畢業(yè)論文-基于A(yíng)T89C51單片機(jī)的16＊16點(diǎn)陣設(shè)計(jì).doc

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1、江海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于A(yíng)T89C51單片機(jī)的1616點(diǎn)陣設(shè)計(jì)第一章 緒 論1.1 設(shè)計(jì)課題背景知識(shí)單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，它是為各類(lèi)專(zhuān)用控制器而設(shè)計(jì)的通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)系統(tǒng)，高密度集成了普通計(jì)算機(jī)微處理器，一定容量的RAM和ROM以及輸入/輸出接口，定時(shí)器等電路于一塊芯片上構(gòu)成的。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以極其高的性?xún)r(jià)比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易。在現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中，越來(lái)越多的場(chǎng)所需要用點(diǎn)陣

2、圖形顯示器顯示漢字，漢字顯示屏也廣泛應(yīng)用到汽車(chē)報(bào)站器，廣告屏等。所以研究LED顯示有實(shí)用的意義。LED顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，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；視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動(dòng)畫(huà)、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。LED顯示屏顯示畫(huà)面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫(huà)，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、車(chē)站、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、證券市場(chǎng)、工業(yè)企業(yè)管理等公共場(chǎng)所。 LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影

3、儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED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?，F(xiàn)代LED的發(fā)展很快，很多研究領(lǐng)域非常已經(jīng)深刻，實(shí)際情況是：很多相關(guān)的知識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們?cè)谛W(xué)生的能力范圍，所以在此只是簡(jiǎn)單的研究一下用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的LED顯示移動(dòng)的漢字。目的有三：一是親手制作一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的顯示文字的LED點(diǎn)陣；二是通過(guò)制作LED點(diǎn)陣增強(qiáng)對(duì)LED點(diǎn)陣的了解和應(yīng)用，以及復(fù)

4、習(xí)鞏固單片機(jī)知識(shí)；三是通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)，為以后走向社會(huì)工作打下基礎(chǔ)，并且增強(qiáng)了同學(xué)之間的友誼。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1616 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(yǔ)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。不論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣圖形，在按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對(duì)于只控制通斷的圖文顯示屏來(lái)說(shuō)，每個(gè)LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的1位（1bit），在需要該LE D器件發(fā)光的數(shù)據(jù)中

5、相應(yīng)的位填1，否則填0。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣時(shí)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(diǎn)填寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個(gè)顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對(duì)自由，只要能夠滿(mǎn)足顯示控制的要求即可。文字的點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫(kù)字模。組成一個(gè)字的點(diǎn)陣，其大小也可以有1616、2424、3232、4848等不同規(guī)格。用點(diǎn)陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計(jì)好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿(mǎn)意的顯示效果。因而采用點(diǎn)陣式圖文顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色、和多色幾種。

6、最常用的是單色圖文屏。單色屏多使用紅色或橘紅色或橙色LED點(diǎn)陣單元。雙色圖文屏和多色圖文屏，在LED點(diǎn)陣的每一個(gè)“點(diǎn)”上布置有兩個(gè)或多個(gè)不同顏色的LED發(fā)光器件。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時(shí)候，各顏色的顯示點(diǎn)陣是分開(kāi)控制的。事先設(shè)計(jì)好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時(shí)分別送到各自的顯示點(diǎn)陣，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)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。為了吸引觀(guān)眾增強(qiáng)顯示效果，可以有多種顯示模式。最簡(jiǎn)單的顯示模式是靜態(tài)顯示。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?qǐng)D文運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)又可以分為

7、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(xiě)顯示數(shù)據(jù)，可以通過(guò)一定的算法從原來(lái)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；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(guò)程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由本人和鐘桂，張維平組成一組，我負(fù)責(zé)硬件部分電路圖的設(shè)計(jì)和軟件部分程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，目的是應(yīng)用簡(jiǎn)單方便的電路連接和程序完成漢字的換色與移動(dòng)。鐘桂負(fù)責(zé)用設(shè)計(jì)好的點(diǎn)陣電路制作PCB電路板，包括完成PCB板的制作

8、，張維平負(fù)責(zé)制作另外一塊在面包板上連的點(diǎn)陣線(xiàn)連板子的焊接與調(diào)試，各人的分工不同只是工作側(cè)重點(diǎn)的不同，大家是在一起互相學(xué)習(xí)互相幫助，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)框圖及介紹 LED點(diǎn)陣總體框圖如圖1.1所示，點(diǎn)陣電路大體上可以分成微機(jī)本身的硬件、顯示驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)電路三部分?？刂齐娐凡糠职ㄒ粋€(gè)51CUP和一些外圍電路。在整個(gè)電路當(dāng)中此控制電路部分相當(dāng)于一個(gè)上位機(jī)，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、與PC機(jī)的串行通訊、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。點(diǎn)陣顯示屏體、以及它的行和列的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。由于兩部分的電路在制板時(shí)可以放到一起，所以可以將其字庫(kù)放到控制電路部分使用串行通訊方

9、式來(lái)與屏體電路部分進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。此顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開(kāi)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)。另一方而，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，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的LED；未接通的列所對(duì)應(yīng)的LED熄滅?？赏ㄟ^(guò)掃描輸出口的控制實(shí)現(xiàn)顏色的轉(zhuǎn)換。圖2.1 點(diǎn)陣顯示的總體框圖2.2 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)（Microcontroller，又稱(chēng)微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程

10、序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口電路。8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.2。圖2.2 8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)8051是MCS-51系列單片機(jī)的一個(gè)產(chǎn)品。MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司推出的通用型單片機(jī)，8051單片機(jī)系列指的是MCS-51系列和其他公司的8051衍生產(chǎn)品。這些衍生品是在基本型基礎(chǔ)上增強(qiáng)了各種功能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品給8位單片機(jī)注入了新的活力，給它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用開(kāi)拓了更廣泛的前景。8051系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為CPU、存儲(chǔ)器、并行口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷邏輯幾部分。（1）中央處理器8051的中央處理器由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器（SF

