功耗低、壽命長、技術成熟、成本低廉等特點在車站、證券所、運動場館、交通干道及各種室內/外顯示場合的信息發布，公益宣傳，環境參數實時，重大活動倒計時等等得到廣泛的應用。設計結果證明，該系統顯示誤差小，性能穩定，結構合理，擴展能力強。關鍵詞：AT89C51單片機； LED； 點陣顯示； 動態顯示；匯編語言。Abst

3、ractThis design is a 16 16 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the d

4、evelopment process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 8 x 8 dot-matrix LED display

5、modules to form the 16x16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the correspo

6、nding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data show

7、s characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. LED display with fabric means flexibility, stability, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transpor

8、tation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used.The design result proved that, this system demonstration error is small, the performance is stable, the s

9、tructure is reasonable, expansion ability.Key words: AT89C51 Micro Controller Unit； LED； Lattice display； Dynamic display； Assembly language.目錄摘要ABSTRACT第一章 緒論11.1 單片機的發展及特點11.2 單片機應用21.3 LED簡介41.4電子顯示屏5第二章 系統整體方案72.1需要實現的功能72.2顯示模式方案論證72.3 數據傳輸方案論證8第三章 系統硬件電路的設計93.1 5V穩壓電源的設計93.1.1 5V穩壓電源原理93.1.2 穩

10、壓電源技術標103.2 單片機系統及外圍電路113.2.1 單片機的選擇113.2.2 AT89C51芯片簡介113.2.3 單片機系統外圍電路143.3 列驅動電路143.3.1 74HC595芯片簡介143.3.2 列驅動電路的構成163.4 行驅動電路173.4.1 74HC154芯片簡介173.4.2 行驅動電路的構成193.5 點陣LED顯示屏電路20第四章 系統程序的設計214.1 顯示驅動程序214.2 系統主程序22第五章 調試及性能分析235.1 軟件調試235.2 硬件調試235.3 性能分析24結束語25致謝26附錄一 系統綜合電路原理圖27附錄二 系統程序清單28參考文

11、獻34第一章 概述隨著單片機的不斷發展，應用于生活當中屢見不鮮。以其簡單，便捷，低成本及低功耗的特點逐漸取代了以往中、小規模的集成電路產品。只要寫入不同的程序，同一片單片機能夠完成不同的工作，單片機極高的可靠性，微型性和智能性（需編寫不同的程序后就能夠完成不同的控制工作），單片機已成為工業控制領域中普遍采用的智能化控制工具，已經深深地滲入到日常生活當中。1.1 單片機的發展歷史和發展方向單片機的歷史并不長，然而發展卻十分迅猛。自1971年美國Intel公司首先研制出4位單片機4004以來，它的發展可粗略劃分為4個階段。第一階段（1976-1978）：單片機的控索階段。以Intel公司的MCS-

12、48為代表。MCS-48的推出是在工控領域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。第二階段（1978-1982）單片機的完善階段。Intel公司在MCS48基礎上推出了完善的、典型的單片機系列MCS51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。 完善的外部總線。MCS-51設置了經典的8位單片機的總線結構，包括8位數據總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。CPU外圍功能單元的集中管理模式。體現工控特性的位地址空間及位操作方式。指令系統趨于豐富和完善，并且增加了許

13、多突出控制功能的指令。 第三階段（1982-1990）：8位單片機的鞏固發展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發展的階段。Intel公司推出的MCS96系列單片機，將一些用于測控系統的模數轉換器、程序運行監視器、脈寬調制器等納入片中，體現了單片機的微控制器特征。隨著MCS51系列的廣應用，許多電氣廠商競相使用80C51為內核，將許多測控系統中使用的電路技術、接口技術、多通道A/D轉換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路功能，強化了智能控制的特征。第四階段（1990）：微控制器的全面發展階段。隨著單片機在各個領域全面、深入地發展和應用，出現了高速、大尋址范圍、強運算能力的

