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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date含上位机传输的LED显示屏设计与实现含上位机传输的LED显示屏设计与实现含上位机传输的LED显示屏设计与实现摘 要本设计是一个含有PC机为上位机的1616点阵LED电子显示屏的设计。LED以其组装方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种场合的信息发布，公益宣传等得到广泛的应用。此设计是用美国ATMEL公司生产的40脚的
2、单片机AT89S51为核心，介绍了它的自身特点以及相比其他单片机的优势所在，还有阐述了控制系统的LED点阵电子显示屏的动态扫描设计和硬件、软件开发原理流程。主要实现方式是，通过该芯片控制一个行驱动器 74HC154和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，LED显示屏采用4块88点阵LED显示模块，来组成1616点阵显示模式全屏能显示1个汉字，全屏可显示一个汉字。显示采用动态扫描显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。并通过上位机PC机，来传输文字的录入，使其更加灵活可控和可再利用等功能。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、
3、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。单片机控制系统程序采用单片机C语言进行编辑，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平变换，就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写，也可从标准字库中提取。然后通过PC机软件VC+和与单片机之间的协议RS-232进行通信。经实践证明，该系统显示误差小，性能稳定，结构合理，扩展能力强。关键词 LED显示屏；AT89S51单片机；RS-232通信协议；点阵屏汉字显示-AbstractThis design is one includes PC machine for the superior machi
4、ne 1616 the lattice LED electron display monitors design. LED is nimble by its assembly way, the demonstration is stable, the power loss is low, the life is long, the cost inexpensive and so on characteristics in the station, the negotiable securities, the movement facility, the transportation yang
5、or male principle and each kind of situations information issued, the public welfare propaganda and so on obtains the widespread application.This design is 40 foots monolithic integrated circuit AT89S51 which produces with American ATMEL Corporation is a core, introduced its own characteristic as we
6、ll as compares other monolithic integrated circuits superiority to be, but also had elaborated control systems LED lattice electron display monitors dynamic scanning design and the hardware, the software development principle flow. Mainly realizes the way is, controls good driver 74HC154 and two row
7、 driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. This electronic display monitor may demonstrate that each kind of language or the monochrome picture, the LED display monitor uses 4 88 lattice LED display module, composes 1616 the lattice display mode entire screen to be
8、 able to demonstrate that 1 Chinese character, the entire screen may demonstrate a Chinese character. The demonstration uses the dynamic scanning to demonstrate that causes the graph or the writing can realize static, moves in the emigration and so on many kinds of display modes. And through superio
9、r machine PC machine, transmits the writing input, causes it more nimble controllable and may use and so on functions again. In the article introduced the LED lattice demonstration hardware design mentality, hardware circuit each part of functions and the principle, the corresponding softwares progr
