基于单片机的广告灯程序与电路设计毕业论文

摘 要摘 要随着现代电子技术的迅速发展，各种各样的LED显示屏、广告灯层出不穷，它们已被广泛地应用于商业市场的各个领域。LED显示屏因其亮度高、方便维护和应用灵活等优点，给我们的生活带来很大便利，同时它也具有很大的开发价值。本文设计是从实际应用角度出发，针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的多功能8*8点阵LED广告灯程序。全文介绍了以单片机STC89C54RD+为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。该电子显示屏可以显示各种文字，全屏能显示1个汉字或图案，采用6块8*8点阵LED显示模块，使文字能够实现静止、移入移出等多种动态显示方式。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，就可以有效的控制各显示点的亮灭。并用串口实现硬件与PC的通信。关键词： 广告灯 LED点阵 STC89C54RD+ 动态显示 C语言 串行通信AbstractAbstract This paper probes into the design of multi function 8 * 8 LED dot matrix advertising lights procedure in the wake of the popularity of application of LED products from the perspective of practical function. It highlights the dynamic design and development process of dot matrix electronic display screen, based on the microcontroller STC89C54RD control system, which could display a variety of text, a full-screen display Chinese characters or patterns of 6 sectors of 8 * 8 dot matrix LED display module to guarantee the mode of static, into and out of various dynamic display .Along With the prompt advancement of modern electronic technology, there is a progressive emergency of a variety of LED screen displays and advertising lights as well which have been exploited extensively in diverse regions of the commercial market. Due to the advantages of its characteristics of high brightness, straightforward maintenance and flexible application, LED screen display brings about considerable convenience to us; and meanwhile, it additionally is of great value for development.Single chip control system employs edited program as a basis of C language to control individual display point corresponding to the LED anode and cathode of the level, in that you can efficiently dominate the flash of respective display point, consequently serial communications between hardware and PC could be attainable.Key words: advertising light LED dot matrix STC 89C54RD+ dynamic display The C Programming Language Serial Communicationsi目 录目 录第一章 绪 论11.1 课题背景1 1.1.1 选题背景1 1.1.2 研究现状及发展趋势11.2 论文主要内容3第二章 硬件选择52.1 显示屏主控制器52.2 点阵屏72.3 硬件系统描述9 2.3.1 显示硬件构成9 2.3.2 视觉暂留与晶振选择的关系9 2.3.3 MAX232串行通信10第三章 方法设计133.1 硬件驱动13 3.1.1 74HC138扩展行13 3.1.2 74HC595扩展列17 3.1.3 增强列驱动19 3.1.4 P0口驱动21 3.1.5 点阵行列扩展接法223.2 软件驱动23 3.2.1 74HC138实现驱动功能23第四章 PCB制板流程254.1 新建PROJECT254.2 绘制原理图25第五章 动态显示与静态显示275.1 LED 动态显示原理275.2 静态显示程序285.3 动态显示程序295.4 按键控制程序32第六章 程序硬件调试376.1 硬件调试376.2 硬件成品展示39结 论43致 谢45参考文献47附录A493第一章 绪论第一章 绪 论1.1 课题背景1.1.1 选题背景LED广告灯是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材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显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点1。在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、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。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。1.1.2 研究现状及发展趋势1.我国LED产业发展现状我国的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骨干企业。