11、R）。算術(shù)邏輯單元ALU能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算；“與”、“或”、“異或”等邏輯運(yùn)算以及位操作運(yùn)算。ALU只能進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的操作數(shù)可以事先存放到累加器ACC或寄存器TMP中，運(yùn)算結(jié)果可以送回ACC或通用寄存器或存儲(chǔ)單元中，累加器ACC也可以寫(xiě)為A。B寄存器在乘法指令中用來(lái)存放一個(gè)乘數(shù)，在除法指令中用來(lái)存放除數(shù)，運(yùn)算后B中為部分運(yùn)算結(jié)果。程序狀態(tài)字PSW是個(gè)8位寄存器，用來(lái)寄存本次運(yùn)算的特征信息，用到其中七位。PSW的格式如下所示，其各位的含義是：CY：進(jìn)位標(biāo)志。有進(jìn)位/錯(cuò)位時(shí)CY=1，否則CY=0。 AC：半進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)D3位向D4位產(chǎn)生進(jìn)位/錯(cuò)位時(shí)，AC=1，否則AC=0，常用

12、于十進(jìn)制調(diào)整運(yùn)算中。F0：用戶(hù)可設(shè)定的標(biāo)志位，可置位/復(fù)位，也可供測(cè)試。RS1、RS0：四個(gè)通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來(lái)選擇03寄存器組。OV：溢出標(biāo)志。當(dāng)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果超出-128+127范圍時(shí)OV=1，否則OV=0。當(dāng)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法結(jié)果超過(guò)255時(shí)，或當(dāng)無(wú)符號(hào)數(shù)除法的除數(shù)為0時(shí)OV=1，否則OV=0。P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完，若A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)P=1，否則P=0，即偶校驗(yàn)方式?？刂七壿嬛饕ǘ〞r(shí)和控制邏輯、指令寄存器 、譯碼器以及地址指針DPTR和程序寄存器PC等。單片機(jī)是程序控制式計(jì)算機(jī)，即它的運(yùn)行過(guò)程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過(guò)程：從程序存儲(chǔ)器中取出

13、指令送指令存儲(chǔ)器IR，然后指令譯碼器ID進(jìn)行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時(shí)要求的微操作信號(hào)，用以控制單片機(jī)的各部分動(dòng)作。8051的控制器在單片機(jī)內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作，并對(duì)單片機(jī)發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專(zhuān)門(mén)的控制線(xiàn)，諸如PSEN、ALE、EA以及RST，也有一些是和P3口的某些端子合用，如WR和RD就是P3.6和P3.7，他們的具體功能在介紹8051引腳是一起敘述。（2）存儲(chǔ)器組織8051單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為哈佛結(jié)構(gòu)單片機(jī)。這種結(jié)構(gòu)與通用微機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)存儲(chǔ)

14、器邏輯空間，可隨意安排ROM或RAM，訪(fǎng)存時(shí)用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為普林斯頓型。8051單片機(jī)在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8051片內(nèi)有256K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和4KB的程序存儲(chǔ)器ROM。除此之外，還可以在片外擴(kuò)展RAM和ROM，并且各有64KB的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴(kuò)展2*64KB存儲(chǔ)器。8051的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖 2-3 8051存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（ROM）空間中，有4K字節(jié)地址區(qū)對(duì)于片內(nèi)ROM和片外ROM是公用的，這4K字節(jié)地址是0000HFFFH。而1000HFFFFH地址區(qū)為外部

15、ROM專(zhuān)用。CPU的控制器專(zhuān)門(mén)提供一個(gè)控制信號(hào)EA用來(lái)區(qū)分內(nèi)部ROM和外部ROM的公用地址區(qū)：當(dāng)EA接高電平時(shí)，單片機(jī)從片內(nèi)ROM的4K字節(jié)存儲(chǔ)器區(qū)取指令，而當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后，就自動(dòng)的轉(zhuǎn)向片外ROM取指令。當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只從片外ROM取指令。程序存儲(chǔ)器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的：0000H0002H單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復(fù)位以后，CPU總是叢0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。0003H002AH單元均勻地分為五段，用做五個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。用戶(hù)程序不應(yīng)進(jìn)入上述區(qū)域。8051的RAM雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。256個(gè)字節(jié)被分為兩個(gè)區(qū)域：00H7FH時(shí)真正

16、的RAM區(qū)，可以讀寫(xiě)各種數(shù)據(jù)。而80HFFH是專(zhuān)門(mén)用于特殊功能寄存器（SFR）的區(qū)域。對(duì)于8051安排了21個(gè)特殊功能寄存器，每個(gè)寄存器為8位，所以實(shí)際上128個(gè)字節(jié)并沒(méi)有全部利用。內(nèi)部RAM的各個(gè)單元，都可以通過(guò)直接地址來(lái)尋找，對(duì)于工作寄存器，則一般都直接用R0R7，對(duì)特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。8051內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用“寄存器名.位”來(lái)表示，如ACC.0，B.7等。2.3 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖2.4 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)原理圖 注: 該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位RESET電路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成。復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用2種方式: 開(kāi)機(jī)上電復(fù)

17、位和外部手動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)用的是外部手動(dòng)復(fù)位。電路圖2.5如下：圖2.5 單片機(jī)復(fù)位圖AT89C51工作電壓VCC=5V,其EA引腳需接高電平,5V電源電路如圖2.6所示。圖2.6 單片機(jī)電源原理圖注: 該電源電路主要模塊為IC7805,它能輸出穩(wěn)定的 5V電源,圖中整流橋是將市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?電容起到慮波作用由7805的OUT引腳輸出5V電壓。2.4 LED點(diǎn)陣介紹88單色點(diǎn)陣共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)二極管是放置在行線(xiàn)與列線(xiàn)的叉點(diǎn)上。本設(shè)計(jì)是一種實(shí)用的漢字顯示屏的制作，制作的是雙色點(diǎn)陣。考慮到元器件的易購(gòu)性，沒(méi)有使用88的點(diǎn)陣發(fā)光二極管模塊，而是直接使用了256個(gè)高亮度發(fā)光管，組成了

