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STC89S52RC+16*64点阵屏+74LS154+74HC595点阵设计(PCB,原理图)

2017-12-27 16:00更新
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本设计采用STC89S52RC单片机为核心控制器件,用16块8*8点阵相连组成16*64点阵屏,作为显示部分。用74LS154作为行驱动控制,控制点阵屏的行控制信号,有十六根数据线接在点阵屏的十六个行控制信号端上,用74HC595作为列驱动控制,控制点阵屏的列控制信号,同样有三根数据线接在点阵屏的十六个列控制信号端。系统方框图1.

 图片1

图1 系统方框图

 

一、控制单元设计

控制单元是整个显示系统的核心,该系统中采用51系列单片机为核心器件,用来发送控制指令和显示内容,并且直接输出数据通过译码电路控制LED显示屏的显示内容和显示状态。

在51系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯片。根据题目的要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力,因为在软件设计时方便的程序下载对程序的验证和编写非常有用。还有就是为了提高LED显示屏的扫描速度,单片机的执行速度要尽可能的快。根据这两点要求,选择STC89S52RC为控制单元的主控芯片。

STC89S52RC的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路,选定一定数量的I\O口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件,具体电路如图3-5所示。

在该系统中,P0各口主要用作LED显示数据的控制输出。由于端口的驱动能力有限所以该端口外接了10K的上拉电阻来提高驱动能力。具体接法为:P0.0,P0.1,P0.2,P0.3分别接四块74HC154的ABCD端,向74HC154送入串行数据经过其转换后并行输出; P3.1接 74HC595的SCK,上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器,下降沿时存储寄存器数据不变。;P1.1接74HC595的RCK端,上升沿时数据寄存器的数据移位,QA-->QB-->QC-->...-->QH;下降沿移位寄存器数据不变。引脚29,EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。因为没有扩展外部程序存储器所以将EA置为高电平。

 图片2

图2 控制部分电路图

二、驱动电路设计

1.列驱动

列驱动电路由集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构,而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的,可以实现在显示本行列数据的同时,传送下一行的列数据,既达到重叠处理的目的。

 图片3

图3 74HC595结构图表

 

74HC595的外形如图3所示。它的输入侧有8个串行移位寄存器,每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚DS是串行数据的输入端。引脚ST是移位寄存器的移位时钟脉冲,在其上升沿发生移位,并将SI的下一个数据打入最低位。74HC595引脚说明见表1。

 

     表1 74HC595引脚说明

符号

引脚

描述

Oo~O7

1~7

并行数据输出

GND

8

Q7’

9

串行数据输出

SRCLR

10

主复位(低电平)

SRCLK

11

移位寄存时钟输入

RCLK

12

存储寄存时钟输入

CE

13

输出有效(低电平)

SER

14

串行数据输入

VCC

16

电源


移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端,也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号,其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号,只有当其为低时锁存器的输出才开放,否则为高组态。SCLR信号是移位寄存器清零输入端,当其为低时移位寄存器的输出全部为零。由于SCK和RCK两个信号是互相独立的,所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QA~QH,最高位QH可作为多片74HC595级联应用时,向上一级的级联输出。但因为QH受输出锁存器的打入控制,所以还从输出锁存器前引出QH,作为与移位寄存器完全同步的级联输出。


图片4 

图4 列驱动电路  

 

将8片74HC595进行级连,可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样,当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全 部移入74HC595中,此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中,并在使能信号G的作用下,使串入数据并行输出,从而使与各输 出位对应的场驱动管处于放大或截止状态;同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通,相当于第一行LED的正端都接高,显然,第一行LED管的亮灭 就取决于74HC595中的锁存信号;此外,在第一行LED管点亮的同时,再在74HC595中移入第二行需要显示的数据,随后将其锁存,同时由行扫描控 制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行,使第二行LED管点亮,以此类推,当第十六行扫描过后再回到第一行,这样,只要扫描速度足够高,就可形成一幅完整 的文字或图像。

 

2、行驱动

本设计采用74LS154作为点阵屏列控制信号,因为154可以输出16位的控制信号,所以只要扫描频率可以,点阵屏就可以看成是稳定平滑过渡,没有闪烁的感觉,给人以正常的视觉效果。74LS154引脚图5如图所示。