据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。全国从事LED显示屏的各类企业有100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。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，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、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。技术水平相对领先,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等国际先进水平技术，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6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。 2.LED显示屏的发展趋势现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。未来LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展2。3.选题意义 该设计课题使我们能够掌握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，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了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 论文主要内容针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排：1.初步方案筛选 搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进行分析比较。最终选定了以STC单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的设计方案。2.硬件选择以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定STC89C54RD+单片机为核心控制器件，寄存器74HC595，译码器74HC138，总线收发器74HC245为驱动电路器件，使用MAX232单电源电平转换芯片，提供+5v单电源供电。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。在这里选用的74系列芯片一般有LS、HC 两种，二者高电平低电平定义不同:HC高电平规定为0.7倍电源电压，低电平规定为0.3倍电源电压。LS规定高电平为2.0V，低电平为0.8V。带负载特性不同。HC上拉下拉能力相同，LS上拉弱而下拉强。输入特性不同:HC输入电阻很高，输入开路时电平不定。LS输入内部有上拉，输入开路时为高电平。74HC系列，它具有CMOS的低功耗和相当于74LS高速度的性能，属于一种高速低功耗产品。74HC系列与74LS的工作频率都在30mHz以下，74ALS略高，可达50mHz。工作电压却大不相同：74LS系列为5V，74HC系列为26V。扇出能力：74LS系列为20，而74HC系列在直流时则高达1000以上，但在交流时很低，由工作频率决定。综上所述，作者在本设计中多次用到74HC芯片。 3.硬件/软件驱动设想与实现 根据硬件特点和设计要求，在硬件制作过程中，作者根据以往制作经验已经发现单片机端口驱动能力不足，驱动电路工作不稳定等问题，并深入解决问题，软件选用C语言编写。程序上期望按功能分为静态显示、动态显示等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。4.PCB板 综以上所述，绘制完整的原理图后，初步估算元器件大小并进行封装，经过网络图进行器件放置与布线，最后形成规整的PCB板。（5）动态与静态显示原理 通过静态，动态两方面的显示。并从整屏显示一个文字或图案，单个点阵显示一个文字或图案，整屏动态显示一串图案等方面，对单片机显示画面的稳定性进行进一步的设定。（6） 程序调试在wave环境下编译，用STC专用软件加载程序代码，通过串口连接PC，烧写完后观察输出静态动态文字图形。（7）结论设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。11第二章 硬件选择第二章 硬件选择2.1 显示屏主控制器控制部分是整个系统的核心部分。其常用的电子设计方法，有传统单片机、DSP及EDA等技术。几种设计方法比较各有其特点：1.传统单片机单片机是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制,因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种齐全,型号多样 CPU 从8，16，32到64位，多采用RISC 技术，片上I/O非常丰富，有的单片机集成有A/ D，“ 看门狗”，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超大规模集成电路的发展，NMOS工艺单片机被CMOS代替，并开始向HMOS 过渡。供电电压由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作电流由mA降至A ，这在便携式产品中大有用武之地4。2.DSP 芯片DSP 又叫数字信号处理器。顾名思义，DSP主要用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信号处理。现在已经广泛应用于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域，DSP具有修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这使得速度有了较大的提高。DSP区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微处理器用软件实现乘法,逐条执行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号处理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等。3.EDAEDA(即Electronic Design Automation) 即电子设计自动化，它是以计算机为工具，在EDA 软件平台上，对用硬件描述语言HDL 完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。