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摘要：介紹在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上擴(kuò)展LED點(diǎn)陣板實(shí)驗(yàn)。擴(kuò)展板電路中只用了三只元件：一片7×5 LED點(diǎn)陣板CD-2057，一只移位寄存器74HC164和一只帶輸出鎖存的8位移位寄存器74HC595。擴(kuò)展板與單片機(jī)的連接很簡單，除了兩根正、負(fù)電源線外，只有串行數(shù)據(jù)和時鐘共5根線，可用多種形式與單片機(jī)連接。介紹LED點(diǎn)陣板上進(jìn)行幀掃描和行掃描的工作原理以及字符移動顯示的原理。作為一個應(yīng)用實(shí)例，給出了一種字符逐行向上漂移的工作方式程序控制流程圖和匯編語言源程序，并作了詳細(xì)的注釋。
關(guān)鍵詞：LED點(diǎn)陣板；幀掃描；行掃描；
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引言：
LED點(diǎn)陣板一般采用行線與列線相交的重合法選擇格點(diǎn)上的發(fā)光二極管，以減少對外連接的線數(shù)，簡化硬件結(jié)構(gòu)。這一方法與重合法對鍵盤按鍵的選擇，或重合法對內(nèi)存芯片格點(diǎn)上的存儲單元的選擇相似。矩陣形式的二維結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)硬件和軟件中是一種基本的結(jié)構(gòu)形式。給學(xué)生提供學(xué)習(xí)重合法操作的實(shí)驗(yàn)條件，讓他們理解和掌握這種常用結(jié)構(gòu)很有必要。在這些操作中，對LED點(diǎn)陣板進(jìn)行編程操作產(chǎn)生的效果最直觀，最能提起學(xué)習(xí)者的興趣。在做這個實(shí)驗(yàn)時，除了能對這種二維矩陣結(jié)構(gòu)獲得到深刻的理解外，串行掃描工作方式實(shí)現(xiàn)顯示成像的原理和各種串行掃描技巧可以大大開拓學(xué)生的思路。
我們實(shí)驗(yàn)室的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱是較早期的產(chǎn)品，沒有LED點(diǎn)陣板的實(shí)驗(yàn)的功能，要做LED點(diǎn)陣板實(shí)驗(yàn)需要自己動手制作擴(kuò)展LED點(diǎn)陣板。
新型的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱已經(jīng)有了LED點(diǎn)陣板實(shí)驗(yàn)。但我們發(fā)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱上的這一實(shí)驗(yàn)跟其它許多驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一樣，功能比較單一，設(shè)計(jì)不太合理。更主要的是新實(shí)驗(yàn)箱價格昂貴，在我們現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)箱大多數(shù)功能都可使用的情況下，學(xué)校不可能為我們另購新型的實(shí)驗(yàn)箱，只能自己動手制作。
實(shí)際上，我們發(fā)現(xiàn)自己制作這一擴(kuò)展板難度不大，元件價格相對很低，可以讓實(shí)驗(yàn)方法做得比較靈活，可用多種方法達(dá)到相同的效果，特別能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)精神。擴(kuò)展板的電路中只用了三只元件，一片7×5 LED點(diǎn)陣板CD-2057，一只移位寄存器74HC164和一只帶輸出鎖存的8位移位寄存器74HC595。擴(kuò)展板對外除了兩根正、負(fù)電源線外，與單片機(jī)連接只有5根串行數(shù)據(jù)、時鐘和控制線，可有多種形式與單片機(jī)連接。圖1的擴(kuò)展LED點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)板電路圖是一種連接形式，使用的單片機(jī)為80C51系列，匯編語言程序也按該系列的單片機(jī)語言編寫。
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電路簡介
圖1 擴(kuò)展LED點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)板電路圖
在擴(kuò)展LED點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)板電路中最主要的是一片7×5 LED點(diǎn)陣板CD-2057（該型號印在器件的背面），它的7根行線是相應(yīng)行內(nèi)5只發(fā)光二極管的公共負(fù)極端，5根列線為相應(yīng)列內(nèi)7只發(fā)光二極管的公共正極端，當(dāng)一根列線接正5V，一根行線接地時，兩線相交處的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。
圖2是LED點(diǎn)陣板PLTM2088BS結(jié)構(gòu)圖，由于有8×8=64只發(fā)光二極管，顯然顯示效果較好。我們手中除了有PLTM2088BS外，還有若干7×5 LED點(diǎn)陣板CD-2057，是從市場上購得的舊材料，每片的價格不足兩元，但未找到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。于是參照圖2進(jìn)行實(shí)測，很容易找出其邏輯關(guān)系，與圖2的結(jié)構(gòu)完全相似，只是少了一行三列。
比較PLTM2088BS和CD-2057，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)LED點(diǎn)陣板編程時，不少人對使用PLTM2088BS編程的實(shí)例理解困難，原因是PLTM2088BS的行與列的管腳很對稱，都是8只，于是對LED點(diǎn)陣板行列控制的語句將他們弄得很混淆。而CD-2057卻是7行5列，行、列控制語句易于分辨，初學(xué)者容易入門，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。因此我們選用CD-2057作擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。
