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1、本科毕业设计论文题 目 1616点阵LED电子显示屏的设计专业名称 电子信息工程 学生姓名 指导教师 毕业时间 2014年7月 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文设计论文毕业 任务书一、题目基于单片机的1616点阵电子显示屏设计二、研究主要内容本题目来源于工程应用，研究内容侧重于智能控制系统的设计，通过毕业设计，加深学生对所学知识的理解，培养和提高学生对所学的基础理论知识和专业技术的综合应用能力。锻炼学生解决工程实际问题的工作能力和科研能力，为毕业后尽快适应所从事的工作，为今后的发展打下一个良好的技术基础。三、主要技术指标1、显示内容为“西北工业大学明德学院电子信息工程系”2、能够通过按键实
2、现复位功能。3、能够实现各种滚动显示。四、进度和要求第1周第2周搜集相关参考资料，了解选题的意义、以及国内外技术现状。熟悉设计内容（包括功能、性能）的需求。第3周第4周参照相关技术资料，完成系统方案详细设计；学习Protel99SE软件使用方法；完成系统硬件电路原理图设计；第5周第8周完成外围电路设计以及元器件选择；使用Protel99SE，绘制电路的原理图并校核； 第9周第12周系统软件结构框图与数据流程图设计；完成测试软件设计；完成控制软件设计；系统软件的仿真调试；第13周论文撰写第14周 毕业设计论文答辩五、主要参考书及参考资料1 李全利 编著 ：单片机原理及接口技术（第2版） 北京：高
3、等教育出版社，20042 张志良 主编 ：单片机原理及控制技术（第2版） 北京：机械工业出版社，20053 张毅刚 主编 ：单片机原理及应用 北京：高等教育出版社，20064 李光飞 编著 ：单片机课程设计实例指导（第2版） 北京：北京航空航天出版社，20045 李 华 主编 ：MCS-51单片机实用接口技术 北京：北京航空航天出版社，19976 徐仁贵 主编 ：微型计算机接口技术及应用 北京：机械工业出版社，19987 诸昌钤 编著 ：LED显示屏系统原理及工程技术 成都：电子科技大学出版社，20008 梅开乡 主编 ：数字逻辑电路（第2版） 北京：电子工业出版社，20059 杨素行 主编
4、：模拟电子技术基础简明教程（第2版） 北京：高等教育出版社，200410 吉 雷 主编 ：Protel99从入门到精通 西安：西安电子科技大学出版社，2004学生学号 _ 学生姓名 指导教师 _ 系 主 任 摘 要本设计是一1616点阵LED电子显示屏设计。单片机是以美国ATMEL 公司生产的40脚单片机AT89C51为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计以及开发过程。通过该芯片控制两个行驱动器 74HC164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简单图像，全屏一次能显示1个汉字，采用4块88点阵LED显示模块来组成1616点阵显示模
5、式。显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、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，通过编程控制显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直接点阵画图），也可从标准字库中提取。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点在个个领域得到了广泛的应用。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点阵显示，动态显示，74HC164行
6、驱动，74HC595列驱动IABSTRACTThe design is a 16 16 dot matrix LED electronic display designs. SCM is the United States produced 40 feet ATMEL AT89C51 microcontroller as the core, introduced to it as the control system LED dot matrix display dynamic electronic design and development process. Control two row
7、s and two columns driver 74HC164 74HC595 driver to drive the display through the chip. The electronic display can display a variety of text or simple images, one can display a full-screen characters , using four 8 8 LED dot matrix display module consisting of 16 16 dot matrix display mode. Display d
8、ynamic display , making graphics or text to achieve a variety of display static, moved out and so on. This paper details the features and principles of the various parts of the hardware design ideas , the hardware circuit LED dot matrix display , the corresponding software program design , and the u