设计者只需用HDL 语言完成系统功能的描述，借助EDA工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实现。由于FPGA/CPLD可以通过软件编程对该硬件的结构和工作方式进行重构，修改软件程序就相当于改变了硬件，软件编写可以采用自顶向下的设计方案，而且可以多个人分工并行工作这样便缩短了开发周期和上市时间，有利于在激烈的市场竞争中抢占先机。而且MCU和DSP都是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD则可实现硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面，FPGA/CPLP器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。三种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合我们这些初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有MCS-51、STC系列（如图2.1.1所示）、AVR、ARM、PIC等。在单片机的选择上，类似于ARM之类的高端产品，灵活，方便使用，最大的优点在于可以自定义管脚，且管脚数目多，能提供极具丰富性的画面，成为高科技LED的首选。当然，其价位也比较高昂。综合各方面，作者倾向于STC系列单片机，STC系列单片机拥有广泛应用性，强加密性，强抗干扰能力，具有ESD保护，通过EFT测试，宽电压防抖动，宽温度，超低功耗，以及高性能低成本等优点，在控制部分方案的选择中选定STC89C54RD+单片机（如图2.1.2所示）作为控制部分的核心器件。图2.1.1 STC单片机内部结构图2.1.2 STC89C54RD+电路连接原理图2.2 点阵屏显示部分包括了一块至少可以显示一个汉字的显示屏。LED显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的，要构成大屏幕的LED显示屏就需要多个发光二极管。构成LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来，如图2.2.1所示；二是选用一些由单个发光二极管构成的LED点阵子模块构成大的LED点阵模块。目前市场上LED点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616等等。根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。 如2.2.2左图所示，为最常见的88单色LED点阵显示器的外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。图2.2.1 单个发光二极管构造这两种屏幕构成方法各有优缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个LED出现问题时同在一个模块的所有LED都必须被更换。这就加大了维修的成本。两种方法相比较，决定采取模块构成的方法来制作一个LED点阵显示屏。为了避免模块的缺点，选择点阵数较小的模块来减小出现这一问题的风险。图2.2.2 8*8 LED点阵外观及引脚图2.3 硬件系统描述2.3.1 显示硬件构成 由于单片机的I/O口有限，驱动能力不足，所以不能直接用I/O口来驱动LED显示屏，需要对单片机I/O口进行扩展，以增加单片机输出的能力。一个8*8的LED显示屏行和列各有8支引脚（如2.2.2右图所示），本设计中以0-7为列的引脚，以A-G为行的引脚。整个电路显示功能由单片机STC89C54RD+，1个74HC138,6个74HC595，一个74HC245，8个三极管，6个8*8的LED点阵构成。该电路所设计的电子屏可显示多个汉字，多个数字，多种方式动态移动。2.3.2 视觉暂留与晶振选择的关系人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的.其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。视觉暂留现象首先被中国人发现，走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留运用。宋时已有走马灯 ，当时称“马骑灯”。随后法国人保罗罗盖在1828年发明了留影盘，它是一个被绳子在两面穿过的圆盘。盘的一个面画了一只鸟，另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时，鸟在笼子里出现了。这证明了当眼睛看到一系列图像时，它一次保留一个图像。物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1 -0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。STC89C51单片机振荡器频率范围为1M-33MHZ。理论上可以选择1M-24M的晶振，频率越高，精度越大，处理速度越快。一般选晶振依据如下：第一，是它必须在允许的频率范围内；第二，是它需要满足特殊应用的要求；第三，是尽量低,减少电源需求,减少电磁辐射。最终根据芯片的性能，选择24M晶振。2.3.3 MAX232串行通信考虑到烧写程序时的便利以及对单片机的保护，采用MAX232与单片机相连，如此既防止烧写程序时上百次的编程对单片机管脚的损坏，也为STC在线编程提供了便利，最重要的是可以和PC实现直接通信供电。MAX232芯片是一种典型的单电源双组驱动器/接收器，每组驱动器/接收器均能将输入232电平转换为TTL/CMOS电平并可将输入的TTI/CMOS电平转换为232电平。MAX232的最大特点是采用+5V单电源供电，对于大多数单片机应用系统来说简化了系统对电源的要求。MAX232使用起来非常方便，只需按照典型应用电路连接即可实现电平转换，如图2.3.1所示，为MAX232芯片的典型应用电路。表2.3.2 所示，为MAX232芯片的推荐工作条件。图2.3 STC在线编程典型电路表2.1 MAX232芯片推荐工作名称符号最小典型最大单位电源电压VCC4.555.5V输入高电平VIH（T1IN，T2IN）2V输入低电平VIL（T1IN，T2IN）0.8V接收器输入电压R1IN R2IN30V工作温度TA07023第三章 方法设计第三章 方法设计3.1 硬件驱动3.1.1 74HC138扩展行 译码电路的功能。是为了解决单片机I/O端口不足。行译码所用器件为 74HC138。