圖2 PLTM2088BS結(jié)構(gòu)圖
實(shí)驗(yàn)板電路中帶輸出鎖存的8位移位寄存器74HC595的低7位輸出端與點(diǎn)陣板CD-2057行線連接。74HC595的第14腳SD1是串行數(shù)據(jù)輸入線，11腳SRCLK為串行輸入時鐘控制線，當(dāng)SRCLK從低電平跳到高電平時，SD1的一個數(shù)據(jù)移入輸入級移位寄存器。12腳RCLK為輸出級鎖存器的時鐘控制線，當(dāng)RCLK從低電平跳到高電平時，輸入級移位寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到輸出級。
電路中8位串入并出移位寄存器74HC164的高5位輸出端與點(diǎn)陣板CD-2057列線連接。若列線也用74HC595連接，效果似乎更好些。由于74HC164的輸出端不帶鎖存，送數(shù)時易出現(xiàn)余輝，從而降低對比度。但74HC164是單片機(jī)教程中常用的器件，使用它可以讓學(xué)生熟悉這一器件的特性。編程中，如果設(shè)計(jì)成將數(shù)據(jù)送至列的形式，則每次刷新列數(shù)據(jù)時只須對8位的串行移位寄存器74HC164移入5位數(shù)據(jù)即可。
以上三個器件連接好后，除了正5V和對地的電源線外，另外5根線中有一根行數(shù)據(jù)輸入線SD1和一根列數(shù)據(jù)輸入線B，兩根時鐘控制線74HC595的SRCLK和74HC164的CLK，以及74HC595的輸出轉(zhuǎn)移控制線RCLK。由學(xué)生根據(jù)自己的編程思想將這5根線與單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱中相應(yīng)的輸出端口相連。
現(xiàn)在的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱都能與PC機(jī)聯(lián)機(jī)，可以方便地在PC機(jī)上編寫并控制單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱運(yùn)行各種不同的控制程序，使LED點(diǎn)陣板產(chǎn)生出豐富的顯示效果。我們實(shí)驗(yàn)室使用的是ICESLAB-51/96型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，它的仿真頭上的P1口和P3口是完全開放給用戶的。但與該實(shí)驗(yàn)箱的聯(lián)機(jī)功能很差，只能與使用DOS的計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，因此我們收集了校內(nèi)計(jì)算中心一些早已報廢的486型甚至386型無硬盤的計(jì)算機(jī)，將這些計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后運(yùn)行服務(wù)器上實(shí)驗(yàn)箱聯(lián)機(jī)軟件，獲得很好的實(shí)驗(yàn)效果。
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字符移動顯示原理及軟件設(shè)計(jì)
圖1給出了擴(kuò)展電路與單片機(jī)連接的一個方案。根據(jù)這種聯(lián)接形式，介紹在LED點(diǎn)陣板上實(shí)現(xiàn)字符移動顯示的原理。該方案是在點(diǎn)陣板CD-2057上顯示自下向上漂移的字母或圖案。由于只有7×5=35只發(fā)光三極管，像素太少，不宜顯示漢字，因?yàn)轱@示效果不好看，但工作原理相同。若將點(diǎn)陣板增至4塊，顯示的漢字就很美觀了。
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程序框圖
圖3 主程序及字掃描子程序
在主程序中，使用DPTR地址寄存器作為地址指針，開始時指向數(shù)據(jù)表首地址。第一次循環(huán)時，DPTR指向第一列，在循環(huán)體中DPTR加1，第二次循環(huán)時，地址指針后移一列。幀掃描子程序每次掃描LED點(diǎn)陣板7行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)串行送至74HC164輸出端連接的5根列線。行線作控制開關(guān)使用，由74HC595輸出端提供控制信號。第一次送出第一個字符最上一行5位列數(shù)據(jù)時，行掃描開關(guān)除了置第一行為低外，其余行置高，即打開第一行，關(guān)閉其余行。第二次送出第一個字符第二行5位列數(shù)據(jù)，行掃描開關(guān)置第二行為低，其余行置高，打開第二行，關(guān)閉其余行，以后類推。用這樣方式完成一幀掃描。
數(shù)據(jù)表按顯示要求編碼。每一個字節(jié)為LED點(diǎn)陣板一行中5位相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)。由于只發(fā)送5次，所以有效數(shù)據(jù)只在一個字節(jié)的低5位。當(dāng)列線為0時與行線相交點(diǎn)的發(fā)光二極管關(guān)，列線為1時開。數(shù)據(jù)表中一行7列的7個字節(jié)數(shù)據(jù)為一個字符的編碼信息。
DPTR在幀掃描子程序外置數(shù)據(jù)表地址的基值，R1作地址偏移量，以兩者之和對數(shù)據(jù)尋址。R1的初值為0，當(dāng)DPTR為表首地址時，在子程序的循環(huán)中R1從0增加到6，取出第一個顯示字符的全部7個字節(jié)并與行開關(guān)配合依次逐行顯示，完成一幀掃描操作。