9、se of descriptions.SCM control system using microcontroller C language program for editing , the corresponding LED anode and the cathode side level displayed by programming control points , you can effectively control the display of point light off . The dot matrix display data characters can prepar
10、e themselves ( ie direct dot drawing ) , can also be extracted from the standard font .LED display with its flexible fabric , shows a steady , low power consumption , long life, mature technology, low cost and so in all fields has been widely used.The practice has proved that the system displays err
11、or is small, stable performance, reasonable structure, strong expansion capability .Key words: LED dot matrix display，Lattice display，Dynamic display，74HC164 line driver，74HC595 column driversII目录第一章前言11.1设计目的11.2现状和意义1第二章系统整体设计方案32.1需要实现的功能32.2 LED显示的特点32.3 设计方案论证4第三章系统硬件部分设计63.1 电源设计63.2 单片机系统及外围电
12、路73.2.1 单片机的选择73.2.2 AT89C51芯片介绍73.2.3 单片机系统外围电路113.3 列驱动电路113.4行驱动电路143.4.1行驱动芯片74HC164 介绍143.4.2行驱动电路163.5 LED显示屏电路17第四章系统软件部分设计204.1 系统主程序204.1.1 主程序入口函数功能功能：204.1.2 显示主要程序及其功能214.2显示驱动程序22第五章调试及性能分析245.1 软件调试245.2 硬件调试255.3 性能分析25参考文献27致谢28毕设小结29附录一 1616点阵系统电路图30附录二 1616点阵实物图31附录三 1616点阵程序清单32IV
13、IV1第一章 前言1.1设计目的为了更加深入的了解AT89C51单片机和其驱动芯片74HC164和74HC595的引脚功能，以及点阵显示功能，并且对其设计需要软件Altium Designer Release 10，PZISP，Keil uVision4的熟练操作，使我们做出来的点阵在目测条件下1616点阵LED显示屏各点亮度均匀、充足，可以显示图形和文字，显示图形或文字应该是稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。1.2现状和意义单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干
14、扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如，本文所要论述的通过单片机来控制LED点阵显示。LED是发光二极管英文Lig
15、ht Emitting Diode 的简称，是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和-结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后，LED在发光波长范围和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED显示屏。LED电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显1示系统，是目前国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日
16、渐成为显示媒体中的佼佼者。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。对1616点阵LED电子显示屏的设计更加深入的研究，知道了单片机功能非常强大对单片机以后的发展有了更大的希望，使我们对单片机更加了解 通过此次设计使我们对自己的动手能力和自我思考能力以及社会交际能力得到进一步提高，为我们更好的融入社会这个大家
17、庭打好了充足的基础。随着信息产业的高速发展，LED显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。近年LED显示屏已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所如银行、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布，政府机关政策、政令，各类市场行情信息的发部和宣传等。目前，对于那些需要显示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉字和简单图形，单片机的发展也是非常迅速的，现在单片机出现了Aat89c51，at89c52等系列产品 汉字显示方式是先根据所
18、需要的汉字提取汉字点阵（如1616点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码。而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语言，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。具体显示技术和原理将会在正文中得到详细论述39第二章 系统整体设计方案2.1需要实现的功能设计一个室内用1616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，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。2.2 LED显示的特点LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为
