【51单片机】LED点阵屏（江科大）

9.1LED点阵屏

1.LED点阵屏介绍

LED点阵屏由若干个独立的LED组成,LED以矩阵的形式排列,以灯珠亮灭来显示文字、图片、视频等。

2.LED点阵屏工作原理

LED点阵屏的结构类似于数码管,只不过是数码管把每一列的像素以“8”字型排列而已。原理图如下

每一行的阳极连在一起,每一列的阴极连在一起

LED点阵屏需要进行逐行或逐列扫描(扫描的速度很快),才能使所有LED同时显示

例如,要想显示第二行第二列的LED灯,只需将DPg置1,其余行置0,P06置0,其余列置1,即可

尽管使用8*8的矩阵来控制64个LED等,但16个10口还是比较多的,并且也不能直接使用16个10口,因为本单片机IO口输出是弱上拉的,
输出高电平的电流较小,输出低电平的电流较大(正常),所以如果直接用16个10口的话,LED点阵屏的每一行的输出的电流较小,会使每个的灯光较暗。

于是本开发板使用了74HC595模块来控制A1-A8这8行的I0口,74HC595模块原理图如下,使用P34、P35、P36三个10口来控制8个10口
的输出。J24模块在LED点阵屏的左上方。

3.74HC595

74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器,可用3根线输入串行数据,8根线输出并行数据,多片级联后,可输出16位、24位、32位
等,常用于IO口扩展。

OE:输出使能,低电平有效,接GND,即使用跳线帽将J24的OE和GND连起来

RCLK:寄存器时钟

SRCLR:串行清零,接VCC,表示不清空数据

SRCLK:串行时钟,用于输入串行数据

SER: 串行数据输入端

QH’:用于多片级联,接到下一个74HC595的SER口

74HC595工作原理:

74HC595工作原理简图如下:

该模块可用于数据串行输入,并行输出

左边是个移位寄存器,SER输入一位数据,SERCLK在上升沿到来时,将移位寄存器的数据向下移动一位,之后SER再输入一位数据,在SERCLK时钟的上升沿时移位,数据填满移位寄存器后,在RCLK的上升沿到来时,将该寄存器的数据复制到右边的数据缓冲寄存器中,即为输出的数据。同时数据也可以通过QH‘输出到下一个74HC595的SER口作为串行数据输入。

4.开发板引脚对应关系

LED点阵屏的列直接接在IO口上,通过P0口直接输入,行通过74HC595来进行数据输入

9.2LED点阵屏显示图形

C51的sfr、sbit

·sfr (special function register):特殊功能寄存器声明
例:sfr PO=0x80;
声明P0口寄存器,物理地址为0x80

·sbit(special bit):特殊位声明
例:sbit P0_1=0x81;或 sbit P0_1=P0^1;
声明P0寄存器的第1位

·可位寻址/不可位寻址:在单片机系统中,操作任意寄存器或者某一位的数据时,必须给出其物理地址,又因为一个寄存器里有8位,所
以位的数量是寄存器数量的8倍,单片机无法对所有位进行编码,故每8个寄存器中,只有一个是可以位寻址的。对不可位寻址的寄存器,
若要只操作其中一位而不影响其它位时,可用“&=”、“=”、“A=”的方法进行位操作

1、位声明
根据原理图,将IO口进行位声明,方面之后使用

2、74HC595写入字节函数

当i=0时，0x80为1000 0000，Byte第一位为1，SER为1；第一位为0，SER为0，即写入第一位
当i=1时，0x80>>i为0100 0000，Byte第二位为1，SER为1；第二位为0，SER为0，即写入第二位
…
SCK=1为上升沿，Byte每写入一位，向下移动一位
RCK=1为上升沿，将八位数据送到IO口

3、显示数据函数

为了消除残影，需要在函数的最后进行P0口的清零

如果想要进行扫描的话,也需要进行消影,和数码管的操作类似(之前我们说数码管进行段选-位选-段选-位选-段选-位选的过程中，刚把下一位段选送入的时候,它会把这个段选送到上一位选,因为上一位的位选还没来得及改变,产生串位的现象,也就是残影的问题）

