1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书I摘 要伴随着科技的进步，LED 点阵显示屏作为一种新兴的显示器件走进我们的视野，它是由多个独立的 LED 发光二极管封装而成。通过 LED 点阵显示屏可以显示数字、符号以及文字，通常用在广告，指示牌，公告牌上。显示屏整机以 40 脚单片机 STC89C51 为核心，本文介绍了以 STC89C51 单片机为控制系统的 LED 点阵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 1616 点阵 LED 显示模块来组成 1
2、616 点阵显示屏。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 C 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，就可以有效地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、成本低廉等特点用于车站、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，环境参数实时更新，重大活动倒计时等
3、方面。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：STC89C51 单片机； LED； 点阵显示； 动态显示河南理工大学毕业设计（论文）说明书IIABSTRACTWith advances in technology, LED dot matrix display as a display device into our new vision, it is more independent of the LED light emitting diode packages. LED dot matrix display can show by numbers, symb
4、ols and text, often used in advertising, signs, bulletin boards.The whole equipment is with the 40-pin STC89C51 MCU (Micro Controller Unit) at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74HC
5、154 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 88 dot-matrix LED display modules to form the 1616 dot matrix display mode
6、. 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
7、 such. SCM process control system used for editing MCU C 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 lat
8、tice 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 i
9、nformation 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: STC89C51 Micro
10、 Controller Unit LED Lattice Display Dynamic Display河南理工大学毕业设计（论文）说明书目 录摘 要 IABSTRACT.II1 绪 论 - 1 -1.1 课题的研究背景及意义 .- 1 -1.2 LED 电子显示屏概述 .- 1 -1.3 LED 电子显示屏的分类 .- 1 -1.4 国内外研究现状简述 .- 2 -1.5 设计任务 .- 3 -2 总体设计方案 - 4 -2.1 显示屏控制系统 .- 4 -2.1.1 显示单元的选择 .- 4 -2.1.2 滚屏方式选择 .- 4 -2.2 设计方案论证 - 5 -2.2.1 显示模式方案
11、.- 5 -2.2.2 数据传输方案 .- 6 -3 系统硬件部分设计 - 8 -3.1 电源设计 .- 8 -3.2 主控电路系统及其外围电路 .- 9 -3.2.1 主控单元的选择 .- 9 -3.2.3 主控电路系统外围电路 - 12 -3.3 列驱动电路 - 13 -3.4 行驱动电路 - 15 -3.4.1 行驱动芯片 74HC154 介绍 .- 15 -3.4.2 行驱动电路 - 17 -3.5 LED 显示屏电路 - 17 -4 系统软件部分设计 .- 20 -4.1 概述 .- 20 -4.2 系统主程序 - 20 -河南理工大学毕业设计（论文）说明书4.3 显示驱动程序 -
12、21 -5 软硬件调试及性能分析 .- 23 -5.1 软件调试 - 23 -5.2 硬件调试 - 24 -5.3 性能分析 - 25 -总 结 .- 27 -致 谢 .- 28 -参考文献 .- 29 -附录一：LED 点阵显示屏系统电路原理图 .- 30 -附录二：LED 点阵显示屏源程序 .- 31 -附录三：元件清单 .- 38 -河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 0 -1 绪 论1.1 课题的研究背景及意义该课程设计使我能够掌握 LED 显示屏的基本显示原理和设计方法，对 LED 显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识，并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我对所学过的理论
13、知识有了新的认识。通过该课程设计掌握了 51 单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的 LED 显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的 LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国 LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义1.2 LED电子显示屏概述LED 电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百-几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材
14、料可以制造不同色彩的 LED 像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LED 的开发已经达到了实用阶段。 LED 显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED 显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建
15、筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED 显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.3 LED电子显示屏的分类按颜色分类单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色） 。 双基色显示屏：红和绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜色。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 1 -全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 按显示器件分类LED 数码显示屏：显示器件为 7 段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED 点阵图文显示
16、屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般 3mm-8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 按发光点直径分类室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。1.4 国内外研究现状简述我国的 LED 显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的
17、骨干企业。据不完全统计，至 2013 年底，年度销售总额在 3000 万元以上的企业有 20 多家，其销售总额达 60 亿元左右，占行业市场总额的 75%以上。全国从事 LED 显示屏的各类企业有 1000 余家，从业人员近 6 万人，行业年度销售总额近 80 亿元人民币。在国内市场上，国产 LED 显示屏的市场占有率近 100%，国外同类产品基本没有市场，天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。 我国 LED 显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90 年代初即具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线遥控
18、等国先进水平技术，近年在全彩色 LED 显示屏、256 级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业培养形成了一批 LED 显示屏科技队伍，在全国 LED 显示屏行业的从业人数 6 万人中，科技人员有 2万多人，将近 40%。LED 显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 2 -板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。而信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED 显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或
19、超大型 LED 显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型 LED 显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的 LED 显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统 LED 显示屏在 LED 显示屏市场总量中将会占有多数份额。而在国外，Cree 公司建于 1987 年，位于美国加利福尼亚洲。研制开发并生产基于碳化硅（SiC） 、氮化镓（GaN） 、硅（Si）和相关化合物的材料与设备。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光 LEDs，近紫外激光、
20、射频和微波半导体设备，电源转换设备和半导体集成芯片。这些产品的目标应用包括固态照明、光学存储、无线基础和电路转换等。公司的大部分利润来自于 LED 产品和 SiC、GaN 材料的生产，产品销往北美、欧洲和亚洲。1.5 设计任务设计一个室内用 1616 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。河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 3 -2 总体设计方案2.1 显示屏控制系统一个完备的系统要考虑到多种问题的实现，点阵的设计也是如此，下面我详细说明我的设计过程。经过对此
