關(guān)于單片機(jī)LED點(diǎn)陣流水燈的制作

許藝珍 西南石油大學(xué)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)主要分為兩部分：屏體以及控制器。屏體主要是由LED點(diǎn)陣以及行列驅(qū)動(dòng)電路組成。LED點(diǎn)陣屏采用的是16*16LED顯示模塊連接而成。一塊16*16的顯示屏中LED發(fā)光器件的數(shù)量是非常多的，不適合運(yùn)用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路，應(yīng)采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路。掃描驅(qū)動(dòng)電路采用多行的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器，行驅(qū)動(dòng)器的一行行線連接到電源的一端，列驅(qū)動(dòng)器的一列連接到電源的另一端。控制電路負(fù)責(zé)有序的選通各行，選通每一行之前還要把該行該列的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，一旦改行選通，這一行上的LED發(fā)光器就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

本系統(tǒng)的控制電路采用的是單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的I/O口數(shù)量較少，驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，因此需要擴(kuò)展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。硬件電路大體上可以分為單片機(jī)控制器、LED顯示屏行列驅(qū)動(dòng)電路、LED點(diǎn)陣屏三部分，LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路使用通用的數(shù)字電路并盡量減少外圍硬件，做到電路簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、成本不高、維護(hù)方便等要求。

本次系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示的模式，所謂動(dòng)態(tài)顯示模式就是指逐行輪流點(diǎn)亮。把所有的同一行發(fā)光管的陽(yáng)極連接在一起，把所有第一列發(fā)光管的陰極連接在一起，先送出對(duì)應(yīng)第一行的發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并且鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定的時(shí)間后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并且鎖存，然后選通第二行使其點(diǎn)亮同樣的時(shí)間，然后熄滅，直到第十六行顯示完后再重新點(diǎn)亮第一行，這樣反復(fù)輪回。如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)，18b20,1602，蜂鳴器以及四位一體的七段數(shù)碼管等元件來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)點(diǎn)陣流水燈的制作。

2.1 AT89C51單片機(jī)

AT89C51單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。它具有32個(gè)可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

16乘16點(diǎn)陣顯示模塊

本次制作采用的16乘16的點(diǎn)陣是由四塊8乘8的點(diǎn)陣組合而成的，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路SN74HC164以及74HC595來(lái)實(shí)現(xiàn)的。最終通過(guò)軟件的控制實(shí)現(xiàn)文字的顯示。

SN74HC164是一種串行移位寄存器，串行輸入并行輸出，當(dāng)請(qǐng)零端CLR是高電平時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，CLK寄存器中的數(shù)據(jù)就會(huì)從Qa向Qh方向移動(dòng)一位，也就是Qa到Qb，Qb到Qc，Qc到 Qd，Qd到 Qe，Qe到 Qf，Qf到 Qg，Qg到 Qh。與此同時(shí)，兩個(gè)輸入端A以及B相與非的結(jié)果輸入Qa

74HC595是一個(gè)8位串行輸入并行輸出的移位寄存器，寬工作電壓范圍為：2.0V～6.0V,高強(qiáng)度電流三態(tài)輸出，最多可驅(qū)動(dòng)高達(dá)15個(gè)LSTTL負(fù)載，低功耗，最大ICC=80μA，典型tpd=13ns，5V下的驅(qū)動(dòng)電流為正負(fù)6mA，可直接清零低輸入電流，最大1μA，該寄存器向一個(gè)8位的D型存儲(chǔ)寄存器提供數(shù)據(jù)。它的存儲(chǔ)寄存器具有三態(tài)輸出，移位寄存器和存儲(chǔ)寄存器都分別有獨(dú)立的時(shí)鐘。74HC595的移位寄存器帶有最高優(yōu)先級(jí)的直接清零端（SRCLR）、串行輸入端（SER）以及用于級(jí)聯(lián)的串行輸出端。當(dāng)輸出使能端（OE）為高電平時(shí)，74HC595的輸出將處于高組態(tài)。不管是移位寄存器時(shí)鐘（SRCLK）還是存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘（RCLK），都是上升沿觸發(fā)。若是當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘綁定在一起時(shí)，那么移位寄存器將一直領(lǐng)先存儲(chǔ)寄存器一個(gè)時(shí)鐘脈沖。

2.2 流水燈模塊

本次系統(tǒng)采用單片機(jī)I/O口直接控制若干個(gè)二極管的亮滅，通過(guò)程序設(shè)置I/O口實(shí)現(xiàn)流水燈的制作。