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PIC單片機控制點陣LED顯示技術(shù)研究工學(xué)論文
[摘要]LED顯示技術(shù)在工業(yè)儀表中應(yīng)用十分廣泛，它能直觀地顯示運行系統(tǒng)的實時狀態(tài)。同時PIC單片機由于功能強，成本低的優(yōu)勢在各種儀表中應(yīng)用廣泛。對PIC單片機控制點陣LED顯示技術(shù)進行研究。
[關(guān)鍵詞]PIC單片機 LED 控制
一、點陣LED的結(jié)構(gòu)
使用的LED為14*15點陣，由六片7*5點陣LED拼接而成，先分別用三片LED橫向組成兩個7*15點陣，再用兩個7*15上下排列，組成需要的14*15點陣。當某一個LED所在的行驅(qū)動為低，列驅(qū)動為高時，這個發(fā)光管被點亮。
二、靜態(tài)顯示電路的構(gòu)成
74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。CLK（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的同步時鐘輸出端。每一個時鐘信號的上升沿加到CLK端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數(shù)全部移入74LS164中。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出。4片74LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起。
只要我們對每片LED上7位行驅(qū)動中的一位輸入低電平，這行中相應(yīng)列驅(qū)動為高的點就會被點亮。如此反復(fù)向每一行送入低電平，同時在相應(yīng)的行被選中時，在列送入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并反復(fù)的掃描，由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)就可以看到預(yù)期的畫面信息。
三、編碼方式
編碼方式是由硬件設(shè)計方式?jīng)Q定的。因為送入下排三個LED中最后一片最后一位的列驅(qū)動是最先進入74LS164的數(shù)據(jù)，所以字模的編碼順序和在LED顯示順序正好相反。而且PIC16F877做串行輸出時，串行輸出寄存器SSPBUF中的8位數(shù)據(jù)的最高位是最先送出的，所以每行8個點是右面為高位，左面為低進行編碼。后面的類推，要顯示一個完整的14*15點陣共需要28組的8位2進制字模數(shù)據(jù)。
四、PIC16F877與LED電路的連接
PIC16F877中提供了兩個串行通信模塊，分別是同步串行口和通用同步異步接收發(fā)送器。其中MSSP模塊又提供了兩種工作方式，一種是串行外圍接口(SPI)，另一個工作方式是芯片間通信總線(IIC)。SSP模塊主要用于單片機和其他外圍接口或微處理器芯片間的串行通信，像串行EEPROM、顯示控制器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器等，都屬于電路板上眾多器件間的串行通信接口。USART則屬于和電路板外部設(shè)備串行通信的接口，簡單地說就是RS232接口，可以與PC通信。所以，我們選擇SPI同步串行通信方式送入行選編碼。SPI工作方式提供8位數(shù)據(jù)的傳輸，SCK引腳上的時鐘速度決定數(shù)據(jù)的傳輸速度。在連接的器件中，由主控器件來產(chǎn)生時鐘，其他器件以此外界的時鐘為標準。因此在使用SPI方式時，必須確定那個器件為主控器件，其它則為從控器件。本電路使用PIC16F877作為主控器件，SSP模塊工作在主控方式下。SCK引腳的時鐘由單片機自己產(chǎn)生，因此可以在任何時候數(shù)據(jù)的傳送，傳送在有寫入SSPBUF緩沖器的動作時開始，我們用SCK引腳輸出串行輸出同步時鐘。本電路中的SPI模塊中用來輸入出數(shù)據(jù)，那么SDI引腳可以關(guān)掉不用，這時SSBUF寄存器里的內(nèi)容全根據(jù)設(shè)定的時鐘一位的由SDO引腳移出。