10、amming in detail, as well as operating instructions and so on.The monolithic integrated circuit control system procedure uses the monolithic integrated circuit C language to carry on the edition, controls each demonstration point correspondence LED anode and the cloudy violent level transformation t
11、hrough the programming, may effective control each demonstration extinguish brightly. Demonstrated that the character the lattice data may compile voluntarily, may also withdraw from the standard fonts. Then software VC+ and carries on the correspondence through PC machine with monolithic integrated
12、 circuits between agreement RS-232.Proved after the practice that this system display error is small, the stable property, the structure is reasonable, expansion ability.Key word LED Display Monitor; AT89S51 Monolithic Integrated Circuit; RS-232 Communication Protocol; Lattice screen Chinese Charact
13、er Demonstration目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 LED显示屏研究的背景及意义11.2 LED显示屏发展现状与发展趋势11.2.1 我国LED显示屏发展现状11.2.2 我国LED显示屏发展趋势21.3 MCS-51系列单片机简介21.3.1单片机的发展历史简介21.3.2 MCS-51系列单片机及其特点31.4 论文主要内容31.4.1功能要求31.4.2针对设计题目的特点，本人对论文的内容和结构将做如下安排：3第2章 方案论证与选择52.1 硬件系统方案52.1.1 点阵显示屏的串行扫描与动态扫描52.1.2 单机工作与上位机控制显示屏62.1.3
14、含上位机的硬件电路设计62.1.4 PC上位机通信系统电路62.1.5 点阵驱动与控制电路72.2 软件设计方案72.2.1 动态扫描显示驱动程序82.2.2 基于RS-232协议的通信软件设计8第3章 系统硬件设计93.1 硬件整体设计概述及功能分析93.2 硬件系统具体组成103.2.1 主控系统组成103.2.2 LED点阵块123.2.3 移位寄存器74HC595133.2.4 74LS154以及驱动电路143.2.5 外扩程序存储器163.2.6 通信模块设计16第4章 系统软件的设计184.1 程序设计概述184.2 显示程序的设计194.2.1 LED屏动态扫描显示方式194.2
15、.2 显示程序设计204.2.3 汉字的取模214.3 上位机软件设计22第5章 测试245.1 硬件测试245.2 软件测试245.3 测试结果24结 论25致 谢26参考文献27附录A28附录B38附录C39第1章 绪 论1.1 LED显示屏研究的背景及意义在全球化金融危机下，各国都在探索如何从危机中迅速崛起以及国家今后的发展方向。因此，能源成为了国家发展的根本之源，也成为了困扰各国持续发展的重点问题之一。何能持续发展？何能节能减排？诸多的例如新能源、环保、可回收再利用等问题与技术应运而生，这种时髦的思想也管注入了各个领域与行业。这其中就包括了LED显示屏的应用。LED显示屏是八十年代后期
16、在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，以节能、可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、环保、可回收利用等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用，主要包括：证券交易、金融信息显示；机场航班动态信息显示；港口、车站旅客引导信息显示；体育场馆信息显示；道路交通信息显示；调度指挥中心信息显示；邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示；广告媒体新产品等。1.2 LED显示屏发展现状与发展趋势1.2.1 我国LED显示屏发展现状我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了
17、一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%。随着产品技术推陈出新，90年代初我国即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。并培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数6000人中
18、，科技人员有2800多人，将近50%。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。1.2.2 我国LED显示屏发展趋势随着今年的蓝绿等LED显示屏的发展和技术的更新，成本逐年降低，LED显示屏已经可以具备成熟的商业化条件，全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要发展方向。由于全彩色显示屏价格性能比的优势，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯饰。同时，材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。我相信随着信息化社会的形成，LED显示屏民间的应用前景更为广