18、16行16列的發(fā)光點(diǎn)陣。實(shí)際使用時(shí)可以根據(jù)這個(gè)原理自行擴(kuò)充顯示的字?jǐn)?shù)。對(duì)比下面的88單色點(diǎn)陣和88雙色點(diǎn)陣可以看出，其實(shí)88雙色點(diǎn)陣就是兩塊88單色點(diǎn)陣組合在一起的。要實(shí)現(xiàn)用兩種顏色顯示，只要在電路的設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)倪B線(xiàn)就可以了。 88單色和雙色點(diǎn)陣LED結(jié)構(gòu)分別如下圖2.8和2.9所示。 圖2.7 88點(diǎn)陣外觀(guān)及引腳圖 圖2.8 88單色點(diǎn)陣內(nèi)部圖 圖2.9 88雙色點(diǎn)陣內(nèi)部圖2.5 LED顯示方式漢字顯示屏用于顯示漢字、字符及圖像信息，在公共汽車(chē)、銀行、醫(yī)院及戶(hù)外廣告等地方都有廣泛的應(yīng)用。下面是簡(jiǎn)單的漢字顯示屏的制作，由單片機(jī)控制漢字的顯示內(nèi)容。為了降低成本，使用了四塊88的LED點(diǎn)陣發(fā)光管的

19、模塊，組成了一個(gè)1616的LED點(diǎn)陣顯示屏，如圖2.10所示。在這里僅做了四個(gè)漢字的顯示，在實(shí)際的使用中可以根據(jù)這個(gè)原理自行的擴(kuò)展顯示的漢字，下面是介紹漢字顯示的原理。 圖2.10 四塊88的LED點(diǎn)陣組成1616的LED點(diǎn)陣LED驅(qū)動(dòng)顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。以1616點(diǎn)陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陽(yáng)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(yáng)的接法），先送出對(duì)應(yīng)第1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅

20、；.第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線(xiàn)，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。采用串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列

21、數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾，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)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能。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)，串行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。LED點(diǎn)陣顯示模塊進(jìn)行的方法有兩種：（1）水平方向（X方向）掃描，即逐列掃描的方式（簡(jiǎn)稱(chēng)列掃描方式）：此時(shí)用一個(gè)P口輸出列碼決定哪一列能亮（相當(dāng)于位碼），用另一個(gè)P口輸出行碼（列數(shù)據(jù)），決定該行上那哪個(gè)LED亮（相當(dāng)于段碼）。能亮的列從左到右掃描完16列（相當(dāng)于位碼循環(huán)移動(dòng)16次）即顯示出一

22、個(gè)完整的圖像。（2）豎直方向（Y方向）掃描，即逐行掃描方式（簡(jiǎn)稱(chēng)行掃描方式）：此時(shí)用一個(gè)P口輸出決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼），另一個(gè)P口輸出列碼（行數(shù)據(jù)，行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn)90度的數(shù)據(jù)）決定該行上哪些LED燈亮（相當(dāng)于段碼）。能亮的行從上向下掃描完16行（相當(dāng)于位碼循環(huán)移位16次）即顯示一幀完整的圖像。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是第一種的掃描方法，即水平方向（X方向）掃描。每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣形成顯示，即每個(gè)字均由256個(gè)點(diǎn)陣來(lái)表示，我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素。一般我們使用的1616的點(diǎn)陣宋體字庫(kù)，即所謂的1616，是每一個(gè)漢字在縱橫各16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。漢字庫(kù)從該位置起的32字節(jié)信

23、息記錄了該字的字模信息。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。我們以水平方向（x方向）掃描顯示漢字的“江”為例來(lái)說(shuō)明其掃描原理，每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示，如圖下的，如果用8位的AT89S51的單片機(jī)來(lái)控制，由于單片機(jī)的總線(xiàn)為8位，一個(gè)字需要拆分成兩個(gè)部分。一般我們把它分解成上部分和下部分，上部分由8*16的點(diǎn)陣組成，下部分也由8*16的點(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部分，即第0列的P00P07口。方向?yàn)镻00到P07，顯示漢字“江”的時(shí)候，P00到P04都是滅的，P05亮，即二進(jìn)制00001000，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為08H，如

24、圖2.11所示。上半部分第一列完成之后，繼續(xù)掃描下半部分的第一列，為了接線(xiàn)的方便，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由上往下的掃描方式，即從P27向P20方向掃描，從上圖可以看到，這一列所有的都不亮，所以代碼為00000000，16進(jìn)制為00H，然后單片機(jī)轉(zhuǎn)向上半部的第二列，除了P05亮，其他的都不亮，即為00000100，16進(jìn)制為04H，這一列掃描完成之后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描，除了P21亮，其他的為不亮，為二進(jìn)制00100000，即16進(jìn)制20H。按照這個(gè)方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描32個(gè)8位，可以得出漢字“江”的掃描代碼為 ：08H,20H,06H,20H,80H,7EH,63H,80H0CH,04H

25、,00H,04H,20H,04H,20H,04H20H,04H,3FH,FCH,20H,04H,20H,04H20H,04H,20H,04H,00H,04H,00H,00H 圖2.11 點(diǎn)陣顯示原理圖由這個(gè)原理可以看到，無(wú)論顯示何種字體或圖像，都可以用這種方法來(lái)分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。了解漢字的顯示原理之后，那如何得到漢字的字模信息呢？現(xiàn)在有一些現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，可從網(wǎng)上下載漢字字庫(kù)提取程序直接提取字庫(kù)，如圖2.12所示的為一種字模生成軟件，軟件打開(kāi)后輸入漢字，點(diǎn)擊“檢取”后，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)漢字代碼即可以自動(dòng)生成，把我們需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序即可。圖2.12 漢字字模生

26、成軟件2.6 點(diǎn)陣的移動(dòng)以下以1616點(diǎn)陣為例介紹點(diǎn)陣的移動(dòng)。要顯示一個(gè)字符，該字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)可以列向（縱向）16點(diǎn)組字，又可以行向（橫向）16點(diǎn)組字。無(wú)論哪一種組字方法，都既可以顯示字符的水平方向的移動(dòng)，又可以顯示豎直方向的移動(dòng)。1顯示字符的左右移動(dòng)(1)列掃描方式左移動(dòng)：列向組字顯示字符水平方向的移動(dòng)（左滾動(dòng)） 在這里有兩個(gè)方法： 方法1：延長(zhǎng)數(shù)組法。將原來(lái)字符點(diǎn)陣數(shù)組的16個(gè)數(shù)據(jù)重復(fù)一遍延長(zhǎng)，點(diǎn)陣數(shù)組的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為32個(gè)。每掃描儀幀取8個(gè)數(shù)據(jù)顯示，下一幀取數(shù)要在數(shù)組中后移一個(gè)數(shù)取數(shù)。循環(huán)一遍掃16幀?？梢约傧胗袃蓧K1616的點(diǎn)陣模塊（共32幀）水平平行排列，用一個(gè)恰好能罩住8列點(diǎn)陣的中空方

