基于51單片機16×16點陣設計與制作詳細說明

ID:56662 · 發表于 2013-11-7 00:16

吐血分享！！！這可是我了一個多月的研究成果。16×16LED顯示屏的制作，雖然這已不是所謂的“新鮮事物”，淘寶上也有在賣，但這是我自己的作品！另外我又在點陣顯示的基礎上加了一個蜂鳴器，用來輸出聲音，比較方便。。。

先說一下為什么會做這個，我是在網上看到一個視頻，是講一個老外制作了一個8×8×8的立體LED，也叫光立方。看的我是熱血沸騰，也想自己制作一個，但限于自己的知識有限，而且我所學習的51單片機根本達不到控制光立方的計算速度，所以，就想先做一個平面的練練手，等以后再向光立方發展！

先說一下此次制作的花費（此處為我自己在淘寶網上購買時的報價）：
LED（5mm） 280×0.1=28元（一般會多買上十幾二十個的，萬一與壞的不就悲劇咯……）；
74LS154（二手） 1×4.5=4.5元；
74HC595 2×0.65=1.3元；
萬能板（18×30cm）1×8.3=8.3元；
再其他的像晶振、三極管、電容電阻的就都幾分或幾毛錢一個，很便宜的。所以總共是也就60元左右吧……
好了，廢話少說，下面就讓我們進行制作吧！

16×16點陣顧名思義就是16×16也就是256個LED，而用51單片機控制的話，并不是像我之前所想的簡單的用單片機上的32個I/O接口，16個控制行，16個控制列。因為單片機每個P口總的輸出電流是有一定限制的，而點亮一個LED的電流在3—10MA，要是一行或一列LED都點亮的話，初步估計是20MA×16=320MA，單片機是承受不了的。所以就得用到三極管的放大作用了，用8550就可以實現對LED進行驅動。

當然在對LED的操作并不是簡單的用I/O接口去控制亮、滅，因為我們想讓它可以顯示文字、符號甚至動畫，簡單的靜態顯示是遠遠達不到我們的要求的，這就得用動態顯示。動態掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，具體就16×16的點陣來說，我們把所有同一行的發光管的陽極連在一起，把所有同一列的發光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；…… 第十六行之后又重新燃亮第一行，這樣反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現象，我們就能看到顯示屏上穩定的圖形了。

在采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個列驅動器。顯示數據通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數據都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數據傳輸的問題。采用串行傳輸的方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數據一位一位傳往列驅動器，在硬件方面無疑是十分簡單、經濟的。但是，串行傳輸過程較長，數據按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數據都已傳輸到位之后，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數據準備（傳輸）和列數據顯示兩個部分。這樣一來，時間就有點長了，會對LED的亮度產生影響。

解決串行傳輸中列數據準備和列數據顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法，即在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據。為了達到重疊處理的目的，列數據的顯示就需要具有鎖存功能。經過上述分析，可以歸納出列驅動器電路應具備的主要功能。對于列數據準備來說，它應能實現串入并出的移位功能；對于列數據顯示來說，應具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數據打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數據，而不會影響本行的顯示。所以在行控制上選用74LS154，在列控制上選用74HC595。下面我們來說一下這兩個芯片的功能與用法。關于這兩個芯片的具體資料由于受篇幅的影響就不在此細說了，可以上網搜索，有中文資料。這里只是大體說一下。

74LS154是4/16線譯碼器，由74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經過驅動器驅動對應的行線，一條行線要帶動16列的LED進行顯示，這樣就可以實現對行的控制了，當然還要考慮電流的問題啦，也就是加三極管8550。

74HC595是比較復雜的，詳細說一下吧。的輸入側有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳14是串行數據的輸入端。引腳11是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發生移位，并將14引腳的下一個數據打入最低位。移位后的各位信號出現在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。12引腳是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳13是輸出三態門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態。10引腳是移位寄存器的清零輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為零。由于11引腳和12引腳兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為Q0～Q7，最高位Q7可作為多片74HC595級聯應用時，向上一級的級聯輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了Q7'，這里作為與移位寄存器完全同步的級聯輸出，已完成2塊595的串聯使用。

下面說一下硬件連接圖。因為實物我還沒做出來，等實物完成后再后續上傳程序吧、、、
總電路圖：

因為DXP篇幅太大，不清楚，下面是各個部分的硬件連接圖。
單片機最小系統：

晶振采用24MHZ的，以此來獲得更高的刷新頻率，使顯示更加穩定。
74LS154連接圖：

這里74LS154對LED進行行控制。
74HC595連接圖：

這里74HC595對LED進行列控制。
好了，整個的理論制作過程就是這些了，等原件到了我把實物焊接好以后，還會有后續的程序上傳。會有驚喜喲！

未完待續…………

ID:304731 · 發表于 2018-4-11 15:21

你的后續呢，我也用的595和154做畢設，程序寫不出來，能給我發一下你的資料嗎

ID:309277 · 發表于 2018-4-17 09:41

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基于51單片機16×16點陣設計與制作詳細說明