14、8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。縱觀各個系列的單片機產品的特性，可以看出單片機正朝兩個方向發展。一方面，單片機的性能不斷提高，功能越來越強。該類產品可以滿足各種復雜應用系列的要求，如INTEL公司的MCS-96系列、MO68HC11系列等。另一方面，在中小型只能產品中，單片機則朝小型，超低功耗，多品種等發展方向。從工業角度安康內，隨著大規模繼承電路技術的改進，單片機經歷了PMOS、NMOS、CMOS等各階段，現在正朝著改進型CMOS工藝的方向發展。低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化及高性能化逐漸成為主導。（低電壓化幾乎所有的單片機都有WAIT、STOP等省電運行

15、方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在36V范圍內工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達12V。目前0.8V供電的單片機已經問世。低噪聲與高可靠性為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內部電路中都采用了新的技術措施。大容量化以往單片機內的ROM為1KB4KB，RAM為64128B。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內存儲器大容量化。目前，單片機內ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。高性能化主要是指進一步改進CPU的性能，加快指令運算的速度和提

16、高系統控制的可靠性。采用精簡指令集（RISC）結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度?，F指令速度最高者已達100MIPS（MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設的新概念。） 單片機的控制性能和可靠性高，體積小，價格低，易于產品化。在現代的各種電子器件中，單片機具有良好的性能價格比。正是單片機得到廣泛應用的重要原因。1.2單片機的應用在說單片機應用之前，首選來談談我們使用的電腦（PC機），我

17、們使用的電腦屬于通用計算機，真是感嘆計算機發展神速！現在個人電腦的性能比以前已經得到了極大的提高，普通PC機的運行速度就已經達到了3GB以上，擁有海量的硬盤空間，80GB、160GB甚至200G都很常見，內存普通的都有256M、512M甚至有1G內存，使用19大屏幕液晶顯示器。正是這些電腦的高性能，為我們海量數值計算、信息處理、多媒體和網絡應用、辦公、家用等的實現成為可能。相比之下，單片機的硬件配置就沒有通用計算機那么高了，單片機運算速度一般只有幾兆至幾十兆，如51單片機常用的晶振頻率有6MHZ、11.0592MHZ和24MHZ等；單片機內部程序空間也比較小，一般在幾KB到幾十KB；單片機內存

18、RAM一般幾百字節到幾KB。雖然單片機微型計算機的性能無法和電腦相比，但是單片機具有高可靠性、體積小、智能性、實時性、可塑性強（只要寫入不同的程序，同一片單片機能夠完成不同的工作）等諸多特點，而且價格低廉，如一片89S51單片機才幾塊錢。正是這些特點，使單片機成為工程師們開發嵌入式應用系統和小型智能化產品的首選！舉個單片機應用的典型例子，如老式洗衣機采用機械式定時控制器，功能單一，而故障頻繁。要開發家用智能化洗衣機，采用性能強大的通用計算機（PC機）固然能夠輕易實現，但是這樣就大材小用了，而且其成本太高，體積龐大。最佳的解決方案就是采用廉價單片機了，采用“單片機控制程序接口電路執行機構”的智能

19、化洗衣機控制方案后，洗衣機就具有了智能化的特性，能夠自動進行控制整個洗滌過程，從注水、加洗衣粉、洗滌、漂洗、脫水、烘干等一系列工作過程，甚至能夠自動判斷洗衣量及衣服材質而采用最佳的洗滌方式等，并且有多種不同的洗滌程序（方式）給你選擇，你只需把衣服放進去后洗衣過程就由單片機自動控制下完成了，洗滌完后你拿出來就已經烘干可以穿了：），實實在在的全自動，智能化，這樣極大地降低了我們的勞動強度。從上面的簡單例子中，我們看到了單片機應用的現實意義了。單片機極高的可靠性，微型性和智能性（我們只要編寫不同的程序后就能夠完成不同的控制工作），單片機已成為工業控制領域中普遍采用的智能化控制工具，已經深深地滲入到我