DPTR在每次循環(huán)后加1，使得它所指向的數(shù)據(jù)表地址后移。此后調(diào)用幀掃描子程序時，每幀顯示的字符地址將向后移。例如第二次調(diào)用幀掃描子程序，DPTR的值為表首地址加1，此時當(dāng)R1再從0增加到6時，取出的是第一個顯示字符后6個字節(jié)和第二個顯示字符的第一個字節(jié)，并與行開關(guān)配合依次逐行顯示，完成一幀掃描操作。此時看到的顯示效果為第一個顯示字符向上移動了一行，原第一行從上端移出了屏幕，而第二個顯示字符的第一行從下端進(jìn)入了屏幕。隨著DPTR在每次循環(huán)后加一次次地加1，每幀顯示都將當(dāng)前顯示字符的一行從上端移出，將后續(xù)顯示字符的一行從下端移入，形成了所有設(shè)置字符的流水顯示。
DPTR能增加的最大數(shù)是循環(huán)計(jì)數(shù)器R3的初值，因此R3的初值應(yīng)比數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)總數(shù)少7，否則DPTR與R1相加后將指到表外。為了保證最后一個字也能移動顯示，DPTR又要能指向最后一個顯示字符的最后一個編碼字節(jié)。因此將數(shù)據(jù)表最后一行用了全0數(shù)據(jù)，結(jié)果以黑屏顯示效果結(jié)束全部字符一場移動顯示。
每幀反復(fù)循環(huán)掃描的次數(shù)，決定顯示移動速度。在主程序中，移動速度由幀掃描次數(shù)計(jì)數(shù)器R2中的初值決定。該值要根據(jù)不同晶振的頻率和個人的喜好決定。
圖4 行、列數(shù)據(jù)發(fā)送子程序
在圖3所示的列數(shù)據(jù)發(fā)送子程序中，CPU通過P1.5端口的5次串行移位操作，將數(shù)據(jù)送到74HC164的輸出端及LED點(diǎn)陣板CD-2057的5根列線。
LED點(diǎn)陣板CD-2057按重合法方式顯示，可將數(shù)據(jù)同時送到5條列線，然后開啟這5列數(shù)據(jù)應(yīng)出現(xiàn)的行線，關(guān)閉其它行。由于只有7根行線與74HC595的第0到6位連接，第一次調(diào)用字掃描子程序，CPU通過P1.2端口的8次串行移位操作，將控制字#10111111B送到74HC595的輸出端及LED點(diǎn)陣板CD-2057的7根列線�？刂谱�#10111111B中的數(shù)據(jù)0處于輸出端第6位，點(diǎn)亮LED點(diǎn)陣板CD-2057頂端第一行，其余行關(guān)閉。以后控制字循環(huán)經(jīng)過循環(huán)移位后發(fā)送至74HC595輸出端，依次點(diǎn)亮第二行、第三行等等，實(shí)現(xiàn)了幀掃描操作。由于LED點(diǎn)陣板只有7位，所以有一次操作將0移出LED點(diǎn)陣板，此時屏幕全關(guān)。
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源程序
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結(jié)束語
學(xué)生對這一實(shí)驗(yàn)很感興趣，硬件聯(lián)接和軟件設(shè)計(jì)都給學(xué)生很大的發(fā)揮空間。與一些單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上固定接法不同，擴(kuò)展板與單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的連接除了用這里介紹的P1口連接，也可改為P2口連接，還可改為用串行口作同步串行輸出的連接方式。參照上述字符輸出的工作原理，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，按照自己設(shè)計(jì)的方式對這一程序進(jìn)行修改，產(chǎn)生各種各樣的顯示輸出效果。例如可以將字符上滾改為下滾，將一行一行地滾動改為一字一字地跳躍�；蚋臑樽筮M(jìn)右出，右進(jìn)左出等等。輸出的字符可以有學(xué)生喜歡的心形，或跳躍著的心形等。有些要求看似簡單，實(shí)現(xiàn)起來并不太容易，這就增加了挑戰(zhàn)性。這個擴(kuò)展LED點(diǎn)陣板實(shí)驗(yàn)達(dá)到了很好的教學(xué)效果。
Extended LED Lattice Board Experiment on the Experiment Case of the Singlechip Computer
Mengrz
Abstract: Introduced an extended LED lattice board experiment on the experiment case of the single chip computer. Have only used three components on the extended board circuit: One 7*5 LED lattice board CD-2057, one shift register 74HC164 and one 8 bits shift register 74HC595 which is able to latch the output. The connection of the extended board circuit with single chip computer is very simple. Only 5 lines of serial data and clock are connected with the single chip computer. There are various forms to connect with single chip computer. Introduce the principle of frame scanning, line scanning and character moving on LED lattice board. Take a working way of scanning line after line and the words drifting from down to top as an example, provided the flow chart and assembler language source program, had done the detailed note.
Key words: LED lattice board; frame scan; line scan |
66821730(技術(shù)支持)