19、普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，如电源指示、电路状态指示灯，进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。和很多应用术语一样，LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，一般把显示图形和/或文字的LED显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便于不同亮度（灰度）点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条形图文显
20、示屏（简称条屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。 从理论上说，不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位数填1，否则填0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样是可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显
21、示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有1616、2424、3232、4848等不同规格。汉字的点阵结构相应的显示数据是用16进制格式以字节为单位表示的。 用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上都布置了LED
22、器件，而像数码管一类的显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件，其它位置是空白的。因此，点阵显示器在相同面积情况下，价格要贵些。但是，数码管可显示的信息有限，只有09或单个的英文字符，由于组合形成的字符不多，所以其显示数据和控制电路都比较简单。点阵显示器则不然，它要对点阵上全部LED进行控制，并能生成所有可能显示的图形文字，其显示数据和控制电路自然要复杂得多。因此，根据不同的场合，不同的显示特点和格式可以分别采用数码管器件或点阵显示方式，有的情况可以采用两者搭配的混合屏显示方式。2.3 设计方案论证为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式，最简单的显示模式是静态显示。这里所说的“静态
23、显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整每列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新，也可找到相应的算法。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先生成刷新数据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著
24、；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内1616点阵不论显示图形还是文字，主要控制这些图形或文字的各个点所在位置对应的LED发光，就可以得到我们想要得到的显示结果，这种同时控制各个灯亮灭的方法称为静态驱动显示方法。1616点阵共有256个发光二极管但是单片机没有那么多的端口，如果采用锁存器来扩展端口，按8位锁存器计算的话，需要2568=32个锁存器，显然这个数组对我们来说有点庞大，而且成本非常高。因此我们采用动态扫描显示的方法来实现功能。 动态扫描就是逐行轮流点亮，这样的扫描电路就可以实现多行的同名列公用同一驱动器，也就是说把所有同一行的发光管连接在一起，把所有同一列
25、的阴极连接在一起（共阴极接法）先送出对应第一行发光管的点亮熄灭数据并锁存，然后选通第一行，使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其点亮相同的时间，再熄灭；以此类推，到16行后，又重新点亮第一行，反复轮回，这样我们就可以得到我们需要的文字图形了。LED点阵总体框图如下所示，点阵电路大体上可分为本身的硬件，行驱动电路，列驱动电路，控制信号电路四部。LED显示点阵行驱动器单片机列驱动器电源图2-1 显示屏电路框图第三章 系统硬件部分设计图文屏的控制电路采用单片机方案，控制功能的实现应在硬件和软件两方面进行主要分析和设计。单片机及相应软件，主要负责存储或生成显示数据、安
26、排控制信号的定时与顺序等功能。但是单片机的接口数量很少，驱动能力不强，必须扩展一定的硬件驱动电路，才能满足显示屏的需要。系统硬件部分电路大致上可以分成稳压电源、单片机系统及外围电路、列驱动器电路、行驱动器电路和LED显示屏电路五部分。3.1 电源设计稳压电源的功能是把220V交流电压转变为稳定的直流电压。它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图3-1所示 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _图3-1稳压电源的组成框图u1 u2 u3 uI U0 t 0 t 0 t 0 t 0
27、t 0 图3-2 整流与稳压过程稳压电源的电路形式如图3-3所示，其中变压器T是来自电网的220V交流电压转变为整流电路所需的7.5V电压，再经整流电桥（4个二极管）D1将交流电压变换成脉动的直流电压，随后电解电容器C1将脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较为平滑的直流电压。为了得到改善的纹波电压，再将直流电压通过电容C2，然后经集成稳压器IC1稳压，在输出端得到稳定的5V直流电压。这时，在输出端接上电容C3，用以滤除输出端的高频信号，改善负载的瞬态响应，最后即可得到所需的、稳定的直流电压。电路最后接入的发光二极管用做电源指示灯。图3-3 电源电路图3.2 单片机系统及外围电路3.2.