20、們的日常生活當中-小到玩具、家電行業，大到車載、艦船電子系統，遍及計量測試、工業過程控制、機械電子、金融電子、商用電子、辦公自動化、工業機器人、軍事和航空航天等領域都可見到單片機的身影。以下是一些應用舉例：1、智能產品：單片機微處理器與傳統的機械產品相結合，使傳統機械產品結構簡化、控制智能化，構成新一代的機電一體化的產品。例如傳真打字機采用單片機，可以取代近千個機械器件；縫紉機采用單片機控制，可執行多功能自動操作、自動調速、控制縫紉花樣的選擇。 2、智能儀表：用單片機微處理器改良原有的測量、控制儀表，能使儀表數字化、智能化、多功能化、綜合化。而測量儀器中的誤差修正、線性化等問題也可迎刃而解。3

21、、測控系統：用單片機微處理器可以設計各種工業控制系統、環境控制系統、數據控制系統，例如溫室人工氣候控制、水閘自動控制、電鍍生產線自動控制、汽輪機電液調節系統等。4、數控型控制機：在目前數字控制系統的簡易控制機中，采用單片機可提高可靠性，增強其功能、降低成本。例如在兩坐標的連續控制系統中，用805l單片機微處理器組成的系統代替Z-80組臺系統，在完成同樣功能的條件下，其程序長度可減少50，提高了執行速度。數控型控制機采用單片機后口可能改變其結構模式，例如使控制機與伺服控制分開，用單片機構成的步進電機控制器可減輕數控型控制機的負擔。5、智能接口：微電腦系統，特別是較大型的工業測控系統中，除外圍裝置

22、(打印機、鍵盤、磁盤、CRT)外，還有許多外部通信、采集、多路分配管理、驅動控制等接口。這些外圍裝置與接口如果完全由主機進行管理，勢必造成主機負擔過重，降低執行速度，如果采用單片機進行接口的控制與管理，單片機微處理器與主機可并行上作，大大地提高了系統的執行速度。如在大型數據采集系統中，用單片機對模擬，數字轉換接口進行控制不僅可提高采集速度，還可對數據進行預先處理，如數字濾波、線性化處理、誤差修正等。在通信接口中采用單片機可對數據進行編碼譯碼、分配管理、接收/發送控制等。1.3 LED的定義和特點 Light Emitting Diode,即發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化

23、為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。 1、 LED特點和優點 ：LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替傳統的光源，它有著廣泛的用途。 2、體積小 ：

24、LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。 3、耗電量低 ：LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過0.1W。 4、使用壽命長 ：在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時 5、高亮度、低熱量 6、環保 ：LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。 7、堅固耐用 ：LED是被完全的封裝在環氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。 LED發光技術的原理是某些半導體材料在通以電流的

25、情況下會發出特定波長的光，這種電到光的轉換效率非常高，對所用材料進行不同的化學處理，就可以得到各種亮度和視角。LED散發出電磁波（一種振動極高的頻率），當這些波達到380nm（nanometer）以上及在780nm以下，在這中間的波長是可見光，一種能被人的眼睛看到的可視光。LED是一種非常有用及有效率的光源，它的光學構造體實在已將發出的光幾無損失的集合起來，經狹小的結構投射出來，它的顏色是根據它使用的半導體成份造成，目前大約有紅、黃、綠及白光等等。 1.4 LED簡介LED電子顯示屏是由幾萬-幾十萬個半導體發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

26、的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發已經達到了。LED顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點。 LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業企業管理和其它公共場所。在我國改革開放之后，特別是進入90年代國民經濟高速增長，對公眾場合發布信息的需求日益強烈，LED顯示屏的出現正好適應了這一市場形勢，因而在LED顯示屏的設計制造技術與應用水平上都得到了迅速的提高，生產也得到了迅速的發展，并逐步形成產業，

