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;