28、1 单片机的选择 现在市场上的单片机各种各样，功能也各有不同，而我这次设计需要选择89C51或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制所有电路和相应程序的运行，以及给显示屏部分发送命令，我们在这里选择4K字节Flash的AT89C51单片机，由于在此次设计中，我们只需要显示图文因此4K Flash可以满足字库存储的需求，不需要外部扩展外存储器。3.2.2 AT89C51芯片介绍AT89C51是美国ATMEL公司生产的8位Flash ROM单片机。其最突出的优点是片内ROM为Flash ROM，可擦写1000次以上，应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有在片程序R
29、OM二级保密系统。因此可灵活应用于各种控制领域。AT89C51包含以下一些功能部件：（1）一个8位CPU；（2）一个片内振荡器和时钟电路；（3）4KB Flash ROM；（4）128B 内RAM；（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；（6）两个16位定时/计数器；（7）21个特殊功能寄存器；（8）4个8位并行I/O口；（9）一个可编程全双工串行口；（10）5个中断源，可设置成2个优先级。AT89C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图3-3为其引脚排列图。40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制各I/O引脚。1.电源部分VCC-输入5V直流电源GND-接地2.时
30、钟电路 XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。3控制线控制线共有4根，其中3根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。一ALE/地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。（1）ALE功能：用来锁存P0口送出的低八位地址。AT89C51在并行扩展外存储器时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是低8位地址信号。在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令，ALE以时钟振荡频率1
31、/6的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。（2）功能：片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。二 外ROM读选通信号。89C51读外ROM时，每个机器周期内两次有效输出。可作为外ROM芯片输出允许的选通信号。在读内ROM或读外RAM时，无效。三RST/VPD复位/备用电源。（1）正常工作时，RST端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，AT89C51芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H开始执行指令。（2）VPD功能：在VCC掉电情况
32、下，该引脚可接上备用电源，由VPD向片内RAM供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。四/VPP内外ROM选择/片内EPROM编程电源。（1）功能：正常工作时，为内外ROM选择端。AT89C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外。当保持高电平时，先访问内ROM，但当PC值超过4KB时，将自动转向执行外ROM中的程序。当保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。（2）VPP功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源。五I/O引脚AT89C51有P0、P1、P2、P3 4个8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口是一组8位漏
33、级开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1 口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部信号拉低的P1口会因为内部上拉而输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2 口是带内部上拉电阻的双向I/
34、O口，向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据，当使用8位寻址方式(MOVXRI)访问外部数据存储器时，P2口发送P2特殊功能寄存器的内容，在整个访问期间不改变。Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3 口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的
35、是它的第二功能，如下所示：P3.0RXD 串行口输入端P3.1TXD 串行口输出端P3.2 外部中断0请求输入端P3.3 外部中断1请求输入端P3.4T0 定时/计数器0外部信号输入端P3.5T1 定时/计数器1外部信号输入端P3.6 外RAM写选通信号输出端P3.7 外RAM读选通信号输出端3.2.3 单片机系统外围电路单片机系统外围电路形式如图3-4所示。单片机振荡器反相放大器的输入端（XTAL1）和输出端（XTAL2）之间接上12MHz或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。电容C6、C7是晶振的负载电容，主要起频率微调和稳定的作用。其中RESET端口接复位电路，可以使正在