19、阔。1.3 MCS-51系列单片机简介1.3.1单片机的发展历史简介第1阶段（1971年1978年），以MCS-48系列为代表，称4位单片机。在片内：CPU有4位或8位；ROM有1KB或2KB；RAM有64B或128B；只有并行接口，无串行接口；只有1个8位的定时/计时器；中断源只有2个。在片外：寻址范围只有4KB；芯片引脚有40个。第2阶段（1978年1983年），以MCS-51系列为代表，称8位单片机。在片内：CPU有8位；ROM有4KB或8KB；RAM有128B或256B；有串/并行接口；有2个或3个16位的定时/计时器；中断源有5至7个。在片外：寻址范围有64KB；芯片引脚有40个。第
20、3阶段（1983年以后），以MCS-96系列为代表，称16位单片机。在片内：CPU有16位；ROM有8KB；RAM有232B；有串/并行接口；有4个16位的定时/计时器；中断源有8个；增加了D/A和A/D转换电路。在片外：寻址范围有64KB；芯片引脚有48个或68个。以上MCS-51系列以其优良的性价比，在我国得到了广泛的应用。1.3.2 MCS-51系列单片机及其特点（1）可靠性高：因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。系统软件（如：程序指令，常数，表格）固化在ROM中，不易受病毒破坏。许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。（2）便于扩展：片内具有计算机
21、正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的（总线，并行和串行的输入/输出）管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。（3）控制功能强：具有丰富的控制指令：如：条件分支转移指令，I/O口的逻辑操作指令，位处理指令。（4）实用性好：体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化。1.4 论文主要内容1.4.1功能要求设计一个室内用1616的点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。1.4.2针对设计题目的特点，本人对论文的内容和结构将做如下安排：（1）初步方案的建立和选择根据搜集题目的相
22、关资料，并参照目前通用的设计思想和方法制定几套设计方案进行分析对比。最终选定了以单片机为核心控制器件，译码电路和驱动电路、显示屏、上位机控制电路的设计方案。（2）方案实现以设计方案为指导思想选择相应合适的器件，器件主要以功能和电气特性两方面来选择。经过对比选择选定AT89S51单片机为核心控制器件，由数据移位寄存器74HC595作为数据传输和锁存器为译码电路器件，三极管9012和74LS154为驱动电路器件，采用RS 323通信协议和数据存储器与上位机PC传输。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。（3）软件编写根据硬件特点和设计要求，软件选用C语言编写。程序按功能分为静态显示、动
23、态显示、上位机通信传输等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。（4）验证与测试调试分为硬件调试、软件调试和系统集合调试三步来进行。在硬件调试中发现有单片机端口驱动工作不稳定、显示电路下拉电阻电压值不够等问题。在软件调试中出现程序整合链接不协调等问题。通过分析，查找出了问题原因并设法将其解决。（5）结论设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结第2章 方案论证与选择2.1 硬件系统方案硬件电路大致上可分成单片机系统及外围电路、上位机通信电路、列驱动电路和行驱动电路4部分。2.1.1 点阵显示屏的串行扫描与动态扫描方案一：串行
24、方式显示。这种方式可同时显示4个16L6点阵汉字或8个168点阵的汉字、字符或数字。点阵显示屏每个单元由16个88点阵LED显示模块、行信号选择译码器74HC138、驱动器74HC245、数据移位寄存器74HC595和行驱动器组成，如图1所示。单元显示屏可以接收控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示屏可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的内容。如图2.1所示。单片机驱动器移位寄存器LEDLEDLED译码器行驱动器移位寄存器移位寄存器图2.1 串行方式显示逻辑结构框图此方案为点阵显示
25、屏系统中比较常用的，所用器件也比较常用，容易买到。但是它存在一个致命的缺点，就是刷新速度不够快。如果要驱动64列点阵显示，通用51单片机会比较吃力，出现比较严重的闪烁停滞现象。此外，要实现文字的左右移动和调整移动速度等功能，都会给软件设计带来较多困难。方案二：动态扫描方式显示。列驱动电路和行驱动电路分别由74HC595移位寄存器和74LS154译码器组成。列驱动电路它具备一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器，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。行驱动电路时一条行线上要带动16列的LED进行显示，所
26、以要用74LS154译码后生成16条行选通信号线。故综上所述采用此方案。2.1.2 单机工作与上位机控制显示屏方案一：单机工作模式。采用一个单片机控制实现所有功能，其中包括LED点阵显示屏的刷新显示、数据传输等。只用一个单片机控制点阵显示屏可以使电路大大减化，软件设计方面也容易实现。但是，将所有功能集成在一起，一片AT89S52单片机处理能力是不够的。此时，单片机的CPU内部资源已显不足，会导致系统功能欠佳，达不到较好的性能。方案二：上位机工作模式。采用上位机单片机工作方式来控制整个系统。其中单片机用于控制LED点阵显示，另外PC机用于串口与单片机通信等工作，实现可更改显示数据与图案的功能。此
27、设计模式是为了扩展显示屏的更多功能，处理的能力大大提升，并且分工明确，执行速度得到大大的提升。所以此次设计采用此方案。2.1.3 含上位机的硬件电路设计本系统硬件电路设计的整体框图如图2.2所示。单 片 机列驱动器LED现实点阵行驱动器电源PC上位机RS-232串行通信外围电路图2.2 电路设计整体结构框图2.1.4 PC上位机通信系统电路AT89S51单片机有一个可编程的串行接口，它是一个全双工的通信端口，可以同时接受和发送数据。串行通信接口的优点在于使用较少的传输线即可完成数据的传输。AT89S51的通信端口有一个几首缓冲式的串行接口，在特殊功能寄存器（SFR）中有一个串行数据缓冲器（SB
