基于單片機的led點陣設計畢業論文-資料下載頁

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【正文】 請求發送 RTS 8 清除發送 CTS 9 振鈴提示 RIPin 雖然 RS232C 提供了許多方便 ，但 RS232C 也存在著缺點： (1)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL 電路連接。 (2)傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為 20Kbps；因此在 “ 南方的老樹51CPLD 開發板 ” 中，綜合程序波特率只能采用 19200，也是這個原因。 (3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 (4)傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 英尺，實際上也只能用在 50 米左右。 列驅 動電路 在此次設計中，我應用到 74HC595 芯片，此芯片的性能非常穩定，是點陣系統中必不可少的。 總體規劃及實驗電路 每個漢字需要 4個 8*8 的 LED 點陣，要想實現 4 行掃描驅動，每個漢字是按照 16*16取模，所以需要 8 個 74HC595 來驅動一個漢字，我的電路設計的是 2 個漢字，所以需要8*2=16 個 74HC595 來實現 4行掃描顯示。設計好的列驅動電路的部分如下圖 35所示： 19 圖 35 列驅動電路硬件連接 串入并出移位寄存器 列驅動電路由集成電路 74HC595 構成。它具有一個 8 位 串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據，即達到重疊處理的目的。 圖 36 74HC595 外形及內部邏輯結構圖 20 74HC595 的外形及內部結構如圖 36 所示。它的輸入端有 8 個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳 SI 是串行數據的輸入端。引腳 SCK 是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發生移位，并將 SI的下一個數據打入最低位。移位后的各位信號出現在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖 存器的輸入端。 RCK 是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳 G是輸出三態門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則輸出端為高阻狀態。 SCLR 信號是移位寄存器的清 0 輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為 0。由于 SCK 和 RCK兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為 QA～ QH，最高位 QH 可作為多片 74HC595 級聯應用時向上一級的級聯輸出。但因 QH 受輸出鎖存器打人控制，所以還從輸出鎖存器前引出了 QH’，作為與移位寄存器完全同步的級聯輸出。 圖 37 74HC595 在不同的工作電壓下的時鐘頻率 由于 74HC595 在 供電的情況下（ 25℃），可以達到 21MHz 以上的時鐘頻率，而我們采用的 8051 的時鐘頻率只有 24MHz，串口方式 0的時鐘頻率只有 fosc/12=2MHz，所以74HC595 完全勝任；由于 74HC595 輸出高電平時每個管腳的驅動電流只有 20mA，而每個LED 發光管的驅動電流也是 20mA，要是 8個發光管同時輪流點亮的時候瞬間電流必定大于20mA，所以我們采用是采用吸收電流的方式直驅 LED 發光管。 行驅動電 路 總體規劃及實驗電路 單片機 P2口低 4位輸出的行選信號經 74LS245八 位數據 緩沖器 將數據緩沖后送往 3/8譯碼器 74LS138 譯碼的輸入端，生成 8條行選通信號線，再經過 反相器 將信號取反后使 二極管 導通再去驅動對應的行 LED 顯示。其硬件電路如圖 38 所示： 21 圖 38 行驅動電路硬件 38 線譯碼器 74LS138 我們前面的列驅動電路里面只是用了單片機的串口跟 P1 口，還剩下 P0 以及 P2 口可以直接接到 8個 LED 的行選端，但是為了整個大屏幕方便以后擴展控制，防止直接驅動損壞單片機以及隔離外界干擾信號，使用了 74LS138 這個 3— 8譯碼器作為行選芯片。 74LS138 譯碼器的引腳圖，邏輯圖及真值表如下圖 3表 32 所示： 圖 39 74LS138 的 內部原理圖 與引腳圖 22 表 32 3線 8線譯碼器 74LS138 的真值表 輸 入 輸 出 S1 S2+S3 A1 A2 A3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 X 1 1 1 1 1 1 1 1 X 1 0 0 0 0 0 0 0 1 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 由上看以看出，只要在信號輸入端 A， B， C 輸入特定組合的 0的組合序列，就可以在輸出端輪只有一個流輸出低 電壓 0，這樣我們就可以有選擇的控制行電路。 雙向八位數據緩沖器 74LS245 我們為了隔離外界的干擾信號，使用了 74LS245 八 位數據 緩沖器 。因為任何時候74HC595 里面的數據是不確定的，只要顯示屏只要稍微有一點外界干擾，導致 74LS138 使能端 E 變低， 74LS138 就是會有輸出信號的（通過它的真值表可以看到全 0 全 1 都有一行是被選中輸出低電位的），這樣顯示屏就顯示一些不確定的圖案，就不符合我們的設計要求了。 74LS245是一個常用的 八緩沖器 ，它的管腳圖 如圖 310所示： 23 圖 310 74LS245 的管腳圖 74LS245 類似于單片機的端口，其口線能做輸出，也能做輸入 。 由于 51單片機的數據／地址／控制總線端口都有一定的負載能力，如果負載超過單片機負載能力一般應加驅動器，所以總線驅動器可以使用 TTL 型三態緩 沖門電路 [13]。 