在設(shè)置使用MSSP模塊的SPI工作方式前第一件事是初始化MSSP模塊，SSPCON寄存器包含了要設(shè)置的相關(guān)位，在設(shè)置完成后，置MSSP模式使能位SSPEN，便可以開始SPI方式的工作。同時，要復(fù)位SSP模塊，只要先將SSPEN位清除0，然后重新設(shè)置SSPCON，再將SSPEN設(shè)置為1就可以。設(shè)定好SSPCON就相當于設(shè)定了SDO，SCK，SDI，SS 為串行通信用的引腳，因此除了SSPCON寄存器的設(shè)置外，對SPI工作方式用到的引腳也要設(shè)置。SDO和SCK為輸出引腳，因此TRISC<3>和TRISC<5>必須清零。
PORTD端口寄存器讀出的是相應(yīng)的I/O引腳上的電平狀態(tài)，而寫PORTD
端口寄存器則是寫入其數(shù)據(jù)鎖存器。另外，D端口還可以作為并行從動端口與單片機總線接口。這里，我們使用它的8 位并行數(shù)據(jù)輸出功能，作為7位并行行選信號和一位使能信號的輸出。
五、程序的編寫
程序各模塊功能說明：
INITIAL：初始化模塊。設(shè)置串行口工作方式為SPI主動方式；RC3，RC5引腳為輸出；SSPBUF寄存器在時鐘上升沿送出數(shù)據(jù)；串行同步時鐘為單片機內(nèi)部時鐘的四分頻；清SSP中斷標志；使能SSP模塊。
I2C_OUT：串行口發(fā)送數(shù)據(jù)模塊，要發(fā)送的數(shù)據(jù)存放在TXDATA寄存單元中。將TXDATA內(nèi)容送入SSPBUF中后，檢查SSPIF位。當此位被置1時，表示SSPBUF數(shù)據(jù)送完。SSPIF位需要手動清零，然后此模塊返回。
SHOW：將表TABLE的段地址裝入數(shù)據(jù)寄存器DATA1中。共有四個字符要顯示，數(shù)據(jù)寄存器NUM中存放當前顯示的是第幾個字體符。
SHOW1：每送一次行選取數(shù)據(jù)后連續(xù)送四個列選數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寄存器R1 中存放在送出的是每四個列選數(shù)據(jù)是的第幾個，初始值為4。
SHOW2：初始化表地址段內(nèi)偏移數(shù)據(jù)寄存器R0。由段地址和段內(nèi)偏移相加得出要查表數(shù)據(jù)的頁內(nèi)地址，地址值存放W寄存器。查表得到地址W 內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)容放入TXDATA數(shù)據(jù)寄存器，即當前要送入的列選數(shù)據(jù)。
SHOW3：將行選數(shù)據(jù)寄存器R2中的內(nèi)容送放D口，顯示已經(jīng)送出的四組列選數(shù)據(jù)。調(diào)用延遲模塊。關(guān)閉D口，LED全滅。從新計算行選數(shù)據(jù)，然后存入行選數(shù)據(jù)寄存器R2中。通過R3寄存器判斷是否一個字符是否全部顯示完畢，如果沒有完畢則回到SHOW1模塊，送出下面四個列選數(shù)據(jù)；否則轉(zhuǎn)到下一個模塊。
NUMBER：將當前的段內(nèi)偏移加上段地址作為新的段地址，這個新的段地址存放在DATA1數(shù)據(jù)寄存器中。判斷是否所有字符都已經(jīng)顯示完畢。如果沒有則轉(zhuǎn)移到SHOW6模塊準備顯示下一個字符；如果所有字符都已經(jīng)顯示完畢，則回到主模塊MAIN，循環(huán)顯示四個字符。
DELAY：延遲模塊。因為每次LED上只有一行是顯示出來的，所以快速的刷新會在人的視覺系統(tǒng)中造成視覺暫留，人眼看到的就會是一幅完成的畫面。延遲程序時間的長短應(yīng)使人肉眼看到的畫面連貫，無強烈閃爍。
參考文獻：
[1]程明、劉琴，LED顯示屏的原理及其無線尋呼通信方法[J].電訊技術(shù)，2004，（04）.
[2]王永忠，銀行自動叫號系統(tǒng)的設(shè)計[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，（02）.
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