具体电路如图3.1.1所示图3.1.1 行译码电路 1.74HC138译码器概述可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。74HC138可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态，如图3.1.2所示。 图3.1.2 74HC138引脚布局2.74HC138译码器功能74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个低电平输出。如表3.1.1所示。表3.1.1 74HC138 集成译码器功能74HC138 T1TRUTH TABLE真值功能表INPUTS 输入Outputs输出ENABLE 使能ADDRESS地址E3E2E1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHXHXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHLH=高电平 L=低电平 X=任意电平E=输入使能端 A=二进制数据输入端Y=8个输入信号 *输入或输出低电平有效3.74HC138译码器主要技术参数：如表3.1.2所示表3.1.2 74HC138主要参数74HC138参数电压2.06.0V驱动电流+/-5.2mA传输延迟12ns5V74HC138其他特性逻辑电平CMOS功耗考量低功耗或电池供电应用74HC138封装与引脚SO16，SSOP16，DIP16，TSSOP164.74HC138电平取反因74HC138输出的电平是高电平时，期望LED灭，但这个高电平只比5V低0.4V0.7V左右，三极管就会处于放大饱和状态，会造成LED点阵无法将低电平拉到底的现象，从而点阵显示中出现被人眼能识别的余晖。如图3.1.6所示的是一种电流放大器件，使用中往往利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。因此使用PNP三极管2N5401相连，如图3.1.3所示，为点阵提供稳定的高低电平。如表3.1.4所示为2N5401三极管的参数。图3.1.3 PNP三极管图3.1.4 PNP三极管2N5401表 3.1.3 2N5041参数3.1.2 74HC595扩展列595是具有8位移位寄存器，具有三态输出功能。横向级联（扩展列）：上个595的移位寄存器输出端接下个595的移位寄存器输入端，如图3.1.5所示。图3.1.5 SN74HC595级联1.SN74HC595概述595是告诉的硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。如图3.1.6，表3.1.4所示。图3.1.6 74HC595引脚布局2.SN74HC595功能 ，如表3.1.4所示。 表3.1.4 SN74HC595功能输入输出功能SHCPSTCPOEMRDSQ7QnLLNCMR为低电平时紧紧影响移位寄存器LLLL空移位寄存器到输出寄存器HLLZ清空移位寄存器，并行输出为高阻状态LHHQ6NC逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态移入，例如，以前的状态6（内部Q6”）出现在串行输出位。LHNCQn移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出LHQ6Qn移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并输出。H高电平状态 L低电平状态 上升沿 下降沿 Z高阻NC无变化 无效3.SN74HC595技术参数，如图3.1.5所示表3.1.5 SN74HC595参数74HC595参数电压2.06.0V驱动电流+/-7.8mA（并行输出）传输延迟16ns5V74HC595其他特性最大频率108MHZ逻辑电平CMOS考量电量低功耗或电池供电应用74HC595封装与引脚SO16，SSOP16，DIP16，TSSOP163.1.3 增强列驱动由于595级联过多，易导致电流变弱，因此用74HC245进一步增强595的驱动，如图3.1.7所示. 图3.1.7 74HC245与59574HC245总线收发器，典型的CMOS型三态缓冲门电路。由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。74HC245的作用就是信号功率放大。第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。 第29脚“A”信号输入输出端，A1=B1、A8=B8，A1与B1是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，其它类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其它类同。 第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。 第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。 第10脚GND，电源地。 第20脚VCC，电源正极。 如图3.1.8，表3.1.6所示引脚和引脚说明，表3.1.7所示真值表，表3.1.8所示参数。图3.1.8 74HC245引脚表3.1.6 74HC245引脚说明符号引脚描述Q0Q715， 1， 7并行数据输出GND8地Q79串行数据输出MR10主复位（低电平）SHCP11移位寄存器时钟输入STCP12存储寄存器时钟输入OE13输出有效（低电平）DS14串行数据输入VCC16电源表3.1.7 74HC245真值表控制输入运行GDIRLLB数据到A总线LHA数据到B总线HX隔开H=高电平 L=低电平 X=不定表3.1.8 74HC245参数74HC245参数电压2.06.0V驱动电流+/-7.8mA传输延迟7ns5V74HC245其他特性逻辑电平CMOS功耗考量低功耗或电池供电应用74HC245封装与引脚SO20，SSOP20，DIP20，TSSOP203.1.4 P0口驱动单片机P0口片内无上拉电阻，上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起限流作用。P0为I/O口工作状态时，上方FET被关断，从而输出脚浮空，因此P0用于输出线时为开漏输出。由于片内无上拉电阻，上方FET又被关断，P0输出1时无法拉升端口电平。P0是双向口，其它P1，P2，P3是准双向口。上拉电阻的阻值主要是要顾及端口的低电平吸入电流的能力。例如在5V电压下，加1K上拉电阻，将会给端口低电平状态增加5mA的吸入电流。在端口能承受的条件下，上拉电阻小一点为好。