小結 本章介紹了硬件的連接方法以及原理，并且包含了部分電路圖，此電路已經試驗證明可以顯示漢字信息，并且可動態顯示，其中運用了 74HC595 以及 74LS245 芯片， 74HC595的功能是串入并出，并且帶有鎖存和移位的功能；而 74LS245 的作用就是完全屏蔽掉外界的干擾，只有單片機發出的正確的信號才被它選擇通過，一般的電路干擾，電磁干擾不會對顯示屏造成亂碼。而行驅動則是使用了 3－ 8線譯碼器 74LS138 驅動，因為如果用單片機直接連接 LED 點陣，引腳不夠，同時驅動能力也不行，而用了這個 譯碼器，可以節省引腳，并且方便以后擴展。 24 系統軟件設計 顯示屏軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數據，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。根據軟件分層次設計的原理，可把顯示屏的軟件系統分成兩大層：第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統應用程序。顯示驅動程序負責向點陣屏傳送特定組合的顯示數據，并負責產生行掃描信號和其它控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動程序由顯示子程序實現；系統環境設置 (初始化 )由系統初始化程序完成；顯示效果處理等工作，則由主程序通過調用子程序 來實現 [14]。 一般來說，控制系統設計的基本原則為： 1. 單片機 控制系統設計的基本原則 任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計 單片機 控制系統時，應遵循以下基本原則： (1)最大限度地滿足被控對象的控制對象。設計前，應深入現場進行調查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。 (2) 在滿足控制系統要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟，使用及維修方便。 (3)保 證控制系統的安全、可靠。 (4)考慮到生產的發展和工藝和改進 。 2. 控制系統設計 應用軟件 本次軟件的編程用的是 C 語言。 C 語言是一種源于編寫 UNIX 操作系統的語言，是一種結構化語言，可產生緊湊代碼口。 C 語言可以進行許多機器級函數控制而不用匯編語言。用 C 語言來編寫目標系統軟件，會大大縮短開發周期，且明顯的增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規模更大、性能更完備的系統 [15]。 單片機 控制系統是由 計算機 與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此， 單片機 控制系統設計的基本內容應包括： (1)用戶輸入設備（按鈕、 計算機的鍵盤 等）、輸出設備（ LED 燈 ）。 (2)單片機 的選擇。 單片機 是 此 控制系統的核心部件，正確選擇 單片機 對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起到重要的作用。選擇 單片機 ，應包括機型選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 (3)分配 I/O 點， 用 ProtelSe99 繪制 I/O 連接圖。 25 (4)設計控制程序?？刂瞥绦蛟O計必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。 (5)編制控制系統的技術文件。 3. 控制系統設計的一般步驟 (1)根據生產的工藝過程分析控制要求。 (2)根據控制要求確定所需的用戶輸 入、輸出設備。 (3)選擇 單片機 系統。 (4)分配 單片機的 I/O 點，設計 I/O 連接圖。 (5)進行 單片機的 程序設計。 4. 畫電路圖 的注意事項 (1)輸入 /輸出 接口 可以重復使用，無需復雜的程序結構來減少觸點的使用次數。 (2)電路圖的節點不要出現虛點，否則在 PCB 圖上會出現不必要的錯誤。 (3)芯片的接口必須一一對應，不要出現單個的閑置接口。 (1)對于較復雜的控制系統，需繪制系統控制流程土，用以清楚地表明動作的順序和條件。 (2)著手用 C語言編寫程序。 (3)用編程器將程序輸入到 單片機 的 存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。 (4)對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。 (5)待控制臺及現場施工完成后，就可以進行聯機調試。若沒有滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，直到滿足為止。 (6)編寫技術文件。 (7)交付使用。 顯示驅動系統 然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號，從顯示緩存區內讀取下一行的顯示數據，并通過串口發送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數據的時候產生拖尾現象，驅動程序先要關閉顯示屏，即消隱，等數據發送完畢后輸出 74HC595 的鎖存信號，將顯示數據打入輸出鎖存器并鎖存 ，然后再輸出新的行號，并打開顯示。圖 41為顯示驅動程序 (顯示屏掃描函數 )流程圖 。 26 圖 41 顯示驅動程序流程圖 部分源程序 以下 是 16*32 點陣 LED 電 子顯示屏的源程序， 采用 C 語言編寫，在 Keil μ（ ）以及 MedWin 版環境下均測試通過。 移位寄存程序 for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word1[8*z+j+2*i])。 } 27 } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word2[8*z+j+2*i])。 } } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word3[8*z+j+2*i])。 } } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word4[8*z+j+2*i])。 } } OUT_595()。 28 for(j=0。j16。j++) { WR_595(0xff)。 } OUT_595()。 將移位寄存器內的數據鎖存到輸出寄存器 v