图片5 

图5  74LS154


74LS154可以将4 个二进制编码输入译成16 个彼独立的输出之一,还可以将数据从一个输入线分配到16 个输出的任意一个而实现解调功能。图6和7是74LS154内部逻辑连接图和管脚功能示意图。

图片6      图片7   

                   图6 内部逻辑连接                                                图7    管脚功能


4LS154为4线——16线译码器,可以实现地址的扩展。

该译码器采用先进的硅结构CMOS技术,并适合内存地址译码和数据路由应用。它抗噪声能力强,低功耗,并与低电压TTL电路兼容。

功能特性:

  • 传输延迟:21ns
  • 电源提供静态电流:80µA
  • 电源电压范围:2―6V
  • 低电平输入电流:最大1µA
  • 引脚功能说明:
  • 1-11 13-17 :输出端。(outputs (active LOW))
  • 12:Gnd电源地 (ground (0 V))
  • 18-19:使能输入端 (enable inputs (active LOW))
  • 20-23地址输入端 (address inputs)
  • 24:VCC电源正 (positive supply voltage)
  • 地址/全能输入对应输出表
  • 功能真值表注意:
  • H = 高电平(HIGH voltage level)
  • L = 低电平(LOW voltage level)
  • X = 任意电平(don’t care)

只要控制端G1、G2任意一个为高电平,A、B、C、D任意电平输入都无效。

74LS154是此集成电路的TTL版本,其功耗更小,功能一样。译码器在单片机系统中一般起扩展I/O的作用,当外设比较多,单片机的引脚不够用的时候,就可以由74LS154把4个单片机I/O口扩展为16个。增强了单片机控制外设的能力。这种单片 4 线—16 线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。当两个选通输入E1 和E2 为低时, 它可将4 个二进制编码的输入译成16 个互相独立的输出之一。实现解调功能的办法是:用4 个输入线(A、B、C、D)写出输出线的地址,使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是高时,所有输出都为高。


三、点阵屏分类

1. 按颜色基色分:

单基色显示屏:单一颜色(红色或绿色)。

双基色显示屏:红和绿双基色,256级灰度、可以显示65536种颜色。

全彩色显示屏:红、绿、蓝三基色,256级灰度的全彩色显示屏可以显 示一千六百多万种色。

2. 按显示器件分:

 LED数码显示屏:显示器件为7段码数码管,适于制作时钟屏、利率屏等,显示数字的电子显示屏。

LED点阵图文显示屏:显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块,适于播放文字、图像信息。

LED视频显示屏:显示器件是由许多发光二极管组成,可以显示视频、动画等各种视频文件。

3. 按使用场合分类

室内显示屏:发光点较小,一般Φ3mm--Φ8mm,显示面积一般几至十几平方米。

室外显示屏:面积一般几十平方米至几百平方米,亮度高,可在阳光下工作,具有防风、防雨、防水功能。

4. 按发光点直径及间距分类

室内屏(按直径分):Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、

室外屏(按间距分):PH10、PH12、PH14、PH16、PH20、PH25、PH31.25、PH37.5......


四、点阵工作原理

图8 为8*8点阵LED等效电路,只要其对应的X、Y轴顺向偏压,即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮,则Y0=1,X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。

一般我们使用点阵显示汉字是用的16*16的点阵宋体字库,所谓16*16,是每一个汉字在纵、横各16点的区域内显示的。也就是说得用四个8*8点阵组合成一个16*16的点阵。                  

 图片8

 图8  点阵原理图


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3-12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。目前市场上普遍采用的点阵模块有8×8、16×16几种;这两种屏幕构成方法各有有缺点,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。所以构建一个16×64的LED点阵屏选用块8×8点阵模块。

如图9所示,本设计采用了16个8*8的点阵发光二级管模块,组成了16*64的LED点阵显示屏。LED驱动显示采用的动态驱动扫描方法,动态扫描方式是逐行轮流点亮,把所有同一行的发光管的阳极连在一起,把所有同一列的发光管的阴极连在一起,先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存,然后选通第一行使其点亮一定的时间,然后熄灭;再送出第二行的数据并锁存,然后选通第二行使其点亮相同的时间,然后熄灭;…第十六行之后,又重新点亮第一行,反复轮回。当这样的轮回速度足够快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,就能看到显示屏上稳定的图形。该方法能驱动较多的LED,控制方式较灵活,而且节省单片机的资源。

 

图片9 

图9 点阵显示电路

 

产品图片:

图片10


图片11 

 

 


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