16×16点阵LED电子显示屏的设计 毕业论文.doc

1 摘要 本设计是一 16×16 点阵 LED 电子显示屏的设计。 整机以美国 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和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器 74HC154 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 字或单色图像，全屏能显示 1 个汉字，采用 4 块 8×8 点阵 LED 显示模块来组成 16×16 点阵显示模式。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汇编语言进行编辑，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。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 特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布，公益宣 传，环境参数实时，重大活动倒计时等等得到广泛的应用。 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：AT89C51 单片机； LED； 点阵显示； 动态显示； 汇编语言。 1 Abstract This design is a 16 ×16 lattice LED electron display monitor design. The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 8×8 dot-matrix LED display modules to form the 16×16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. LED display with fabric means flexibility, stability, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transportation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used. As the practice proves, the system possesses advantages in low shows errors, stable, rational structure and strong extensible abilities. Key words: AT89C51 Micro Controller Unit； LED； Lattice display； Dynamic display； Assembly language. 1 目录 摘要 .I ABSTRACT II 第一章 前言 1 第二章 系统整体设计方案 2 21 需要实现的功能 2 22 LED 显示特点 .2 23 设计方案论证 3 231 显示模式方案 3 232 数据传输方案 4 第三章 系统硬件部分设计 5 31 电源设计 5 32 单片机系统及外围电路 6 321 单片机的选择 6 322 AT89C51 芯片介绍 .6 323 单片机系统外围电路 9 33 列驱动电路 10 34 行驱动电路 12 341 行驱动芯片 74HC154 介绍 .12 342 行驱动电路 13 35 LED 显示屏电路 .15 第四章 系统软件部分设计 17 41 系统主程序 17 1 42 显示驱动程序 18 第五章 调试及性能分析 20 51 软件调试 20 52 硬件调试 20 53 性能分析 21 结束语 22 致谢 23 附录一 系统综合电路原理图 24 附录二 系统程序清单 25 主要参考文献 32 1 第一章 前言 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 Light 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。 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，可以根据需要使用不同字号、字型。 汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如 16×16 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。 杜春雷 2007 年 4 月 1 第二章 系统整体设计方案 21 需要实现的功能 设计一个室内用 16×16 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。 22 LED 显示特点 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 16×16、 24×24、32×32、48×48 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 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 1 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。 图文显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏 多使用红色、橘红色或橙色 LED 点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在 LED 点阵的 每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED 发光器件。换句话说，对应于每种颜色 都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种 颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色的 控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不 难理解了。 23 设计方案论证 231 显示模式方案 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；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。 同时控制 LED 显示屏的各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16×16 的点 阵共有 256 个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端 口，按 8 位的锁存器来计算，16×16 的点阵需要 256/8=32 个锁存器。这个数字很庞大， 因为我们仅仅是 16×16 的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上 花的成本将是一个很庞大的数字。而且静态显示功耗大，显示一个 16×16 的字的功耗为： 16×16×10×5=12800mW=12.8W！普通电池根本无法驱动，要是组成大显示屏那功耗将更 惊人。因此虽然静态显示效果好，但是在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计， 而采用另一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行 （比如 16 行）的同名列共用一套列驱动器，每行有一个行驱动器，具体就 16×16 的点 阵来说，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一 起（共阳的接法） ，由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行 进行扫描( 把该行与电源的一端接通)。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列 驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列燃亮相应的 LED；未 接通的列所对应的 LED 熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，该行燃亮的 LED 也就熄 1 单片机 列驱动器 行驱动器 LED 显示点阵 电源 图 2-1 显示屏电路框图 灭；下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍之后(一个扫描周期)，又从 第一行开始下一个周期的扫描。只要一个扫描轮回的速度足够快（每秒 24 次以上） ，由 于人眼的视觉暂留现象，就不容易感觉出闪烁现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。 而且动态扫描方式功耗低，硬件成本低，每个 LED 都不是连续工作，因而还有利于延 长 LED 的使用寿命。 232 数据传输方案 采用扫描方式进行显示时，显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字 节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就 存在一个显示数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方 式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的 硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。 采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱 动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据要经过并行到串 行和串行到并行两次变换。首先，单片机从存储器中读出的 8 位并行数据要通过并串变 换，按顺序一位一位地输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传 向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部列数据都传输完为止。只有当一行的各 列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示 过程就可以分解列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说， 列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了， 以至影响到 LED 的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方 法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的， 列数据的显示就需要具有锁存功能。 