点阵屏显示原理及实验详解.docx
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点阵屏显示原理及实验详解
标题：
LED点阵屏学习攻略共享资料
LED点阵屏学习攻略
在经历了将近一个学期断断续续的点阵屏学习后，最后终于在AVR平台下完成了128*32点阵屏的无闪烁显示。
现把整个学习过程总结如下：
无论是51单片机还是AVR单片机，点阵屏的显示原理是一样的，所以首先从51讲起。
说明：
以下所有试验如无特殊说明均在KeiluVision3+Proteus6.9SP5下仿真完成。
一．基于51的点阵屏显示：
（1）点亮第一个8*8点阵:
1.首先在Proteus下选择我们需要的元件，AT89C52、74LS138、MATRIX-8*8-GREEN（在这里使用绿色的点阵）。
在Proteus6.9中8*8的点阵总共有四种颜色，分别为MATRIX-8*8-GREEN，MATRIX-8*8-BLUE，MATRIX-8*8-ORANGE，MATRIX-8*8-RED。
在这里请大家牢记：
红色的为上列选下行选；其它颜色的为上行选下列选！
而所有的点阵都是高电平选中列，低电平选中行！
也就是说如果某一个点所处的行信号为低，列信号为高，则该点被点亮！
此结论是我们编程的基础。
2.在选择完以上三个元件后，我们开始布线，具体如下图：
这里P2是列选，P3连接38译码器后作为行选。
选择38译码器的原因：
38译码器每次可输出相应一个I/O口的低电平，正好与点阵屏的低电平选中行相对，并且节省了I/O口，大大方便了我们的编程和以后的扩展。
3.下面让我们把它点亮，先看一个简单的程序：
（将奇数行偶数列的点点亮，效果如下图）
下面是源代码：
/************8*8LED点阵屏显示*****************/
#include
voiddelay（intz）//延时函数
{
intx,y;
for（x=0;x for（y=0;y<110;y++）;
}
voidmain（）
{
while
（1）
{
P3=0; //行选，选择第一行
P2=0x55; //列选，即该行显示的数据
delay（5）; //延时
/*****下同*****/
P3=2; //第三行
P2=0x55;
delay（5）;
P3=4; //第五行
P2=0x55;
delay（5）;
P3=6; //第七行
P2=0x55;
delay（5）;
}
}
上面的程序实现了将此8*8点阵的奇数行偶数列的点点亮的功能。
重点让我们看while循环内，首先是行选P3=0，此时38译码器的输入端为000，则输出端为01111111，即B0端为低电平，此时选中了点阵屏的第一行，接着列选我们给P2口赋0x55,即01010101，此时又选中了偶数列，紧接着延时。
然后分别对第三、五、七行进行相同的列选。
这样就点亮了此点阵屏奇数行偶数列交叉的点。
完成这个程序，我们会发现其实点阵屏的原理是如此简单，和数码管的动态显示非常相似，只不过换了一种方式而已。
4.完成了上面的点亮过程，下面我们让这个8*8的点阵屏显示一个汉字：
“明”
先看效果图：
源代码如下：
/************8*8LED点阵屏显示*****************/
#include
charcodetable[]={0x0f,0xe9,0xaf,0xe9,0xaf,0xa9,0xeb,0x11};//"明" 字编码
voiddelay（intz）//延时函数
{
intx,y;
for（x=0;x for（y=0;y<110;y++）;
}
voidmain（）
{
intnum;
while
（1） //循环显示
{
for（num=0;num<8;num++） //8行扫描P3行选，P2列选
{
P3=num; //行选
P2=table[num]; //列选
delay（5）; //延时
}
}
}
因为要显示一个汉字，这里我们使用了一个数组table[]来存储该字的编码，重点还是来看while循环，首先在for循环内完成对8*8点阵屏的8行依次扫描。
我们来分析第一行的情况即num=0的时候，首先P3=0，选中第一行，然后P2=table[0]，即P2等于table数组中第一个数据0x0f，则此时就点亮了第一行相应的点。
接着延时，其他行同理。
这样我们就完成了一个最简单汉字的显示。
（2）16*16点阵的显示原理
1.虽然完成了上面8*8点阵的显示，但是由于点的数量太少以至于它的显示效果并不是很理想，事实上现在大部分点阵的汉字都是16*16显示的，下面让我们来学习16*16点阵的显示。
和上面一样我们先选择元件：
AT89C52，74LS138,，MATRIX-8*8-GREEN，因为要显示16*16的汉字，我们就不能再使用一个38译码器进行行选了，这里我们用两个38译码器组合成一个4选16的译码器（当然也可以使用74159）。
而MATRIX-8*8-GREEN点阵需要4个。
完成后如下图：
2.先来看看4选16的译码器是如何工作的，这里有4个输入端a、b、c、d，16个输出端H0~H15，如上图连线后即可完成类似于38译码器一样的工作。
只不过扩展到了16行选。
关于连线的原理这里不再赘述，只要明白38译码器的原理这个可以轻松理解。
接着完成全部布线。
如下图所示：
3.连好线后，P1作为行选，P2、P3一起作为列选。
现在16*16的点阵被分成两块并不完整的部分，我们可以整体移动（包括点阵屏、连线以及连接点，）来方便我们观察显示的效果（最好同时去掉仿真中电平的指示灯）。