27、成為光電子行業的新興產業領域。LED顯示屏經歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏的發展過程。顯示技術是一種將反映外界客觀事物的信息（光學的。電學的。聲學的、化學的等），經過變換處理，以適當的形式（主要有圖像、圖形、數碼、字符）加以顯示，供人觀看、分析、利用的一種技術?，F在所謂的顯示技術，可以稱作電子信息顯示技術，它是建立在光學、化學、電子學、機械學、聲學等科學技術基礎上的具有某種程度綜合性的技術。電子顯示技術的應用與研究涉及的范圍很廣，包括各種發光材料的發光機理的研究、實驗；各種顯示方式的基本原理及其結構形式，顯示用的材料與器件的選擇和制作工藝；顯示信息的輸入、變換、處理和控制，等等。隨著

28、科學技術的發展，隨著經濟、軍事、社會與人們生活的發展，信息的種類和數量不斷增加。和很多應用術語一樣，LED圖文顯示屏并沒有一個公認的嚴格的定義，一般把顯示圖形和/或文字的LED顯示屏稱為圖文屏。這里所說的圖形，是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便于不同亮度（灰度）點陣組成的圖像相區別。圖文顯示屏的主要特征是只控制LED點陣中各發光器件的通斷（發光或熄滅），而不控制LED的發光強弱。LED圖文顯示屏的外觀可以做成條形，叫做條形圖文顯示屏（簡稱條屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面圖文顯示屏。其實條屏只不過是其寬度遠大于高度的平面顯示屏，在顯示與控制的原理上并無區別。 從理論上說，不論顯示圖

29、形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應的LED器件發光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數據。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個LED發光器件占據數據中的1位（1bit），在需要該LED器件發光的數據中相應的位填1，否則填0。當然，根據控制電路的安排，相反的定義同樣是可行的。這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數據，就可以構成一個顯示數據文件。顯示圖形的數據文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規范，可以采用現行計算機通用的字庫字模。組成一個字的點陣，其大小也可

30、以有88、1616、2424、等不同規格。漢字的點陣結構相應的顯示數據是用16進制格式以字節為單位表示的。 用點陣方式構成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據需要任意組合和變化，只要設計好合適的數據文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式圖文顯示屏顯示經常需要變化的信息，是非常有效的。 點陣顯示方式適應信息變化的優點，是以點陣顯示器的價格和其復雜的控制電路為代價的。點陣顯示器在整個顯示單元的所有位置上都布置了LED器件，而像數碼管一類的顯示器件只在需要發光的七段位置上布置LED器件，其它位置是空白的。因此，點陣顯示器在相同面積情況下，價格要貴些。但是，數碼管可顯示的信息有限，只有09或單個

31、的英文字符，由于組合形成的字符不多，所以其顯示數據和控制電路都比較簡單。點陣顯示器則不然，它要對點陣上全部LED進行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯示數據和控制電路自然要復雜得多。因此，根據不同的場合，不同的顯示特點和格式可以分別采用數碼管器件或點陣顯示方式，有的情況可以采用兩者搭配的混合屏顯示方式。 圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色、和多色幾種。最常用的是單色圖文屏。單色屏多使用紅色、橘紅色或橙色LED點陣單元。雙色圖文屏和多色圖文屏，在LED點陣的每一個“點”上布置有兩個或多個不同顏色的LED發光器件。換句話說，對應于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時候，各顏色的顯示點陣是分開控

32、制的。事先設計好各種顏色的顯示數據，顯示時分別送到各自的顯示點陣，即可實現預期效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同，因此掌握了單色圖文顯示屏的原理，雙色屏和多色屏就不難理解了。LED顯示屏的分類 1、按顏色基色可以分為：單基色顯示屏：單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色，256級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：LED數碼顯示屏：顯示器件為7段碼數碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數字的電子顯示屏。LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發光二極管組成的點陣顯示