21、设计的分析，为了能够实现要求，利用单片机 STC89C51作为本系统的主控模块。LED 点阵显示屏作为显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且可以实现滚动显示。硬件整体设计框图如图 1 所示：图 2-1 整体设计框图2.1.1 显示单元的选择显示一个简体汉字，至少需要 1616 点阵来描述。为了在较远距离处获得清晰的视觉效果，本设计采用 1616 的红色 LED 阵列模块拼接成。这样每个 1616 汉字能够获得 44cm 的显示尺寸。本设计要求整个屏幕能显示一系列汉字，则需要用使用1616 红色点阵滚动显示。2.1.2 滚屏方式选择字符的位置在屏幕上实现移动，即术语“滚屏” 。可以用硬件实现
22、，但无疑增加了额外的硬件成本及设计难度。因此本设计采用软件算法实现左滚屏显示的常见滚屏方式。用软件来完成滚屏算法，其最大的优点在于成本低廉，而且可维护性、可升级性大大增强。河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 4 -2.2 设计方案论证 2.2.1 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
23、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。1616 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
24、锁存器来计算，1616 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 1616 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 1616 的字的功耗为：1616105=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 1616
25、 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）河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 5 -
26、，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。2.2.2 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
27、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
28、。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。河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 6 -单片机列驱动器行驱动器LED 显示点阵电源图 2-2 显示屏电路结构框图河南
29、理工大学毕业设计（论文）说明书- 7 -3 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。3.1 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
30、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
31、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河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 8 -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。T220V7.5VC3104C2104Vin1GND2Vout 3IC17805R1100VCC1234D1BRIDGEC11000uSSW D2LED+_3.2 主控电路系统及其外围电路3.2.1 主控单元的选择本次设计采用 51 系列及其兼容的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、以及
32、给显示屏电路部分发送命令。这里我们选择了内含 4K 字节 Flash 的STC89C51，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。STC89C51 是 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。STC89C51 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）4
33、KB 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 ；图 3-2 电源电路图河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 9 -（10）5 个中断源，可设置成 2 个优先级。STC89C51 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。一 电源Vcc芯片电源，接+5V；GND接地端。二 时钟XTAL1
34、、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。STC89C51 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 C
35、PU 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，此引脚输入编程脉冲。PROG图 3-3 STC89C51引脚图河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 10 -2 外 ROM 读选通信号。PSENSTC89C51 读外 ROM 时，每个机器周期内 两次有效输出。 可作为外 ROMPSENPSEN芯片输出允许 的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时， 无效。O3
36、RST/VPD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，STC89C51 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）VPD 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。 STC89C51 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 RO
37、M，但当 PC 值超过 4KB 时，将自动转向执行外 ROM 中的程序。当 保持低电平时，则只访EA问外 ROM，不管芯片内有否内 ROM。（2）VPP 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STC89C51 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
38、 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
39、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，河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 11 -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 3-1 所示：3.2.3 主控电
40、路系统外围电路主控电路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
41、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；P1.5P1.7 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P3.0RXDP3.1TXDP3.4T0P3.5T1P3.2 0INTP3.3 1P3.6WRP3.7 D串行口输入端串行口输出端外部中断 0 请求输入端外部中断 1 请求输入端定时/计数器 0 外部信号输入端定时/计数器 1 外部信号输入端外 RAM 写选通信号输出端外 RAM 读选通信号输出端表 3-1 P3各端口第二功能河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 12 -GNDC433
42、pFC533pFVCCY112MHzR28.2 kGND VCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20 P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/Vpp 31P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2
43、 37P0.1 38P0.0 39VCC 40U1AT89C51+C610uABCDG1GNDTXDSCKRXDSISCLRRCK3.3 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
44、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SRCL部为 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 74HC59
45、5 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：图 3-4 单片机系统外围电路图河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 13 -由 74HC595 及 74HC154 组成的显示驱动电路如图 3-7 中。该图由两片 74HC595 驱动 16 列，由 74HC154 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
46、为统一的串行数据移位信号、串行数据清SRCL除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河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 14 -3.4 行驱动电路3.4.1 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
47、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 =16 个，42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（A0A3）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，
48、也可以说对应的输出端被“译中” 。74HC154 译码器的真值表如表 3-2 所示：图 3-7 显示驱动电路河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 15 -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， ， ， ，38 39 331， ， ， 。0121 0121 01214 0125表 3-2 74HC154译码器的真值表说明：H高电平； L低电平；X任意图
49、 3-8 74HC154 管脚图河南理工大学毕业设计（论文）说明书- 16 -3.4.2 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。采用译码器的方案，还可以保证同一时刻只选通一条行线，从而达到显示的稳定性。行驱动电路原理如图 3-9 所示：图 3-9 行驱动原理图行选通信号从 74HC154 的 端输出，某一端输出低电平即为有效，而其它端0Y15输出均为高电平的信号无效。如 端输出低电平，此信号传至相应的 PNP 型三极管Q1，此时，三极管的基极为低电平，因此，发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管导通，其集电极再将高电平加于 LED 阵列的对应的行上，即将此行选通；而同时74HC154 的其它端输出高电平