36、运转中的单片机迅速回到初始状态图3-4单片机外围电路3.3 列驱动电路列驱动电路由两个集成电路74HC595构成，如图3-5所示。集成电路74HC595介绍如图3-6它具有一个8位串行输入/输出或者并行输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。图3-5 列驱动电路图74HC595的管脚及内部结构形式如图3-6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SER是串行数据的输入端。引脚SRCLK输入移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发
37、生移位，并将SER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。RCLK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。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0，由于SRCLK和RCLK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QAQH，最高位QH可作为多片74HC595级连应用时，向上一级的级连输出。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
38、连输出。移位寄存和输出锁存的时序波形如图3-6所示：图3-6 74HC595的管脚及内部结构逻辑图图3-7 移位寄存和输出锁存的时序波形图由74HC595组成的列驱动器示于图3-8中。该图由两片74HC595组成16列的驱动，由16个行驱动器驱动16行。第一片列驱动器的SER端连接单片机输出的串行列显示数据，其QH端连接第二片的SER端，采用这样的方法组成两片的级连。两片相应的SRCLK、RCLK端分别并联，作为统一的串行数据移位信号、串行数据清除信号和输出锁存器打入信号。这样的结构，使得各片串行移位能把16列的显示数据依次输入到相应的移位寄存器输出端。移位过程结束之后，控制器输出RCLK打入
39、信号，16列显示数据一起打入相应的输出锁存器。然后选通相应的行，该行的各列就按照显示数据的要求进行显示。行译码器输出电源行驱行驱行驱行驱第1行第2行 . .第15行列驱动列驱动第16行列显示数据SRCLKSRCLRRCLK图3-8 显示驱动电路3.4行驱动电路3.4.1行驱动芯片74HC164 介绍 74HC164是与门输入，异步清零CLR的8位串入并出移位寄存器。输入数据完全由A、B端口输入，A、B端口任一为低电平时，屏蔽另一端口的输入数据，并在下一个时钟脉冲将第一个触发器的状态置为1；A、B端口任一为高电平时，触发器的状态将由另一个端口的输入数据决定。如果时钟翻转满足最小的建立时间，输入端
40、数据将随着时钟高低电平转换被读入，该电路是由上升沿触发，过程中，时钟电平由低电平转为高电平。功能特点：1. 与门串行输入2. 输入端口均带缓冲输入3. 直接清零4. 工作温度：-40855. 封装形式为：DIP14（74HC164P）、SOP14（74HC164M）图3-9 74HC164管脚排列图下表为74H164管脚说明：输入管脚输出管脚CLR非CLKABQAQBQHLXXXLLLHLXXQA0QB0QH0HHHQAnQAnQGnHLXQAnQAnQGnHXLQAnQAnQGn1、QA0、QA0、QH0=QA、QB、QH 在前一输出周期已经建立的稳定状态。2、QAn、QGn=QA、QG 在
41、最近一个CLK 上升之前的状态，象征1bit 的移位。3、建议在CLR 端口接100pF 电容到VCC 或GND，以增强电路的抗干扰能力。图3-10 74HC164功能框图图3-11 74HC164逻辑表3.4.2行驱动电路行驱动电路相对简单。行选通信号来源于单片机按照时序要求所给出的二进制信号，每次更新行号（开始扫描新的一行）时，由单片机输出4位二进制行号，行号经4/16线译码器译码后，生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。采用译码器的方案，还可以保证同一时刻只选通一条行线，从而达到显示的稳定性。行驱动电路原理如图3-12所示：图3-12 行驱动电路原理图行选通信号从74HC1
42、54的端输出，某一端输出低电平即为有效，而其它端输出均为高电平的信号无效。如端输出低电平，此信号传至相应的PNP型三极管Q1，此时，三极管的基极为低电平，因此，发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管导通，其集电极再将高电平加于LED阵列的对应的行上，即将此行选通；而同时74HC154的其它端输出高电平而致使该行对应的三极管截止，从而所对应LED行线不被选通。行选通按顺序从，全部各行都选通一遍之后又重新开始，这就是行驱动电路的逐行扫描过程。行信号A、B、C、D的顺序变化范围从0000、0001、0010、至l111，来一个选通信号，行信号顺序就变化一次，其频率由扫描电路决定。 由于行驱动电路一条
43、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，就需要1620=320mA的驱动电流，选用三极管8550作为驱动管可以在逻辑功能和驱动能力上符合LED的驱动要求。3.5 LED显示屏电路LED显示屏是将发光二极管按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制，当然也可以按列扫描按行控制。LED显示屏现多采用多块88点阵显示单元拼接而成。本文就是使用4块SBM1388型号的实验模块组成1616点阵，以满足汉字显示的要求。88 LED点阵是最基本的点阵显示模块，理解了88 LED点阵的工作原理就可以基本掌握LED点阵显示技术。88点阵LED结构如图3-13所示，其等效电路如图3-14所示： 图3-13 88点阵LED结构图图3-14 88点阵LED等效电路图从图中（本图的LED阵列采用共阳的接法）可以看出，88点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。要实现显示图形或字体，只需考虑其显示方式，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