28、UF）寄存器，专门工存放发送和接受的数据。因此欲发送或者接受数据，仅仅需要对SBUF寄存器进行存取即可。由于是近距离通信故采用RS-232C标准协议，此标准的电器特新定义了逻辑1和逻辑0的最高和最低电压。逻辑1为-3-25V，逻辑0为325V，而-33V之间的任何电压都处于未定义逻辑状态。如果吸纳路上没有信号脉冲，则电压应维持在高逻辑电平。接收端的0V电压一般为线路出现中断或短路的情况。RS-232C标准的信号频率最高可达到20kHz，最大传输距离为30m。2.1.5 点阵驱动与控制电路该电路主要将单片机发送来的输出点阵数据，通过锁存器芯片扩展的I0口，来控制LED点阵的16个列线端。本设计中
29、用的是1片锁存器74LS154来组成16组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的16组行线，用4/16译码器74HC595对LED点阵的16行进列数据传输。在送每一列的数据到LED点阵前，先把数据分别送到第一级的2个74HC595，然后再给第二级的2个74HC595送一个锁脉冲，将数据一起送到LED点阵的各列。2.2 软件设计方案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，我们可以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他控制信号，
30、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。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，以及可读性和移植性较强的特点，显示屏程序采用C语言编写比较合适。2.2.1 动态扫描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扫描显示屏刷新（帧频）的计算公式如下（2.1）、（2.2）：刷新率（帧频）= （2.1）溢出率 = （2.2）式中为晶振频率，为定时器T0初值（工作在16位定时器模式）。其次，显示驱动程序查询当前点亮的行
31、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时产生的拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示3。2.2.2 基于RS-232协议的通信软件设计上位机软件设计，本设计使用的是VC+6.0编程环境设计的上位机软件，来实现与单片机的串行通信。建立一名为Commtest的应用程序，接收ActiveX控件。它提供了一系列标准通信命令的使用接口，利用它可以建立与串口的连接，并可以通过串口连接到其他通信设备，发出命令，交换数据以及见识和相应串口连接中发生的事件与错误。单片机软件用串行通信的方式，读
32、取存储器中的标志位，进行数据传输即可实现与上位机的通信。第3章 系统硬件设计3.1 硬件整体设计概述及功能分析本设计采用以AT89S51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89S51、时钟电路、复位电路、列数据传输驱动电路（74HC595）、行扫描驱动电路（74LS154）、1616 LED点阵，上位机通信电路6部分组成，以AT89S51为控制核心。其中，AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BYTES ISP（IN-SYSTEM PROGRAMMABLE）的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术
33、制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP FLASH存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。时钟电路由AT89S51的18，19脚的时钟端（XTALL及XTAL2）以及12 MHZ晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。带锁存输出的 8位移位寄存器74HC595，作为LED的列线驱动输入，四六译码器 74LS154，作为 LED行线的译码选择，三极管 9012
34、，连接四六译码器的十六个输出端，作为开关使用，驱动LED的行线。LED点阵显示屏采用1616共256个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布，如图3.1 LED 点阵屏管脚图所示。 图3.1 LED点阵屏管脚图3.2 硬件系统具体组成3.2.1 主控系统组成MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630MW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在，MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比
35、如目前流行的89S51、已经停产的89C51等），各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51（已经停产）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的89C51指的是A
36、TMEL公司的AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由FLASH（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入），AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在，89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的ATMEL目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51代替。8