在这里，综合STC单片的特点，选择在P0口接入510上拉电阻，并将P0口作为行驱动，P1.0，P1.1，P1.2作为列驱动。如图3.1.16所示加上拉电阻后的STC89C54RD+.图3.1.9 STC89C54R+P0口驱动3.1.5 点阵行列扩展接法根据点阵上的引脚（如图2.2右所示），在595硬件作图时便制成一一对应关系，为编程及PCB排线提供了极大的便利。图 3.1.10 8*8点阵行列接法3.2 软件驱动3.2.1 74HC138实现驱动功能send_138(uchar t) P0=t; /t表示行 用参数传递 将3位转换成8位赋值给P0口3.2.2 74HC59实现驱动功能send_595() uchar j;for(j=0;j8;j+) /一个字节由8位构成 一个一个位传入595传8次ds=(buf5j)&0x80; clock=0;clock=0;/右6 clock=1;clock=1;for(j=0;j8;j+)ds=(buf4j)&0x80; clock=0;clock=0;/右5 clock=1;clock=1;for(j=0;j8;j+)ds=(buf3j)&0x80; clock=0;clock=0;/右4 clock=1;clock=1;for(j=0;j8;j+)ds=(buf2j)&0x80; clock=0;clock=0;/右3 clock=1;clock=1;for(j=0;j8;j+)ds=(buf1j)&0x80; clock=0;clock=0;/右2 clock=1;clock=1;for(j=0;j8;j+)ds=(buf0j)&0x80; clock=0;clock=0;/右1 clock=1;clock=1;crtl=1;crtl=1; /存储寄存器 由低电平转为高电平表示 从存储器里把值送到并口上 即上升沿表示存储crtl=0;crtl=0; 25第四章 PCB制板流程第四章 PCB制板流程4.1 新建PROJECTPROTEL DXP一个工程下一般有四种格式文件：.SCHDOC（原理图），.PCBDOC（PCB图文件），SCHLIB（原理图元件库），PCBLIB（PCB封装库）。后两个大多是因为标准库里没有你所要的元件或封装，用户根据需要制作的。4.2 绘制原理图1.图纸设置；2.放置元件；3.制作元件；4.制作封装：常用的分类方法是从封装外形分类SIP单列直插封装，DIP双列直插封装，PLCC塑料引线芯片载体封装，PQFP塑料四方扁平封装，SOP小尺寸封装，TSOP薄型小尺寸封装，PPGA塑料针状栅格阵列封装，PBGA塑料球栅阵列封装，CSP芯片级封装。很多封装不一定能找到符合使用这要求的，这事就需要根据你所需要的进行自制。本次设计中，作者对电阻和单片机使用了现成封装，点阵使用了自制封装。5.布线：对应的管脚都连接上，如果使用Place Net Label，在需要连接的对应两个短线的上方放置标注相同的Net Label，则生成PCB时，这两条对应短线是相连的。需要注意的是Net Label必须放置在短线上方，最好是将需要连接的元件管脚引出一段导线，然后放上Net Label，检查Net Label与管脚是否相关联上：鼠标放置在导线上，如果出现与Net Label一样的标注则两者相关联（关于总线bus：一般用Net Label就可以表示电气关联关系，bus本身没有任何电气特性）。6.生成（或者更新）元器件流水号：7.生成ERC报告：执行Project-Project Options-Error Reporting里可以看到ERC报告将根据这个规则进行检查报错。执行Project下的Compile Document*则生成ERC结果报告，在System-Message里可以查看错误或警告信息。根据报告进行修改重新编译直至没有错误。8.生成元器件列表：执行Report-Bill of materials将生成元器件的详细列表。9.生成网络表：执行Dsign-Netlist-Protel将在工程文件目录下生成网络表，可以通过查看网络表中各个元件封装和连接是否正确。对于网络报表的检查至关重要，如果没有出现错误才可以继续。4.3 PCB图的生成和加工：在原理图制作的各个步骤都真确无误的执行完后，开始生成PCB。1.规划电路板:单击”Keep-Out Layer”层，该层为禁止布线层，一般用于设置电路板的电气边界。执行Place-Keepout-Track，画出PCB图的大体边界（摆放好元件封装后需要进一步的调整边界）。2.加载原理图元件封装；3.自动布局元器件：大都是自己挨个摆放元器件。4.自动布线；5.手工调整布线：对于自动布线有些地方不满意的，可以将相应的布线删除，然后手动布线。布线完毕要执行Tools-Design Rule Check，对布通与否进行检查。6.添加焊盘和字符：布线完毕，一般要在电路板的四个边角安放大过孔作为固定电路板的螺丝孔。一般应该在布线之前打好，这样就不会出现和导线位置冲突的情况了。7.敷铜：Top Layer和Bottom Layer都需要敷铜。8.PCB板的3D显示：执行View-Board in 3D命令，即可生成一个3D的效果图。9.生成PCB报表文件；10.生成.PCB文件：由此生成的.PCB文件就是最终可以拿到工厂制作PCB板子的文件了。35第五章 动态显示与静态显示第五章 动态显示与静态显示5.1 LED 动态显示原理LED点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，动态相对复杂，在实际应用中也一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。以88点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图5.1中，红色水平线Y0、Y1Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图5.2所示。图5.1 .188单色LED模块内部电路图 5.1.2 用动态扫描显示字符“B”的过程5.2 静态显示程序xianshi1() kong1=1;kong2=0;buf0=0x00;buf1=0x08;buf2=0x08;buf3=0x00;buf4=0x08;buf5=0x00; send_595(); /1 H1=0;H2=0;H3=0; buf0=0x7f;buf1=0x7f;buf2=0x7f;buf3=0x3e;buf4=0x34;buf5=0x24; send_595(); H1=1;H2=0;H3=0; /2buf0=0x14;buf1=0x41;buf2=0x49;buf3=0x20;buf4=0x36;buf5=0x7f; send_595();H1=0;H2=1;H3=0; /3buf0=0x7f;buf1=0x3e;buf2=0x5d;buf3=0x18;bu