27、框去罩這個(gè)點(diǎn)陣，第1（第1幀）罩住最左邊數(shù)起第一列開(kāi)始的16列，就掃描顯示這16列；第2次（第2幀）使方框右移一列，罩住做左邊數(shù)起第2列開(kāi)始的16列，就掃描顯示這16列；這樣每掃描完一幀使方框右移一列，最后第16次（第16幀）時(shí)，罩住左邊數(shù)起的第16列開(kāi)始的16列，就掃描顯示這16列。如此完成16幀畫(huà)面的掃描顯示，也就完成了整個(gè)一次移動(dòng)循環(huán)掃描、之后反復(fù)循環(huán)，即可呈現(xiàn)顯示字符沿水平向左移動(dòng)的圖像，如圖2.13所示。 圖2.13 方框圖法左右移動(dòng)示意圖因?yàn)槭橇邢蚪M字（列掃描方式，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為行碼，上邊為地位下面為高位），希望顯示移動(dòng)的一個(gè)字符，第1次掃描從行碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第116個(gè)數(shù)據(jù)，送行碼輸

28、出口，對(duì)應(yīng)于這8個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用列碼輸出口輸出列碼，分別控制第116列。掃描完前16個(gè)數(shù)據(jù)之后，第2次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第214個(gè)數(shù)據(jù)（第17個(gè)數(shù)據(jù)與地1個(gè)數(shù)據(jù)同），送行碼輸出口，對(duì)應(yīng)于這16個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用列碼輸出口輸出列碼，仍分別控制掃地116列。第3次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第318個(gè)數(shù)據(jù)（第18個(gè)數(shù)據(jù)碼與地2個(gè)數(shù)據(jù)碼相同）掃描；如此實(shí)現(xiàn)字符向左移動(dòng)。以上完成一個(gè)圖形移動(dòng)的方法，也可以看成是移動(dòng)16個(gè)不同的字形。如圖2.13所示，首先掃描第一個(gè)字型，同樣是16行，16次掃描，16次顯示；完成一個(gè)字型的掃描以后，再掃描第二個(gè)字型；完成第二個(gè)字型的掃描之后，再掃描第三個(gè)字型依此類(lèi)推，即可產(chǎn)生該文字的左

29、移的感覺(jué)。 圖2.13字形法左右移動(dòng)示意圖假設(shè)如果原本某個(gè)漢字的字型（第一個(gè)字型），其編碼為：00H,10H,20H,30H,40H,50H,60H,70H,80H,90H,0A0H,0B0H,0C0H,0D0H0E0H,0F0H；第二個(gè)字型的編碼為：10H,20H,30H,40H,50H,60H,70H,80H,90H,0A0H,0B0H,0C0H,0D0H0E0H,0F0H, 00H,也就是把第一個(gè)字型的編碼中，第1行顯示數(shù)據(jù)，變?yōu)榈?行顯示數(shù)據(jù)；第2行顯示數(shù)據(jù)，變成第3行顯示數(shù)據(jù)；第3行顯示數(shù)據(jù)，變成第4行顯示數(shù)據(jù)；第4行顯示數(shù)據(jù)，變成第5行顯示數(shù)據(jù)以此類(lèi)推。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字型掃描顯示完成之后

30、，就進(jìn)行這樣的動(dòng)作調(diào)整，以產(chǎn)生第二個(gè)字型的編碼。同樣的，當(dāng)?shù)诙€(gè)字型掃描完成之后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動(dòng)作，以產(chǎn)生第三個(gè)字型的編碼。這個(gè)調(diào)整動(dòng)作時(shí)先將16個(gè)編碼根據(jù)序填入存儲(chǔ)器，例如第1行編碼存入20H,第二行編碼存入21H要進(jìn)行左移調(diào)整時(shí)，則先將20H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到36H地址，再將21 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到20 H地址，將22 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到21 H地址，將23 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到22 H地址，將24 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到23 H地址，將25 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到24 H地址，將26 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到25 H地址，將27 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到26 H地址，將28 H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到27H地址方法

31、2：數(shù)組數(shù)據(jù)“循環(huán)左移法” （適合用C語(yǔ)言編寫(xiě)，在此僅作了解）。注意，不是把二進(jìn)制數(shù)據(jù)按位循環(huán)左移，而是把數(shù)組中的數(shù)據(jù)按其在數(shù)組中的位置循環(huán)左移。具體的方法入下。原字符點(diǎn)陣數(shù)組中的16個(gè)數(shù)據(jù)不延長(zhǎng)，但下一幀取的16個(gè)數(shù)據(jù)，是把上一幀的16個(gè)數(shù)據(jù)的位置（先后順序）“循環(huán)左移”一次，即原來(lái)第2個(gè)移到第1個(gè)，原來(lái)第3個(gè)移到第2個(gè)原來(lái)第1個(gè)移到第16個(gè)。實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法有：第一，遍一個(gè)“數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移子程序”，該子程序每執(zhí)行一次可把數(shù)組中的額數(shù)據(jù)循環(huán)左移一次，主程序中先調(diào)用一次該子程序，時(shí)數(shù)組中的數(shù)據(jù)循環(huán)左移這一次，然后再?gòu)臄?shù)組中取數(shù)據(jù)顯示。當(dāng)數(shù)組中的額數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)較多時(shí)，片內(nèi)RAM將不夠大，

32、必須將數(shù)組定義在片外RAM中。第二，不用子程序，而是用變量判斷控制實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)的循環(huán)左移。(2) 行掃描方式左移：行向組字顯示字符水平方向的左移。如果是行向組字（行掃描方式，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為列碼，左邊為敵位右邊為高位），希望顯示向左移動(dòng)的一個(gè)字符，第1次掃描從列碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第116個(gè)數(shù)據(jù)，送到列碼輸出口，對(duì)應(yīng)的8個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第116行。掃描完成這16個(gè)數(shù)據(jù)之后，第2次掃描的第16個(gè)數(shù)據(jù)，應(yīng)將原來(lái)第1次掃描的16列碼每一個(gè)都循環(huán)右移一位（如果是顯示右移則應(yīng)循環(huán)左移），再進(jìn)行掃描。如此，每進(jìn)行下一次掃描，把上一次掃描的16個(gè)列碼都循環(huán)右移一位，再進(jìn)行掃描。數(shù)據(jù)的右移