33、模塊，適于播放文字、圖像信息。第二章 系統整體設計方案21 需要實現的功能設計一個室內用1616點陣LED圖文顯示屏，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，顯示圖形或文字應穩定、清晰無串擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。22 顯示模式方案論證為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式，最簡單的顯示模式是靜態顯示。這里所說的“靜態顯示模式”不同于靜態驅動方式。與靜態顯示模式相對應，就有各種動態顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動的。按照圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉、縮放等多種顯示模式。產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據，

34、可以通過一定的算法從原來的顯示數據直接生成。例如，按順序調整行號，可以使顯示圖文產生上下平移；而順序調整列顯示數據的位置，就可以達到左右平移的目的；同時調整行列順序，就能得到對角線平移的效果。其它模式的數據刷新，也可找到相應的算法。不過當算法太復雜，太浪費時間的話，也可以考慮預先生成刷新數據，存儲備用。刷新的時間控制，要考慮運動圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動感不顯著；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。 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的LED器件發光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制LED顯示屏的各

35、個發光點亮滅的方法稱為靜態驅動顯示方式。1616的點陣共有256個發光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，1616的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數字很龐大，因為我們僅僅是1616的點陣，在實際應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字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另一種稱為動態掃描的顯示方法。動態掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如16行）的同名列共用一套列驅動器，每行有一個行驅動器，具體就1616的點陣來說，把所有同一行的發光管的陽極連在一起，把

36、所有同一列的發光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；第十六行之后，又重新燃亮第一行，反復輪回。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象，就能看到顯示屏上穩定的圖形了。23 顯示數據傳輸方案論證采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個列驅動器。顯示數據通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數據都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數據傳輸方式的問題。從控

37、制電路到列驅動器的數據傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅動器的線路數量大，相應的硬件數目多。當列數很多時，并行傳輸的方案是不可取的。采用串行傳輸的方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數據一位一位傳往列驅動器，在硬件方面無疑是十分經濟的。但是，串行傳輸過程較長，數據按順序一位一位地輸出給列驅動器。只有當一行的各列數據都已傳輸到位之后，這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列數據準備和列數據顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數據準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以至影響到LED的亮度。解決串

38、行傳輸中列數據準備和列數據顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數據的同時，準備下一行的列數據。為了達到重疊處理的目的，列數據的顯示就需要具有鎖存功能。單片機列驅動器行驅動器LED顯示點陣電源圖2-1 顯示屏電路框圖經過上述分析，可以歸納出列驅動器電路應具備的主要功能。對于列數據準備來說，它應能實現串入并出的移位功能；對于列數據顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數據打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。 第三章 系統硬件電路的設計 由于圖文屏的控制電路采用單片機方案，控制功能的實現應在硬件和軟件兩方面進行折中。

39、單片機及相應軟件，主要負責存儲（或生成）顯示數據、安排控制信號的定時與順序等。但是單片機的接口數量少，驅動能力不強，必須擴展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。系統硬件部分電路大致上可以分成穩壓電源、單片機系統及外圍電路、列驅動器電路、行驅動器電路和LED顯示屏電路五部分。31 5V穩壓電源的設計3.1.1 5V穩壓電源原理穩壓電源的功能是把來自電網的220V交流電壓轉變為所需的、穩定的直流電壓。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成。（1）交流電壓變換部分。一般的電子設備所需的直流電壓較之交流電網提供的220V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網電壓轉換

40、到合適的數值。所以，電壓變換部分的主要任務是將電網電壓變為所需的交流電壓，同時還可以起到直流電源與電網的隔離作用。（2）整流部分。整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉換為單方向的脈動電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動成份（稱為紋波），因此一般還不能直接用來給負載供電，否則，紋波的變化會嚴重影響負載電路的性能指標。（3）濾波部分。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流電進行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上是一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。（4）穩壓部分。盡管經過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩定性很差，它受

41、溫度、負載、電網電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩定。變壓器把220V交流電（市電）變為穩壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變為直流電；整流后的直流電中仍會含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。如圖3-1所示。（a）穩壓電源電路的基本方框圖u4u3 u2 uI u10 ttttt0 0 0 0 （b）整流與穩壓過程圖3-1 穩壓電源的組成框圖及整流與穩壓過程根據要求所確定的穩壓電源的電路形式如圖3-2所示。圖中變壓器T將來自電網的220V交流電壓變換為整流電路所需要的7.5V交流電

