基于51单片机16×16点阵设计与制作详细说明

ID:56662 · 发表于 2013-11-7 00:16

吐血分享！！！这可是我了一个多月的研究成果。16×16LED显示屏的制作，虽然这已不是所谓的“新鲜事物”，淘宝上也有在卖，但这是我自己的作品！另外我又在点阵显示的基础上加了一个蜂鸣器，用来输出声音，比较方便。。。

先说一下为什么会做这个，我是在网上看到一个视频，是讲一个老外制作了一个8×8×8的立体LED，也叫光立方。看的我是热血沸腾，也想自己制作一个，但限于自己的知识有限，而且我所学习的51单片机根本达不到控制光立方的计算速度，所以，就想先做一个平面的练练手，等以后再向光立方发展！

先说一下此次制作的花费（此处为我自己在淘宝网上购买时的报价）：
LED（5mm） 280×0.1=28元（一般会多买上十几二十个的，万一与坏的不就悲剧咯……）；
74LS154（二手） 1×4.5=4.5元；
74HC595 2×0.65=1.3元；
万能板（18×30cm）1×8.3=8.3元；
再其他的像晶振、三极管、电容电阻的就都几分或几毛钱一个，很便宜的。所以总共是也就60元左右吧……
好了，废话少说，下面就让我们进行制作吧！

16×16点阵顾名思义就是16×16也就是256个LED，而用51单片机控制的话，并不是像我之前所想的简单的用单片机上的32个I/O接口，16个控制行，16个控制列。因为单片机每个P口总的输出电流是有一定限制的，而点亮一个LED的电流在3—10MA，要是一行或一列LED都点亮的话，初步估计是20MA×16=320MA，单片机是承受不了的。所以就得用到三极管的放大作用了，用8550就可以实现对LED进行驱动。

当然在对LED的操作并不是简单的用I/O接口去控制亮、灭，因为我们想让它可以显示文字、符号甚至动画，简单的静态显示是远远达不到我们的要求的，这就得用动态显示。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，具体就16×16的点阵来说，我们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（共阳的接法），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燃亮一定的时间，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燃亮相同的时间，然后熄灭；…… 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。

在采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分简单、经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。这样一来，时间就有点长了，会对LED的亮度产生影响。

解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法，即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。所以在行控制上选用74LS154，在列控制上选用74HC595。下面我们来说一下这两个芯片的功能与用法。关于这两个芯片的具体资料由于受篇幅的影响就不在此细说了，可以上网搜索，有中文资料。这里只是大体说一下。

74LS154是4/16线译码器，由74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线，一条行线要带动16列的LED进行显示，这样就可以实现对行的控制了，当然还要考虑电流的问题啦，也就是加三极管8550。

74HC595是比较复杂的，详细说一下吧。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14是串行数据的输入端。引脚11是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将14引脚的下一个数据打入最低位。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。12引脚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到输出锁存器。引脚13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，否则为高阻态。10引脚是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。由于11引脚和12引脚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Q0～Q7，最高位Q7可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。但因QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了Q7'，这里作为与移位寄存器完全同步的级联输出，已完成2块595的串联使用。

下面说一下硬件连接图。因为实物我还没做出来，等实物完成后再后续上传程序吧、、、
总电路图：

因为DXP篇幅太大，不清楚，下面是各个部分的硬件连接图。
单片机最小系统：

晶振采用24MHZ的，以此来获得更高的刷新频率，使显示更加稳定。
74LS154连接图：

这里74LS154对LED进行行控制。
74HC595连接图：

这里74HC595对LED进行列控制。
好了，整个的理论制作过程就是这些了，等原件到了我把实物焊接好以后，还会有后续的程序上传。会有惊喜哟！

未完待续…………

ID:304731 · 发表于 2018-4-11 15:21

你的后续呢，我也用的595和154做毕设，程序写不出来，能给我发一下你的资料吗

ID:309277 · 发表于 2018-4-17 09:41

上传的图呢？

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