33、與數(shù)據(jù)的左移相似，只是取碼的順序相反而已，在此就不再贅述。2數(shù)據(jù)的上下移動(dòng)(1)列掃描方式向上移動(dòng)列向組字顯示字符豎直方向的移動(dòng)。若是列向組字，希望顯示向上移動(dòng)一個(gè)字符，第1次掃描從行碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第116個(gè)數(shù)據(jù)，送行碼輸出口，對(duì)應(yīng)于這16個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用列碼輸出口輸出列碼，分別控制掃描第116列。由于是列向組字（上高下低），掃描完成這16個(gè)數(shù)據(jù)后，第2次掃描的16個(gè)數(shù)據(jù)，應(yīng)將原來(lái)的第1次掃描的16個(gè)行碼每一個(gè)都循環(huán)右移一位，使顯示的點(diǎn)都上移一行（如果是顯示向下滾動(dòng)則應(yīng)循環(huán)左移），再進(jìn)行掃描。如此，每進(jìn)行下一次的掃描，把上一次的16個(gè)行碼都循環(huán)右移一位，再進(jìn)行掃描就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的向上移動(dòng)。也可以

34、用字型的方法容易理解，以下的1616的LED顯示一個(gè)字是8個(gè)字型，首先掃描的而是第一個(gè)字型，同樣是16行，16列掃描，16次顯示；完成一個(gè)字型后，再掃描第二個(gè)字型；完成第二個(gè)字型后，再掃描第三個(gè)字型以此類(lèi)推，即可產(chǎn)生該文字向上移動(dòng)的感覺(jué)當(dāng)把第一個(gè)字型編碼中，每行顯示的數(shù)據(jù)都右移一位，以產(chǎn)生第二個(gè)字型編碼，即可產(chǎn)生字符向上滾動(dòng)的感覺(jué)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字符掃描完成后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動(dòng)作，以產(chǎn)生第二個(gè)字型的編碼。同樣的，當(dāng)?shù)诙€(gè)字型完成之后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動(dòng)作，以產(chǎn)生第三個(gè)字型的編碼。調(diào)整的動(dòng)作是先將8個(gè)編碼根據(jù)序填入儲(chǔ)存器，例如第1行編碼存入20地址，第2行編碼存入21地址要進(jìn)行上移調(diào)整時(shí)，則從20地

35、址數(shù)據(jù)開(kāi)始，每筆數(shù)據(jù)都右移一位即可。 下圖2.15僅以字型移動(dòng)的方法畫(huà)圖。 圖2.15 字形法上下移動(dòng)示意圖(2)行掃描方式上下移動(dòng)行向組字顯示字符豎直方向的移動(dòng)方法1：延長(zhǎng)數(shù)組法。如果是行向組字，希望顯示向上移動(dòng)的一個(gè)字符，第1次掃描從列碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第116個(gè)數(shù)據(jù)，送列碼輸出口，對(duì)應(yīng)于這8個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第116行。第2次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第217個(gè)額數(shù)據(jù)（第17個(gè)數(shù)據(jù)與地1個(gè)數(shù)據(jù)同），分別送列碼輸出口，對(duì)應(yīng)于這16個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，仍分別控制地116行。第3次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第318個(gè)數(shù)據(jù)（第18個(gè)數(shù)據(jù)與地2個(gè)數(shù)據(jù)同）掃描；如此就實(shí)現(xiàn)了字

36、符的向上移動(dòng)。方法2：數(shù)組數(shù)據(jù)“循環(huán)左移法”。實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法與上類(lèi)似。也有：用數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移子程序；不用子程序，而是用變量判斷控制實(shí)現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)的循環(huán)左移。2.7 點(diǎn)陣顏色的轉(zhuǎn)換圖2.16 雙色88點(diǎn)陣掃描接口圖 為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以下以88雙色點(diǎn)陣為例介紹雙色的轉(zhuǎn)換原理。前面已經(jīng)介紹過(guò)了，88雙色點(diǎn)陣其實(shí)就相當(dāng)于2個(gè)88單色點(diǎn)陣組合在一起，上圖2.16的2個(gè)88單色點(diǎn)陣就相當(dāng)于一個(gè)88的單色點(diǎn)陣。在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候可以使顯示信號(hào)從公用的引腳接入，接到89C51的一個(gè)PORT口，把顯示紅色的部分和顯示黃色的部分分別接到89C51的另外兩個(gè)PORET口，在編寫(xiě)程序的時(shí)候，使顯示紅色的掃描信

37、號(hào)輸出就顯示了紅色，當(dāng)顯示黃色的掃描掃描信號(hào)輸出時(shí)，就顯示了黃色。2.8 LED陣列驅(qū)動(dòng)電路正向點(diǎn)亮一顆LED，至少也得10到20毫安，若電流不夠大，則LED不夠亮！而不管是8051的輸入還是輸出端其高態(tài)輸出電流都不是很高，不過(guò)12毫安而已。因此，很難直接高態(tài)驅(qū)動(dòng)LED。這時(shí)候就需要額外的驅(qū)動(dòng)電路，分別針對(duì)共陽(yáng)極和共陰極LED陣列，有兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式。針對(duì)輸出態(tài)的不同，分為：高態(tài)掃描-高態(tài)顯示，高態(tài)掃描-低態(tài)顯示，低態(tài)掃描-高態(tài)顯示和低態(tài)掃描-低態(tài)顯示四種方式。下面針對(duì)設(shè)計(jì)中實(shí)際用到的一種驅(qū)動(dòng)方式介紹一種：共陰型低態(tài)掃描-低態(tài)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。圖2.17所示是針對(duì)共陰性L(fǎng)ED陣列而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)

