關于單片機LED點陣流水燈的制作

許藝珍 西南石油大學

1 系統設計

本次系統主要分為兩部分：屏體以及控制器。屏體主要是由LED點陣以及行列驅動電路組成。LED點陣屏采用的是16*16LED顯示模塊連接而成。一塊16*16的顯示屏中LED發光器件的數量是非常多的，不適合運用靜態驅動電路，應采用動態掃描驅動電路。掃描驅動電路采用多行的同名列共用一套驅動器，行驅動器的一行行線連接到電源的一端，列驅動器的一列連接到電源的另一端。控制電路負責有序的選通各行，選通每一行之前還要把該行該列的數據準備好，一旦改行選通，這一行上的LED發光器就可以根據列數據進行顯示。

本系統的控制電路采用的是單片機控制，由于單片機的I/O口數量較少，驅動能力不強，因此需要擴展一定的硬件電路，才能滿足顯示屏的需要。硬件電路大體上可以分為單片機控制器、LED顯示屏行列驅動電路、LED點陣屏三部分，LED顯示屏驅動電路使用通用的數字電路并盡量減少外圍硬件，做到電路簡單、適應性強、成本不高、維護方便等要求。

本次系統采用動態顯示的模式，所謂動態顯示模式就是指逐行輪流點亮。把所有的同一行發光管的陽極連接在一起，把所有第一列發光管的陰極連接在一起，先送出對應第一行的發光管亮滅的數據并且鎖存，然后選通第一行使其點亮一定的時間后熄滅；再送出第二行的數據并且鎖存，然后選通第二行使其點亮同樣的時間，然后熄滅，直到第十六行顯示完后再重新點亮第一行，這樣反復輪回。如下圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

2 硬件設計

本次設計采用AT89C51單片機，18b20,1602，蜂鳴器以及四位一體的七段數碼管等元件來實現單片機點陣流水燈的制作。

2.1 AT89C51單片機

AT89C51單片機是一種帶4K字節FLASH存儲器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。它具有32個可編程I/O線，兩個16位定時器/計數器，5個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。

16乘16點陣顯示模塊

本次制作采用的16乘16的點陣是由四塊8乘8的點陣組合而成的，通過驅動電路SN74HC164以及74HC595來實現的。最終通過軟件的控制實現文字的顯示。

SN74HC164是一種串行移位寄存器，串行輸入并行輸出，當請零端CLR是高電平時，每輸入一個時鐘脈沖時，CLK寄存器中的數據就會從Qa向Qh方向移動一位，也就是Qa到Qb，Qb到Qc，Qc到 Qd，Qd到 Qe，Qe到 Qf，Qf到 Qg，Qg到 Qh。與此同時，兩個輸入端A以及B相與非的結果輸入Qa

74HC595是一個8位串行輸入并行輸出的移位寄存器，寬工作電壓范圍為：2.0V～6.0V,高強度電流三態輸出，最多可驅動高達15個LSTTL負載，低功耗，最大ICC=80μA，典型tpd=13ns，5V下的驅動電流為正負6mA，可直接清零低輸入電流，最大1μA，該寄存器向一個8位的D型存儲寄存器提供數據。它的存儲寄存器具有三態輸出，移位寄存器和存儲寄存器都分別有獨立的時鐘。74HC595的移位寄存器帶有最高優先級的直接清零端（SRCLR）、串行輸入端（SER）以及用于級聯的串行輸出端。當輸出使能端（OE）為高電平時，74HC595的輸出將處于高組態。不管是移位寄存器時鐘（SRCLK）還是存儲寄存器時鐘（RCLK），都是上升沿觸發。若是當兩個時鐘綁定在一起時，那么移位寄存器將一直領先存儲寄存器一個時鐘脈沖。

2.2 流水燈模塊

本次系統采用單片機I/O口直接控制若干個二極管的亮滅，通過程序設置I/O口實現流水燈的制作。