16×16點(diǎn)陣硬件電路檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

葉惠琴

摘 要：文章介紹了一款以單片機(jī)AT89S52為控制器的16×16的漢字顯示系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)中英文字符的顯示和動(dòng)態(tài)特效顯示，并且可以通過級(jí)連的方式來擴(kuò)大顯示屏幕的尺寸以達(dá)到增加顯示內(nèi)容的目的。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；16×16點(diǎn)陣；漢字

1 系統(tǒng)說明

文章設(shè)計(jì)的是一種有AT89S52單片機(jī)控制的16×16的LED漢字顯示屏。當(dāng)掃描周期小于24.15ms時(shí)，由于人眼視覺殘留效應(yīng)，人眼觀察不到的LED為連續(xù)穩(wěn)定的發(fā)光，文章采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示漢字，所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示模式簡單概括就是逐行輪流點(diǎn)亮。把所有同一行發(fā)光管的陽極連接在一起，所有同一列發(fā)光管的陰極連在一起，首先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定的時(shí)間，熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其點(diǎn)亮相同的時(shí)間，熄滅；直到第十六行顯示完后又重新點(diǎn)亮第一行，這樣反復(fù)輪回。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。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、74HC595、74HC138、74HC245D和LED點(diǎn)陣組成，顯示由四塊8*8的LED點(diǎn)陣塊組成，以89S52系列單片機(jī)為控制核心。單片機(jī)的P1.0-P1.3通過74HC245D連接74HC138的輸入口A、B、C及138的使能端（控制H1～H8的74HC138的E1及H9～H16的74HC138的E3端）；P2.0-P2.4通過74HC245D連接74HC595的輸入口SHCP、STCP、DS（第一行R1）、DS第二行R2）及EN（控制兩個(gè)74HC138的E2）。點(diǎn)陣?yán)锩嫱恍械陌l(fā)光二極管正極接在一起，同一列的負(fù)極接到一起。點(diǎn)陣的16列數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)由2 片74HC595級(jí)聯(lián)組成，前一片74HC595的Q7引腳連接下一片的DS引腳，各片的SHcp、STcp引腳分別并聯(lián)。兩塊74HC138譯碼器的16個(gè)輸出端連接漢字點(diǎn)陣的16個(gè)列線控制端。74HC138通過譯碼選通時(shí)輸出端為一個(gè)低電平，無法驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣?yán)锏男校虼嗽?38與點(diǎn)陣之間連接上4953SS，通過138選通4953SS驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣。如圖1所示。

圖1 點(diǎn)陣顯示板總原理圖

3 點(diǎn)陣原理說明

8X8點(diǎn)陣共由64個(gè)發(fā)光二極管組成，每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；如要將第一個(gè)點(diǎn)紅色點(diǎn)亮，則24腳接高電平20腳接低電平，則第一個(gè)點(diǎn)紅點(diǎn)就亮；如果要將第一行點(diǎn)亮，則第24腳要接高電平，而（20、19、18、17、16、15、14、13）這些引腳接低電平，第一行紅色就會(huì)全部點(diǎn)亮；如要將第一列點(diǎn)亮，則第20腳接低電平，而（24、23、22、21、4、3、2、1）接高電平，那么第一列紅色就會(huì)點(diǎn)亮。（本項(xiàng)目有雙色板及單色板），其硬件接線圖如圖2所示。文章使用點(diǎn)陣顯示漢字是用的16*16的點(diǎn)陣宋體字庫，所謂16*16，是每一個(gè)漢字在縱、橫各16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。也就是說得用四個(gè)8*8點(diǎn)陣組合成一個(gè)16*16的點(diǎn)陣。

4 調(diào)試分析

4.1 硬件調(diào)試問題分析

單色板做了改進(jìn)，通過74HC245D再連接到138的E2端，控制兩塊138的選通譯碼。單色板的反相器接法及使用如圖3所示。單色板在保護(hù)方面也做了改進(jìn)。在控制138選通譯碼的同時(shí)控制138有全能端，使它處于譯碼有效狀態(tài)。當(dāng)在高速選通行時(shí)對(duì)C228進(jìn)行充放電，只要譯碼選通達(dá)到一定頻率，就可以使C228的左端保持一個(gè)高電平，E1_2保持低電平，E3_1保持高電平，138處于譯碼狀態(tài)。當(dāng)不需要138譯碼時(shí)，LA處于一個(gè)靜態(tài)模式，E1_2為高電平，E3_1為低電平，使兩個(gè)138處不譯碼狀態(tài)。當(dāng)通電的屏幕處于不工作狀態(tài)時(shí)，可以使正個(gè)屏幕的行處于不選中狀態(tài)，避免第一行在屏幕不工作也處于亮的狀態(tài)，起到保護(hù)作用。這個(gè)電路只適合使用在高頻CPU的控制模式下。

圖3 單色板的反相器接法及使用

改正方案：（1）使用工作頻率更高的CPU。（2）把C228換用容量更大的電容，延長放電時(shí)間，達(dá)到使E1_2保持低電平，E3_1保持高電平的功能。（3）更改電路控制，斷開LA（取下R7），74HC04的3號(hào)腳直接接電源正極。由于條件所限，作者選擇了方案3。

4.2 軟件調(diào)試問題分析

（1）第一次使用雙色板進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于沒有把握好595的時(shí)序，在送移位脈沖的同時(shí)送鎖存脈沖，在破壞本來傳送在595里面的數(shù)據(jù)，再送行顯示時(shí)，整個(gè)屏幕處于亂碼現(xiàn)象。處理方法：通過模擬串口送完8個(gè)字節(jié)（顯示4個(gè)字）后，再模擬一個(gè)上升沿，形成一個(gè)鎖存脈沖，再選中該行。（2）在使用單色板調(diào)試時(shí)，把EN接地，無法控制，在漢字顯示時(shí)閃爍感太明顯。經(jīng)過測(cè)試后，把EN用一個(gè)IO口控制，每次送行數(shù)據(jù)之前EN置1，使138處于不選中狀態(tài)，送完數(shù)據(jù)后再把EN復(fù)位，再選中行，通過一段延時(shí)再循環(huán)操作。通過控制延時(shí)的長短可以控制屏幕的亮度，但延時(shí)時(shí)間不能太長，過長會(huì)使屏幕閃爍得更明顯。

5 結(jié)束語

該項(xiàng)目中遇到了兩個(gè)問題，總結(jié)如下：（1）點(diǎn)陣的硬件電路中，由于51的主頻不夠高，導(dǎo)致時(shí)序不緊密，因此不能實(shí)現(xiàn)74hc04電路的控制。又因74hc138的使能端狀態(tài)很不穩(wěn)定，導(dǎo)致顯示不正常。修改電路后，點(diǎn)陣顯示正常了。（2）由于點(diǎn)陣是大功率負(fù)載，需要很大的驅(qū)動(dòng)電流。而過大的電流會(huì)把電壓拉低，因此點(diǎn)陣的電源應(yīng)該獨(dú)立，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)。

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