38、電路，在這種驅(qū)動(dòng)電路采用低態(tài)掃描，也就是任何時(shí)間只有一個(gè)高態(tài)信號(hào)，其他則為低態(tài)。一行掃描完成之后，再把高態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)到臨近的其他行。掃描信號(hào)經(jīng)限流電阻接到PNP晶體管的基極，晶體管的集電極接地，射極則連至LED點(diǎn)陣的列引腳，若要同時(shí)點(diǎn)亮該列的16個(gè)LED，則晶體管的電流必須大于200毫安才行。常用的2N3904之類(lèi)就可以達(dá)到當(dāng)?shù)蛻B(tài)的列掃描信號(hào)輸入晶體管的基極后，該晶體管即為正向，而產(chǎn)生電流，即可使該列的LED具有點(diǎn)亮的條件所要的顯示信號(hào)連接到一個(gè)PNP晶體管的基極，而該晶體管的射極連接到VCC，同樣的，當(dāng)?shù)蛻B(tài)的顯示信號(hào)輸入時(shí)，晶體管的集電極電流將流入行LED的陽(yáng)極，即可點(diǎn)亮該行的LED。如圖2.1

39、7所示. 圖2.17共陰型低態(tài)掃描-低態(tài)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路若要并接多個(gè)LED陣列，如連接使用4個(gè)88LED陣列，連接成1616LED陣列，則一個(gè)掃描信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED陣列。如在本設(shè)計(jì)中要顯示的字比較大，用一個(gè)88的點(diǎn)陣無(wú)法顯示完整，這就需要用四塊88的點(diǎn)陣組成一塊1616的點(diǎn)陣，這樣就可以顯示完整的漢字了，若要并聯(lián)多個(gè)88的LED組成1616的點(diǎn)陣，則一個(gè)掃描信號(hào)同時(shí)要驅(qū)動(dòng)兩行的LED。如下圖2.18所示。 圖2.18 1616的點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)圖這時(shí)候就需要靠鎖存器（74LS373）將這兩組顯示信號(hào)鎖住，此處的鎖存器是以低態(tài)輸出的，其輸出的電壓可達(dá)24毫安，足以驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED；若嫌不足，可以選用7

40、4A373其輸出的電壓可達(dá)48毫安，當(dāng)74LS373得G腳為高態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端傳輸?shù)芥i存器中；G腳為低態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖住，不會(huì)隨輸入端而變。另外OC腳為輸出控制引腳，當(dāng)OC腳為高態(tài)時(shí)，輸出呈現(xiàn)高阻抗；OC為低態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)由鎖存器輸出。在這個(gè)電路之中驅(qū)動(dòng)的掃描信號(hào)總共有16條，如果直接由8051輸出，將占用2個(gè)PORT口，浪費(fèi)了寶貴的資源，不太理想，在此使用的是一個(gè)4對(duì)16的譯碼器 （74LS154）,這個(gè)譯碼器是將輸入的16進(jìn)位碼解碼輸出低態(tài)的掃描信號(hào)。輸出的低態(tài)掃描信號(hào)可直接接到PNP晶體管的基極，如果太大的話(huà)也可以先經(jīng)過(guò)限流電阻再接到PNP晶體管的基極，信號(hào)最后經(jīng)過(guò)晶體管的放大后即可推

41、動(dòng)16個(gè)LED點(diǎn)陣了。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)延時(shí)子程序延時(shí)程序在單片機(jī)編程中使用非常廣泛,也很重要，在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序中用到了延時(shí)子程序，所以在此詳細(xì)的敘述一下。在弄清延時(shí)程序指令的用法之前，要清楚的了解延時(shí)程序的基本概念,機(jī)器周期和指令周期的區(qū)別和聯(lián)系、相關(guān)指令的用法等。 我們知道程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)最重要的工作，而程序在執(zhí)行過(guò)程中常常需要完成延時(shí)的功能。例如在本設(shè)計(jì)中，行向的掃描要控制每行的掃描時(shí)間，還有所有的字移動(dòng)有一定的時(shí)間間隔，而在所有的字移動(dòng)一遍結(jié)束的一瞬間到下一遍移動(dòng)開(kāi)始的一瞬間要有延時(shí)，這時(shí)的延時(shí)可以和移動(dòng)的時(shí)間相同以保持移動(dòng)的連貫性，也可以不同作為每次從頭開(kāi)始的停頓，

42、在上述就可以通過(guò)延時(shí)程序來(lái)完成。 1. 機(jī)器周期和指令周期 （1）機(jī)器周期是指單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所花費(fèi)的時(shí)間，一般使用微秒來(lái)計(jì)量單片機(jī)的運(yùn)行速度，51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期包括12 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期，也就是說(shuō)如果51 單片機(jī)采用12MHz 晶振，那么執(zhí)行一個(gè)機(jī)器周期就只需要1s；如果采用的是6MHz 的晶振，那么執(zhí)行一個(gè)機(jī)器周期就需要2 s。 （2）指令周期是指單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般利用單片機(jī)的機(jī)器周期來(lái)計(jì)量指令周期。 在51 單片機(jī)里有單周期指令（執(zhí)行這條指令只需一個(gè)機(jī)器周期），雙周期指令（執(zhí)行這條指令只需要兩個(gè) 機(jī)器周期），四周期指令（執(zhí)行這條指令需要四個(gè)機(jī)器周期）。除了乘、

43、除兩條指令是四周期指令，其余均 為單周期或雙周期指令。也就是說(shuō)，如果51 單片機(jī)采用的是12MHz 晶振，那么它執(zhí)行一條指令一般只需 12 微秒的時(shí)間；如果采用的是6MHz 晶振，執(zhí)行一條指令一般就需24微秒的時(shí)間。以12MHZ晶振為例，指令周期、機(jī)器周期與時(shí)鐘周期的關(guān)系是： 指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期，它是以機(jī)器周期為單位的，指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。 時(shí)鐘周期：也稱(chēng)為振蕩周期，一個(gè)時(shí)鐘周期晶振的倒數(shù)。 MCS-51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。 MCS-51單片機(jī)的指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)的，它們的指令周期不盡相同，一個(gè)單周期指令包