接着我们来看一个程序，还是让此点阵屏显示一个汉字：
“明”。
先看效果图：
源代码如下：
/************16*16LED点阵屏显示*****************/
#include
charcodetable[]={0x00,0x20,0x20,0x7F,0x7E,0x21,0x22,0x21,
0x22,0x21,0x22,0x3F,0x3E,0x21,0x22,0x21,
0x22,0x21,0x22,0x3F,0x3E,0x21,0x22,0x21,
0x80,0x20,0x80,0x20,0x40,0x28,0x20,0x10};//“明”
voiddelay（intz）
{
intx,y;
for（x=0;x for（y=0;y<110;y++）;
}
voidmain（）
{
intnum;
while
（1）
{
for（num=0;num<16;num++）
{
P1=num; //行选
P2=table[2*num]; //列选
P3=table[2*num+1]; //列选
delay
（2）;
}
}
}
4..先来看这次使用的table数组，因为是16*16的点阵，所以总共有32个数据，其中第1、2个数据用于第一行的显示，第2、3个数据用于第二行的显示，以此类推，总共16行。
然后还是来看while循环内，同样for循环依次扫描16行，以第一行为例，即num=0时，首先P1=0，选中第一行，P2=table[0]、P3=table[1]送出列选数据，即第一行要显示的两个字节的数据。
其他行同理。
这样很轻松的我们就完成了16*16点阵的显示。
程序虽然完成了，但是回过头来看一看就会发现，我们在这里使用了P2与P3口一起来做列选，浪费了大量的I/O/资源，而且现在点阵屏的大小还只有16*16，如果想要扩展的更大，已经没有足够的I/O口可用了。
所以一定要想出更好的办法进行列选。
5.为了解决上面提到的问题，我们来学习一个新的元件：
74HC595。
它实质上是一个串行移位寄存器，能够实现“串入并出”的功能，关于它的使用我们还是用上一个列子来讲解，先来看看它的实现，如图：
可以看到这里我们仅使用了三个I/O口就完成了列选数据的发送。
主要来看74HC595是如何实现“串入并出”的，这里我们使用了两个595进行了级联，即第二个595的数据输入端连接了第一个595的级联输出口Q7’。
也就是说，我们只需要从第一个595的输入端串行输入数据，便可以实现把数据送入第二个595的功能。
而且595的数量可以进行无限的级联，而不管有多少个595，我们只需要一个数据输入端就可以，这样就大大节省了I/O资源。
对于595的具体使用还是来看程序。
源代码如下：
/************16*16LED点阵屏显示*****************/
#include
sbitR="P2"^0; //数据输入端口
sbitCLK="P2"^1; //时钟信号
sbitSTB="P2"^2; //锁存端
charcodetable[]={0x00,0x20,0x20,0x7F,0x7E,0x21,0x22,0x21,
0x22,0x21,0x22,0x3F,0x3E,0x21,0x22,0x21,
0x22,0x21,0x22,0x3F,0x3E,0x21,0x22,0x21,
0x80,0x20,0x80,0x20,0x40,0x28,0x20,0x10};//“明”
voiddelay（intz）
{
intx,y;
for（x=0;x for（y=0;y<110;y++）;
}
voidWriteByte（chardat） //写一个字节的数据
{
chari;
for（i=0;i<8;i++） //循环8次把编码传给锁存器
{
dat=dat>>1; //右移一位，取出该字节的最低位
R=CY; //将该字节的最低位传给R
CLK=0; //将数据移入595，上升沿
CLK=1;
}
}
voidmain（）
{
intnum;
while
（1）
{
for（num=0;num<16;num++）
{
WriteByte（table[2*num]）; //送出一个字节
WriteByte（table[2*num+1]）;
P1=num; //行选
STB=1; //输出锁存器中的数据，下降沿
STB=0;
delay
（2）;
}
}
}
先来看不同之处，这里我们首先位定义了R、CLK、STB，分别对应于74HC595的DS、SH_CP、ST_CP用以实现串行数据输入、数据移位以及并行数据输出。
然后来看WriteByte（chardat）函数，该函数实现了串行向595中输入一个字节数据的功能。
来看for循环，首先dat=dat>>1，把要输入的数据右移一位，这样最低位便进入移位寄存器CY中，紧接着我们让R=CY，把该位传给595的输入端，CLK一个上升沿的跳变就实现了把该位数据移入595的功能。
8次循环便可以将一个字节的数据送出。
重点还是看while循环内，同样也是16行的扫描，然后就是WriteByte（table[2*num]）等同于上面的P2=table[2*num]，WriteByte（table[2*num+1]）等同于P3=table[2*num+1]，完成列选，接着行选，然后有一个STB的下降沿的跳变，这个变化能够实现并行输出移位寄存器中的数据。
这样就完成了整个过程。
（3）16*16点阵的移位控制
点阵的移位一般有上、下、左、右的移动，这里我们重点讲上移和左移，其它同理。
1. 点阵的上移：
点阵的上移相对来说很简单，看效果图如下：