经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说， 它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样， 本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的 列数据，而不会影响本行的显示。图 2-1 为显示屏电路实现的结构框图。 1 第三章 系统硬件部分设计 由于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 行折中。单片机及相应软件，主要负责存储（或生成）显示数据、安排控制信号的定时 与顺序等。但是单片机的接口数量少，驱动能力不强，必须扩展一定的硬件电路，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。 31 电源设计 稳压电源的功能是把来自电网的 220V 交流电压转变为所需的、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 _ u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图 3-2 所示。图中变压器 T 将来自电网的 220V 交流电压变换为整流电路所需要的 7.5V 交流电压，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 3-1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 （b）整流与稳压过程 （a）稳压电源的组成框图 1 T 220V个7.5V C3104C2 104 Vin1 GN D 2 Vout 3 IC17805 R1 100 VCC 1 2 3 4 D1 BRIDGE C11000u S SW D2 LED + _ 32 单片机系统及外围电路 321 单片机的选择 单片机采用 89C51 或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的 程序的运行、以及给屏体电路部分发送命令。这里我们选择了内含 4K 字节 Flash 的 AT89C51，因为我们只需要显示特定的图形和文字，无需庞大的字库，因此 4K Flash 已 经可以满足字库储存的需求，不需要扩展外存储器。 322 AT89C51 芯片介绍 AT89C51 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 ROM 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。 图 3-2 电源电路图 1 P1.01 P1.12 P1.23 P1.34 P1.45 P1.56 P1.67 P1.78 RST/VPD9 P3.0/RxD10 P3.1/TxD11 P3.2/INT012 P3.3/INT113 P3.4/T014 P3.5/T115 P3.6/WR16 P3.7/RD17 XTAL218 XTAL119 GND20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89C51 一 电源 Vcc芯片电源，接+5V；GND接地端。 二 时钟 XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。 三 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。 1ALE/ 地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲。PROG （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 1/6 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PROG 冲。 2 外 ROM 读选通信号。SEN 图 3-3 AT89C51 引脚图 1 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PSENPSEN 输出允许 的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时， 无效。OE 3RST/V PD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）V PD 功能：在 VCC 掉电情况下，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。 4 /VPP内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。EA （1） 功能：正常工作时， 为内外 ROM 选择端。 AT89C51 单片机 ROM 寻址EA 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EA 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EA 时，则只访问外 ROM，不管芯片内有否内 ROM。 （2）V PP 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。 四 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/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，更重要的是它的第二功能，如表31所示： 1 GND C4 33pF C5 33pF VCC Y1 12MHz R2 8.2 k GND VCCP1.01 P1.12 P1.23 P1.34 P1.45 P1.56 P1.67 P1.78 RST/VPD9 P3.0/RxD10 P3.1/TxD11 P3.2/INT012 P3.3/INT113 P3.4/T014 P3.5/T115 P3.6/WR16 P3.7/RD17 XTAL218 XTAL119 GND20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89C51 + C6 10u A B C D G1 GND TXD个SCK RXD个SI SCLR RCK 323 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 C4、C5 是晶振的负载电容，主要起频率微调和稳定的作 用。单片机的串行口工作在方式 0 下，作为同步移位寄存器使用，端口 RXD（P3.0）作 为数据移位的输入/输出端，而由 TXD（P3.1）端输出移位时钟脉冲。移位数据的发送 和接收均以 8 位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输出，均低位在前高位在后。 89C51 的通用 I/O 口 P1 作为显示数据和二进制行号的公用输出口。两种数据的输出在时 间上是错开的。P1 口的低 4 位与行驱动器相连，送出二进制的行选信号；P1.5 P1.7 口 则用来发送控制信号。P0 和 P2 口空着，在有必要的时候可以扩展系统的 ROM 和 RAM。 端口引脚 第二功能 P3.0RXD 串行口输入端 P3.1TXD 串行口输出端 P3.2 0INT外部中断0请求输入端 P3.3 1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 P3.6WR外 RAM写选通信号输出端 P3.7 D外 RAM读选通信号输出端 图 3-4 单片机系统外围电路图 表 31 P3 各端口第二功能 1 33 列驱动电路 列驱动电路由集成电路 74HC595 构成，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。 74HC595 的管脚及内部结构形式如图 3-5 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OE 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SRCL 为 0，由于 SRCLK 和 RCLKError! No bookmark name given.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连输出。 移位寄存和输出锁存的时序波形如图 3-6 所示： 1 由 74HC595 组成的列驱动器示于图 3-7 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SRCL 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。 图 3-6 移位寄存和输出锁存的时序波形图 图 3-5 74HC595 的管脚及内部结构逻辑图 1 34 行驱动电路 341 行驱动芯片 74HC154 介绍 译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。其功能是将给定的输入码组进行 “翻译” ，变换成对应的输入信号，对每一种可能的输入组合，使输出通道中相应的一 路有信号输出,一个且仅一个输出信号为有效电位。74HC154 为变量译码器，也称二进 制译码器，它是一种四线十六线译码器, 译码的输入端有 4 个，输出端有 24=16 个， 并有两个选通端（使能端） ，它的管脚形式如图 3-8 所示，当选通端 1、 2 均为低电E 平时，译码器处于工作状态，可将地址输入端（A0 A3 ）的二进制编码在一个对应的 输出端以低电平译出。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。 0Y 为译码输出端，输出是低电平有效，即在选通时，每输入一个二进制代码将使对应15Y 的一个输出端为低电平，而其它输出端均为高电平的无效信号，也可以说对应的输出端 被“译中”。74HC154 译码器的真值表如表 32 所示： 图 3-7 显示驱动电路 1 表 32 74HC154 译码器的真值表 图 3-8 74HC154 管脚图 1 从真值表可知，每组 4 个变量输入，在 16 个输出中只有一个引脚为“0”（且正好与 输入代码是一一对应） ，其余 15 个全为“1” ，这种译码输出称为低电平有效；四线 十 六线译码器逻辑形式为： ， ， ， ，01230AY01231AY01232AY0123AY ， ， ， ，4567 01238Y ， ， ， ， ，039 13 031 231 ， ， 。121 0214 25 342 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 说明：H高电平； L低电平；X任意 1 R10 R16 R8 R15R13 R6 R17 R18 R9 R12 R5 R7R3 200 R4 R14R11 Q8 Q10 Q9 Q6 Q14 Q5 Q11 Q12 Q7 Q13 0 O UT 1 1 O UT 2 2 O UT 3 3 O UT 4 4 O UT 5 5 O UT 6 6 O UT 7 7 O UT 8 8 O UT 9 9 O UT 10 10 OU T 11 11 OU T 13 12 OU T 14 13 OU T 15 14 OU T 16 15 OU T 17 G1 18 G2 19 D 20