44、含一個(gè)機(jī)器周期，即12個(gè)時(shí)鐘周期，所以一條單周期指令被執(zhí)行所占時(shí)間為12（1/12000000）=1s。 了解以上概念后，那么可以依據(jù)單片機(jī)器件手冊(cè)中89C51的指令執(zhí)行周期和其所用晶振頻率來(lái)完成需要精確延時(shí)時(shí)間的延時(shí)程序。 2. 延時(shí)指令 在單片機(jī)編程里面并沒(méi)有真正的延時(shí)指令，從上面的概念中我們知道單片機(jī)每執(zhí)行一條指令都需要一 定的時(shí)間，所以要達(dá)到延時(shí)的效果，只須讓單片機(jī)不斷地執(zhí)行沒(méi)有具體實(shí)際意義的指令，從而達(dá)到了延時(shí) 的效果。 （1）數(shù)據(jù)傳送指令 MOV 數(shù)據(jù)傳送指令功能是將數(shù)據(jù)從一個(gè)地方復(fù)制、拷貝到另一個(gè)地方。 如：MOV R7，#80H ；將數(shù)據(jù)80H 送到寄存器R7，這時(shí)寄存器R7

45、里面存放著80H，就單這條 指令而言并沒(méi)有任何實(shí)際意義，而執(zhí)行該指令則需要一個(gè)機(jī)器周期。 （2）空操作指令 NOP 空操作指令功能只是讓單片機(jī)執(zhí)行沒(méi)有意義的操作，消耗一個(gè)機(jī)器周期。 （3）循環(huán)轉(zhuǎn)移指令 DJNZ 循環(huán)轉(zhuǎn)移指令功能是將第一個(gè)數(shù)進(jìn)行減1 并判斷是否為0，不為0 則轉(zhuǎn)移到指定地點(diǎn)；為0 則往下執(zhí)行。 如：DJNZ R7，KK ；將寄存器R7 的內(nèi)容減1 并判斷寄存器R7 里的內(nèi)容減完1 后是否為0，如果 不為0 則轉(zhuǎn)移到地址標(biāo)號(hào)為KK 的地方；如果為0 則執(zhí)行下一條指令。這條指令需要2個(gè)機(jī)器周期。 循環(huán)轉(zhuǎn)移指令（DJNZ ）除了可以給定地址標(biāo)號(hào)讓其跳轉(zhuǎn)外，還可以將地址標(biāo)號(hào)改成$，這樣

46、 程序就跳回本指令執(zhí)行。例如： DJNZ R7，$ ；R7 內(nèi)容減1 不為0，則再次執(zhí)行本指令；為0 則往下執(zhí)行，當(dāng)R7 的值改為10 時(shí)，則執(zhí)行完該條程序所需的時(shí)間為2*10=20 s。利用以上三條指令的組合就可以比較精確地編寫(xiě)出所需要的延時(shí)程序。下面是本設(shè)計(jì)的程序中延時(shí)程序的計(jì)算：MOV R3,#200; 1D1: MOV R5,#250; 1F1: DJNZ R5, F1; 2*R5DJNZ R3,D1; 2*R3+(1+2*R5)*R3RET 2上面這個(gè)子程序共有四條指令，現(xiàn)在分別就每一條指令 被執(zhí)行的次數(shù)和所耗時(shí)間進(jìn)行分析。 第一句：MOV R3，#200 在整個(gè)子程序中只被執(zhí)行一次

47、，且為單周期指令，所以耗時(shí)1s 第二句：MOV R5，#250 從看到只要R3-1不為0，就會(huì)返回到這句，共執(zhí)行了R3次，共耗時(shí)200s 第三句：DJNZ R5，F(xiàn)1 只要R5-1不為0,就反復(fù)執(zhí)行此句（內(nèi)循環(huán)R5次），又受外循環(huán)R3控制，所以共執(zhí)行R3*R5次，因是雙周期指令，所以耗時(shí)2*R3*R5s。所以精確延時(shí)時(shí)間為：1+（1200）+（2250200）+（2200）+2 =（2*250+3）*200+3 =100603s 100ms =0.1s3.2點(diǎn)陣左移顯示的流程圖及分析流程圖(圖3.1)和程序的簡(jiǎn)要說(shuō)明：在程序的開(kāi)始設(shè)定初始的地址是0H，并定義了”選擇符號(hào)F”的初值為0，為下面的

48、點(diǎn)陣掃描的出口選擇準(zhǔn)備。在主程序的開(kāi)始的延時(shí)子程序，延時(shí)0.1秒，既是在程序通電啟動(dòng)開(kāi)始的停頓，也作為一次移動(dòng)的末尾時(shí)到開(kāi)始下一次重復(fù)移動(dòng)開(kāi)始之間的停頓，在上面的“延時(shí)子程序”中已經(jīng)介紹了計(jì)算的方法。程序接著向下運(yùn)行，定義了取碼指針的位置，設(shè)為00H的初始位置，再下面的74LS154掃描指針的初值設(shè)為00H，是因?yàn)閽呙枰獜拈_(kāi)始的零點(diǎn)開(kāi)始掃。 程序的循環(huán)運(yùn)行是從M3開(kāi)始的，M3的開(kāi)始10行程序是點(diǎn)陣顏色的選擇，即確定列掃描出口的選擇，因?yàn)镕的初值是0，所以先從掃描信號(hào)先從P1口輸出，即首先顯示的是紅色的點(diǎn)陣。掃描信號(hào)輸出后，取碼指針先去的第一個(gè)碼送到點(diǎn)陣的上半部分，打開(kāi)上部分點(diǎn)陣的74LS373

49、鎖存器關(guān)閉下面部分74LS373鎖存器，把信號(hào)送到點(diǎn)陣的上部分。再指針加1，關(guān)閉上部分點(diǎn)陣的74LS373鎖存器，打開(kāi)下面部分74LS373鎖存器，取相鄰的碼送到點(diǎn)陣的下半部分，緊挨著的延時(shí)程序是設(shè)定每列掃描的時(shí)間： MOV R3,#50; DJNZ R3,$;延時(shí)時(shí)間為：1+（2*50）=101us0.1ms 下面的“DJNZ R6,M3;”到M3的循環(huán)可以計(jì)算顯示一次一個(gè)整屏的時(shí)間為0.1ms*16=1.1 ms，再下面的“DJNZ R1,M2;”到M2的循環(huán)可以計(jì)算出每個(gè)屏的停留時(shí)間，也是向左每移動(dòng)一下的時(shí)間間隔為0.1ms*16*65=104ms=0.1s。當(dāng)字型向左移動(dòng)一位的時(shí)候，取