那么我们需要加一个过程,就是位选后,位选清零。

于是就变成段选-位选-位清零-段选-位选 -位清零-段选-位选

顺便加一段延时过程

段选-位选-延时-位清零-段选-位选-延时-位清零-段选-位选

这样即使它发生串位也是串到了位清零的时刻,但是位清零什么都没有显示,这样就能达到消影的效果。

4、LED点阵屏显示笑脸
main.c

#include 
#include "Delay.h"

sbit RCK=P3^5;		//RCLK
sbit SCK=P3^6;		//SRCLK
sbit SER=P3^4;		//SER

#define MATRIX_LED_PORT		P0

/**
  * @brief  74HC595写入一个字节
  * @param  Byte 要写入的字节
  * @retval 无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SER=Byte&(0x80>>i);
		SCK=1;
		SCK=0;
	}
	RCK=1;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  LED点阵屏显示一列数据
  * @param  Column 要选择的列，范围：0~7，0在最左边
  * @param  Data 选择列显示的数据，高位在上，1为亮，0为灭
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	P0=~(0x80>>Column);
	Delay(1);
	P0=0xFF;
}

void main()
{
	SCK=0;
	RCK=0;
	while(1)
	{
		MatrixLED_ShowColumn(0,0x3C);
		MatrixLED_ShowColumn(1,0x42);
		MatrixLED_ShowColumn(2,0xA9);
		MatrixLED_ShowColumn(3,0x85);
		MatrixLED_ShowColumn(4,0x85);
		MatrixLED_ShowColumn(5,0xA9);
		MatrixLED_ShowColumn(6,0x42);
		MatrixLED_ShowColumn(7,0x3C);
	}
}

9.3LED点阵屏显示动画

1、模块化
MatrixLED.c

#include 
#include "Delay.h"

sbit RCK=P3^5;		//RCLK
sbit SCK=P3^6;		//SRCLK
sbit SER=P3^4;		//SER

#define MATRIX_LED_PORT		P0

/**
  * @brief  74HC595写入一个字节
  * @param  Byte 要写入的字节
  * @retval 无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SER=Byte&(0x80>>i);
		SCK=1;
		SCK=0;
	}
	RCK=1;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  点阵屏初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_Init()
{
	SCK=0;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  LED点阵屏显示一列数据
  * @param  Column 要选择的列，范围：0~7，0在最左边
  * @param  Data 选择列显示的数据，高位在上，1为亮，0为灭
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MATRIX_LED_PORT=~(0x80>>Column);
	Delay(1);
	MATRIX_LED_PORT=0xFF;
}

MatrixLED.h

#ifndef __MATRIX_LED_H__
#define __MATRIX_LED_H__

void MatrixLED_Init();
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data);

#endif

2、利用文字取模软件生成图像数据
点击“基本操作”,再点击“新建图像”,高度选8,宽度随意,这里选32

之后点击“参数设置”,再点击“其他选项”,在这里选择纵向取模,不选择字节倒序,其余不变

点击“模拟动画”,再点击“放大格点”,将图像进行放大

描绘自己想要的图像

点击“取模方式“,选择C51格式,将生成的数据保存

3、保存图像数据
将数据保存在数组中,数组的每一个元素表示一列LED的数据

main.c

#include 
#include "Delay.h"
#include "MatrixLED.h"

//动画数据
unsigned char code Animation[]={
	0x3C,0x42,0xA9,0x85,0x85,0xA9,0x42,0x3C,
	0x3C,0x42,0xA1,0x85,0x85,0xA1,0x42,0x3C,
	0x3C,0x42,0xA5,0x89,0x89,0xA5,0x42,0x3C,
};

void main()
{
	unsigned char i,Offset=0,Count=0;
	MatrixLED_Init();
	while(1)
	{
		for(i=0;i<8;i++)	//循环8次，显示8列数据
		{
			MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+Offset]);
		}
		Count++;			//计次延时
		if(Count>15)
		{
			Count=0;
			Offset+=8;		//偏移+8，切换下一帧画面
			if(Offset>16)
			{
				Offset=0;
			}
		}
	}
}

Animation数组是存储在RAM中,当要显示的图像很多时,数据量会很大,RAM可能会不够,所以可以将数据保存在Flash里面,
在char后面添加一个code就行。但是定义之后便不能更改(ROM的特性)。

unsigned char code Animation[]={};