源代码：
（该程序实现了循环上移显示“邢台”）
/************16*16LED点阵屏显示*****************/
#include
sbitR="P2"^0; //数据输入端口
sbitCLK="P2"^1; //时钟信号
sbitSTB="P2"^2; //锁存端
charcodetable[]={
/*-- 文字:
邢 --*/
/*-- 宋体12; 此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16 --*/
0x00,0x00,0xFE,0x3E,0x48,0x22,0x48,0x22,
0x48,0x12,0x48,0x12,0x48,0x0A,0xFF,0x13,
0x48,0x22,0x48,0x42,0x48,0x42,0x48,0x46,
0x44,0x2A,0x44,0x12,0x42,0x02,0x40,0x02,
/*-- 文字:
台 --*/
/*-- 宋体12; 此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16 --*/
0x40,0x00,0x40,0x00,0x20,0x00,0x10,0x04,
0x08,0x08,0x04,0x10,0xFE,0x3F,0x00,0x20,
0x00,0x08,0xF8,0x1F,0x08,0x08,0x08,0x08,
0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,
};
voiddelay（intz）
{
intx,y;
for（x=0;x for（y=0;y<110;y++）;
}
voidWriteByte（chardat） //写一个字节的数据
{
chari;
for（i=0;i<8;i++） //循环8次把编码传给锁存器
{
dat=dat>>1; //右移一位，取出该字节的最低位
R=CY; //将该字节的最低位传给R
CLK=0; //将数据送出，上升沿
CLK=1;
}
}
voidmain（）
{
intnum,move,speed;
while
（1）
{
if（++speed>8） //移动速度控制
{
speed=0;
move++; //移位
if（move>16） //是否完成移位一个汉字
move=0; //从头开始
}
for（num=0;num<16;num++）
{
WriteByte（table[2*num+move*2]）; //送出一个字节
WriteByte（table[2*num+1+move*2]）;
P1=num; //行选
STB=1; //输出锁存器中的数据，下降沿
STB=0;
delay
（2）;
}
}
}
可以看到这个程序和静态显示的程序没有太大的差距，主要就是加入了一个move变量来控制移动，WriteByte（table[2*num+move*2]）中当move变量变化的时候更改了写入595中的数据，正好实现了移动显示的效果。
而speed变量的if判断语句能够控制移动速度的大小。
下面重点讲左移。
2. 点阵的左移：
因为点阵的数据最终是一个一个字节的并行送出的，所以要实现点阵的左移，我们就需要考虑如何才能够动态的更改每一个发送字节的数据，而汉字的每一个字节的编码是固定的，这里我们可以使用一个数据缓冲区来完成点阵的左移。
重点说一下点阵左移中关键的一步操作temp=（BUFF[s]>>tempyid）|（BUFF[s+1]<<（8-tempyid））。
这里temp作为要发送的一个字节数据，它由数据缓冲区中的数据组合而成，并且动态的变化，大致来说就是首先第一个字节的数据右移tempyid位，第二个字节的数据左移8-tempyid位，两者相或后组成一个字节新的数据，只要我们一直不断地移位、相或、发送，就能实现左移的效果。
不太好理解，先来看实例（循环左移显示“邢台学院”），效果图如下：
见源代码：
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharyid,h; //YID为移动计数器，H为行段计数器
uintzimuo; //字模计数器
ucharcodehanzi[]; //汉字字模
ucharBUFF[4]; //缓存
voidin_data（void）; //调整数据
voidrxd_data（void）; //发送数据
voidsbuf_out（）; //16段扫描
ucharcodetable[]={//篇幅有限，省略编码};
voidmain（void）
{
uchari,d=10;
yid=0;
zimuo=0;
while
（1）
{
while（yid<16） //数据移位。
{
for（i=0;i {
sbuf_out（）;
}
yid++; //移动一步
}
yid=0;
zimuo=zimuo+32; //后移一个字，
if（zimuo>=96） //到最后从头开始，有字数决定
zimuo=0;
}
}
/********************************/
voidsbuf_out（）
{
for（h=0;h<16;h++） //16行扫描
{
in_data（）; //调整数据
rxd_data（）; //串口发送数据
P1=0x7f; //关闭显示。
P1_7=1; //锁存为高，595锁存信号
P1=h;
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