37、9S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同时，ATMEL不再接受89CXX的定单，在市场上见到的89C51实际都是ATMEL前期生产的巨量库存。89S51相对于89C51增加的新功能包括：1. 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比89C51更低！2. ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。3. 工作频率为33MHZ，大家都知道89C51的极限工作频率只有24M，就是说S51具有更高工作频率，从而
38、具有了更快的计算速度。4. 具有双工UART串行通道。5. 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。6. 双数据指示器。7. 电源关闭标识。8. 全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。9. 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。图3.2 AT89S51单片机原理图AT
39、89S51相关器件连接的接脚如下：PA0-PA3连接4-16译码器的输入口A，B，C，D；PB0-PB3连接74HC595的输入口 SI，SCK，RCK；PD6-PD7作串口通信使用连接RXD,TXD 一个四至十六线译码器74LS154组成的16个输出端连接 16 个 9012的三极管的基极 B，发射极E 连接5V电源，集电极C连接到三个汉字点阵的16 个行线控制端。 点阵的16列数据线驱动由2片 74HC595 级联组成，前一片 74HC595 的 QH 引脚连接下一片的SI引脚，各片的SCK、RCK、SRCLR、G引脚分别并联8。3.2.2 LED点阵块 图3.3 LED点阵块 88的LE
40、D点阵为单色行共阴模块，单点的工作电压为正向（VF）=1.8 V ,正向电流（IF）= 8-10 MA 。静态点亮器件时（64点全亮）总电流为 640MA，总电压为 1.8 V，总功率为 1.15 W。动态时取决于扫描频率（1/8或1/16秒），单点瞬间电流可达 80-160 MA。 1616点阵静态时161610MA,动态时单点电流80-160MA。 在电源电压VDD稳定时, 74HC595的高电平输出电压V也很稳定, 如电源电压VDD为6V时,V = 5.9V。所以当74HC595的某一位输出为高电平时, 其对应列的LED将被点亮,且其中流过的电流近似为: （3.1）只要合理选择R1、R2
41、、R3的值, 就可保证LED中流过的电流稳定不变, 并且可以使LED发光二极管工作在正向电流与对应发光亮度的最佳状态。用这种列恒流驱动方式工作, 可以做到不管一行中LED管子点亮数的多少, 其行驱动管的管压降虽然仍有变化, 由于每个LED发光二极管中流过的电流恒定不变, 从而保证了LED显示屏亮度的均允性。3.2.3 移位寄存器74HC595图3.4 74HC595管脚图74HC595 内含8 位串入、串/ 并出移位寄存器和8位三态输出锁存器。寄存器和锁存器分别有各自的时钟输入（SCLK和SLCK）, 都是上升沿有效。当SCLK从低到高电平跳变时, 串行输入数据（SDA）移入寄存器; 当SLC
42、K从低到高电平跳变时, 寄存器的数据置入锁存器。清除端（CLR）的低电平只对寄存器复位（QS 为低电平） , 而对锁存器无影响。当输出允许控制（EN）为高电平时, 并行输出（Q0Q7）为高阻态, 而串行输出（QS）不受影响。74HC595 最多需要5 根控制线, 即SDA、SCLK、SLCK、CLR 和EN。其中CLR 可以直接接到高电平, 用软件来实现寄存器清零; 如果不需要软件改变亮度, EN 可以直接接到低电平, 而用硬件来改变亮度。把其余三根线和单片机的I/ O 口相接, 即可实现对LED 的控制。数据从SDA 口送入74HC595 , 在每个SCLK的上升沿, SDA 口上的数据移入
43、寄存器, 在SCLK的第9个上升沿, 数据开始从QS 移出。如果把第一个74HC595 的QS 和第二个74HC595 的SDA 相接, 数据即移入第二个74HC595 中, 照此一个一个接下去, 可接任意多个。数据全部送完后, 给SLCK 一个上升沿, 寄存器中的数据即置入锁存器。此时如果EN 为低电平, 数据即从并口Q0Q7 输出, 把Q0Q7 与LED 的8 段相接, LED 就可以实现显示了。要想软件改变LED 的亮度, 只需改变EN 的占空比就行了。=+（） （3.2）=输入频率，=输出电容，=输出频率（MHZ），=电源电压，决定动态的能耗。功能表表3.1 74HC595功能表输入输
44、出功能SHcpSTcpOEMRDsQ7QN-L-LNCMR为低电平时仅仅影响移位寄存器-LL-LL空移位寄存器到输出寄存器-LL-LZ请空移位寄存器，并行为输出高阻状态-HHHQ6NC逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态输入，列入，以前的状态6（内部Q6”）出现在串行输出位-LH-NCQN移位寄存器的内容到达保持寄存器并并从并口输出LH-Q6QN移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并输出。注：1：H高电平状态 2：L低电平状态 2：上升沿 3：下降沿 4：Z高阻 5：NC无变化 6：无效。当MR为高电平，OE为低电平时，数据在SHcp上升沿进入移位寄存器
45、，在STcp上升沿输出到并行端口。3.2.4 74LS154以及驱动电路 图3.5 74LS154以及驱动电路原理图 416线译码器，其管脚如图所示，A，B，C，D为译码的输入端，值的区间从0000到1111，Y1Y15是对应A，B，C，D四个输入引脚的输出脚，其中选中的线用输出低电平，没有选中的输出高电平，G1、G2是使能端，只有输入相应D低电平才能使译码器正常工作。行地址译码电路的基本工作方法是将P1.0P1. 3 这四根线经416 线译码器74LS154 产生16 个行选信号，经三极管驱动输出行信号。每行字占16个行信号，为提高扫描速度，我们将第一行至第四行字的相应行由一个行信号来控制，这样，整个显示屏在逻辑上只需要16 个行信号即可。由于行驱动电路需要考虑同时驱动16列的LED发光器件，按每一个LED器件需电流10MA计算，1616个LED同时发光时，就需要驱动三极管为16个9012，用万能板焊接。功能表表3.2 74LS154功能表输入输出G2G2DCBALLLLLL0LLLLLH1LLLLHL2LLLLHH3LLLHLL4LLLHLH5LLLHHL6LLLHHH7LLHLLL8LLHLLH9LLHLHL10LLHLHH11LLHHLL12LLHHLH13LLHHHL14LLHHHH15LH-HL-