42、壓，再經整流電橋（4個二極管）D1將交流電壓變換成脈動的直流電壓，隨后電解電容器C1將脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較為平滑的直流電壓。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容C2，然后經集成穩壓器IC1穩壓，在輸出端得到穩定的5V直流電壓。這時，在輸出端接上電容C3，用以濾除輸出端的高頻信號，改善負載的瞬態響應，最后即可得到所需的、穩定的直流電壓。電路最后接入的發光二極管用做電源指示燈.圖3-2 電源電路圖3.1.2 穩壓電源技術指標穩壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，如輸出電壓、輸出電流及電壓調節范圍；另一類是質量指標，反映一個穩壓電源的優劣，包括穩定度、等效

43、內阻（輸出電阻）、波紋電壓及溫度系數等。對穩壓電源的性能，主要有以下四個方面的要求：穩定性好 當輸入電壓Usr(整流、濾波輸出電壓)在規定范圍內變動時，輸出電壓Usc的變化一般要求很小。輸出電阻小 負載變化時（從空載到滿載），輸出電壓Usr應基本保持不變。電壓溫度系數小 當環境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩壓電源，應在環境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩定。輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。32 單片機系統及外圍電路321 單片機的選擇在這個設計中單片機采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24M

44、HZ或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩定。它負責控制整個電路以及相應的程序的運行、以及給屏體電路部分發送命令。這里我們選擇了內含4K字節Flash的AT89C51，因為我們只需要顯示特定的圖形和文字，無需龐大的字庫，因此4K Flash已經可以滿足字庫儲存的需求，不需要擴展外存儲器。322 AT89C51芯片簡介AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，

45、與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51包含以下一些功能部件：與MCS-51 兼容 4K字節可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環全靜態工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路AT89C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳，圖2-4為其引腳排列圖。40個引腳大致可分為4類：電源

46、、時鐘、控制各I/O引腳。1.電源Vcc芯片電源，接+5V；Vss接地端。2 時鐘XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3.控制線控制線共有4根，其中3根是復用線。所謂復用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。1）ALE/地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖。ALE功能：用來鎖存P0口送出的低八位地址。AT89C51在并行擴展外存儲器時，P0口用于分時傳送低8位地址和數據信號，且均為二進制數。當ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是高8位地址信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內容，即低8位地址信號

47、。圖3-3 AT89C51引腳圖需要指出的是，當CPU不執行訪問外RAM指令，ALE以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當CPU執行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。功能：片內EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。2） 外ROM讀選通信號。89C51讀外ROM時，每個機器周期內兩次有效輸出。 可作為外ROM芯片輸出允許的選通信號。在讀內 ROM或讀外RAM時，無效。3）RST/VPD復位/備用電源。正常工作時，RST端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續保持兩個機器周期以上高電平，AT89C51芯片即實現

48、復位操作，復位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執行指令。 VPD功能：在VCC掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由VPD向片內RAM供電，以保持片內RAM中的數據不丟失。4）/VPP內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。VPP功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。4 I/O引腳功能：正常工作時，為內外ROM選擇端。AT89C51單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內，60KB在片外。當保持高電平時，先訪問內ROM，但當PC值超過4KB時，將自動轉向執行外ROM中的程序。當保持低電平時，則只訪問外ROM，不管芯片內有否內ROM。VPP功能：

49、片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。AT89C51有P0、P1、P2、P3 4 個8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口是一組8位漏級開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數據存儲器時，它是分時多路轉換的地址（低8位）/數據總線，在訪問期間激活了內部的上拉電阻。P1 口是帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時P1 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時被外部信號拉低的P1 口會因為內部上拉而輸出一個電流。P2 口是帶內部上拉電阻的雙向I/O口