50、碼指針應(yīng)在先加2再進(jìn)行下一個(gè)字型的取碼，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)每1列的碼為2個(gè)。最后的部分代碼：XRL A,#128; JNZ M1; CPL F0; JMP START;的意思是：在控制字型移動(dòng)完以后，返回到頭重新開(kāi)始移動(dòng)，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)是顯示4個(gè)字型，4個(gè)字型的碼為128個(gè)，取碼指針的初始為0，每次加2，到128時(shí)循環(huán)結(jié)束，改變F的狀態(tài)，跳到程序的最上面開(kāi)始部分，開(kāi)始黃色字型的移動(dòng)顯示。 說(shuō)明一下：本設(shè)計(jì)是以顯示4個(gè)字的循環(huán)為例的，正如前面所說(shuō)，字型可以任意加進(jìn)去，顯示任意多的字左移的顯示，還可以顯示一些符號(hào)和圖形。只要有字型的代碼，再稍微改一下程序就可以顯示了。顯示效果：開(kāi)始停0.1秒,顯示向左移動(dòng)的

51、紅色字“XXXX”,移動(dòng)的速度為每0.1秒移動(dòng)一下，到左后一個(gè)字，停0.1秒馬上就接著顯示黃色的字型“XXXX”。 在主程序的開(kāi)始的延時(shí)作為一次移動(dòng)的末尾時(shí)到開(kāi)始下一次重復(fù)移動(dòng)開(kāi)始之間的停頓，和字符移動(dòng)的時(shí)間間隔相同，保持了移動(dòng)的平穩(wěn)連貫性。黃色的字型“XXXX”移動(dòng)的速度為每0.1秒移動(dòng)一下，到左后一個(gè)字，停0.1秒馬上就接著再顯示紅色的字型“XXXX”。依此循環(huán)。RETN圖3.1點(diǎn)陣左移顯示的流程圖取下一個(gè)碼P0.0清0，P0.1置1輸出至P2口顯示輸出至P2口顯示到TABLE取上半部數(shù)據(jù)取碼指針載入AM4P0.2清零P0.1置1輸出至P0.1掃描P0. 1清零P0. 2置1輸出至P0.3

52、掃描F=0？YN掃描指針AM3每屏4字，取碼指針存R0N設(shè)置每屏停留時(shí)間F0取反YM2M1START:YNYF=0指針加2并回存每屏停留的時(shí)間到？取碼指針載入A清除154掃描指針為00顯示1屏？掃描下一行清除屏幕取碼值加1并延時(shí)P0.0置1，P0.1清0輸出至P2口顯示到TABLE取下半部數(shù)據(jù)取碼指針載入A154掃描指針初值為00取碼指針20H初值為00延時(shí)清除屏幕開(kāi)始8個(gè)字都左移完？3.3 PROTEUS仿真Proteus仿真時(shí)，單片機(jī)需要加載程序，加載程序?yàn)?HEX文件。本設(shè)計(jì)利用Keil Vision2， 在新建Keil項(xiàng)目時(shí)選擇AT89C52單片機(jī)作為CPU，將源程序?qū)?，在“Opti

53、ons For Target”對(duì)話(huà)窗口中，選中“Output”選項(xiàng)中的“Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，對(duì)AT89C51進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時(shí)鐘頻率為12MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對(duì)單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開(kāi)始仿真了。仿真過(guò)程中如有硬件問(wèn)題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問(wèn)題可在Keil Vision2中直接修改，通過(guò)Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿(mǎn)意的結(jié)果。利用Proteus實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)陣式LED滾動(dòng)漢字顯示屏的仿真,說(shuō)明程序和電路圖都沒(méi)有問(wèn)題。3.

54、4 調(diào)試 調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試： 硬件調(diào)試：在焊接電路板的時(shí)候，應(yīng)該從最基本的最小系統(tǒng)開(kāi)始，分模塊，逐個(gè)進(jìn)行焊接測(cè)試。在對(duì)各個(gè)硬件模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要保證軟件正確的情況下去測(cè)試硬件，要不然發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，不知道到底是哪一方出錯(cuò)了。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也存在著失誤和不足，在調(diào)試中進(jìn)行修改了。 軟件調(diào)試：軟件部分是先參考書(shū)上的例子，然后自己根據(jù)硬件電路寫(xiě)程序，由于以前所學(xué)是單片機(jī)匯編語(yǔ)言，所以這個(gè)系統(tǒng)在編寫(xiě)程序過(guò)程中都采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。剛剛開(kāi)始，編寫(xiě)不會(huì)一次性通過(guò)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析修改最后編譯成功。但是，在實(shí)際寫(xiě)如S51中，LED顯示屏出現(xiàn)各種各樣的亂碼，通過(guò)再次認(rèn)真仔細(xì)分析多次修改程序后，程序能

55、夠正常運(yùn)行。 總 結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從十一月中旬到現(xiàn)在有一個(gè)多月，回顧著些天我感到學(xué)到了很多東西，在寫(xiě)這個(gè)心得的時(shí)候，我想就這些天的收獲，說(shuō)一說(shuō)自己內(nèi)心的想法。本設(shè)計(jì)的是一個(gè)室內(nèi)用16x16的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，能夠在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。 總結(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點(diǎn)工作： 一、通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了LED顯示屏與其它顯示屏相比

56、較有那些優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。并且通過(guò)對(duì)單片機(jī)資料的查閱和應(yīng)用，更進(jìn)一步增加了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。并證實(shí)了自己的思路：“查資料思考總結(jié)運(yùn)用找出差錯(cuò)，再查資料和向別人詢(xún)問(wèn)再次運(yùn)用”的正確性。二，本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。三，本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面。四，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)會(huì)了 Protel 的基本使用，感到Protel對(duì)應(yīng)用電子專(zhuān)業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)是一門(mén)很有用的課程。在運(yùn)用Protel時(shí)要格外小心，例如在畫(huà)PCB電路板的時(shí)候，要注意基本的布板原則。例如，在進(jìn)行PCB布板的時(shí)候，濾波電容不夠靠近芯片的電源腳和地腳。五，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)