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PIC单片机控制点阵LED显示技术研究工学论文
[摘要]LED显示技术在工业仪表中应用十分广泛，它能直观地显示运行系统的实时状态。同时PIC单片机由于功能强，成本低的优势在各种仪表中应用广泛。对PIC单片机控制点阵LED显示技术进行研究。
[关键词]PIC单片机 LED 控制
一、点阵LED的结构
使用的LED为14*15点阵，由六片7*5点阵LED拼接而成，先分别用三片LED横向组成两个7*15点阵，再用两个7*15上下排列，组成需要的14*15点阵。当某一个LED所在的行驱动为低，列驱动为高时，这个发光管被点亮。
二、静态显示电路的构成
74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。CLK（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的同步时钟输出端。每一个时钟信号的上升沿加到CLK端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出。4片74LS164首尾相串，而时钟端则接在一起。
只要我们对每片LED上7位行驱动中的一位输入低电平，这行中相应列驱动为高的点就会被点亮。如此反复向每一行送入低电平，同时在相应的行被选中时，在列送入相应的数据，并反复的扫描，由于人眼存在视觉暂留效应就可以看到预期的画面信息。
三、编码方式
编码方式是由硬件设计方式决定的。因为送入下排三个LED中最后一片最后一位的列驱动是最先进入74LS164的数据，所以字模的编码顺序和在LED显示顺序正好相反。而且PIC16F877做串行输出时，串行输出寄存器SSPBUF中的8位数据的最高位是最先送出的，所以每行8个点是右面为高位，左面为低进行编码。后面的类推，要显示一个完整的14*15点阵共需要28组的8位2进制字模数据。
四、PIC16F877与LED电路的连接
PIC16F877中提供了两个串行通信模块，分别是同步串行口和通用同步异步接收发送器。其中MSSP模块又提供了两种工作方式，一种是串行外围接口(SPI)，另一个工作方式是芯片间通信总线(IIC)。SSP模块主要用于单片机和其他外围接口或微处理器芯片间的串行通信，像串行EEPROM、显示控制器、模拟数字转换器等，都属于电路板上众多器件间的串行通信接口。USART则属于和电路板外部设备串行通信的接口，简单地说就是RS232接口，可以与PC通信。所以，我们选择SPI同步串行通信方式送入行选编码。SPI工作方式提供8位数据的传输，SCK引脚上的时钟速度决定数据的传输速度。在连接的器件中，由主控器件来产生时钟，其他器件以此外界的时钟为标准。因此在使用SPI方式时，必须确定那个器件为主控器件，其它则为从控器件。本电路使用PIC16F877作为主控器件，SSP模块工作在主控方式下。SCK引脚的时钟由单片机自己产生，因此可以在任何时候数据的传送，传送在有写入SSPBUF缓冲器的动作时开始，我们用SCK引脚输出串行输出同步时钟。本电路中的SPI模块中用来输入出数据，那么SDI引脚可以关掉不用，这时SSBUF寄存器里的内容全根据设定的时钟一位的由SDO引脚移出。在设置使用MSSP模块的SPI工作方式前第一件事是初始化MSSP模块，SSPCON寄存器包含了要设置的相关位，在设置完成后，置MSSP模式使能位SSPEN，便可以开始SPI方式的工作。同时，要复位SSP模块，只要先将SSPEN位清除0，然后重新设置SSPCON，再将SSPEN设置为1就可以。设定好SSPCON就相当于设定了SDO，SCK，SDI，SS 为串行通信用的引脚，因此除了SSPCON寄存器的设置外，对SPI工作方式用到的引脚也要设置。SDO和SCK为输出引脚，因此TRISC<3>和TRISC<5>必须清零。
PORTD端口寄存器读出的是相应的I/O引脚上的电平状态，而写PORTD
端口寄存器则是写入其数据锁存器。另外，D端口还可以作为并行从动端口与单片机总线接口。这里，我们使用它的8 位并行数据输出功能，作为7位并行行选信号和一位使能信号的输出。
五、程序的编写
程序各模块功能说明：
INITIAL：初始化模块。设置串行口工作方式为SPI主动方式；RC3，RC5引脚为输出；SSPBUF寄存器在时钟上升沿送出数据；串行同步时钟为单片机内部时钟的四分频；清SSP中断标志；使能SSP模块。
I2C_OUT：串行口发送数据模块，要发送的数据存放在TXDATA寄存单元中。将TXDATA内容送入SSPBUF中后，检查SSPIF位。当此位被置1时，表示SSPBUF数据送完。SSPIF位需要手动清零，然后此模块返回。
SHOW：将表TABLE的段地址装入数据寄存器DATA1中。共有四个字符要显示，数据寄存器NUM中存放当前显示的是第几个字体符。
SHOW1：每送一次行选取数据后连续送四个列选数据，数据寄存器R1 中存放在送出的是每四个列选数据是的第几个，初始值为4。
SHOW2：初始化表地址段内偏移数据寄存器R0。由段地址和段内偏移相加得出要查表数据的页内地址，地址值存放W寄存器。查表得到地址W 内的数据内容放入TXDATA数据寄存器，即当前要送入的列选数据。
SHOW3：将行选数据寄存器R2中的内容送放D口，显示已经送出的四组列选数据。调用延迟模块。关闭D口，LED全灭。从新计算行选数据，然后存入行选数据寄存器R2中。通过R3寄存器判断是否一个字符是否全部显示完毕，如果没有完毕则回到SHOW1模块，送出下面四个列选数据；否则转到下一个模块。
NUMBER：将当前的段内偏移加上段地址作为新的段地址，这个新的段地址存放在DATA1数据寄存器中。判断是否所有字符都已经显示完毕。如果没有则转移到SHOW6模块准备显示下一个字符；如果所有字符都已经显示完毕，则回到主模块MAIN，循环显示四个字符。
DELAY：延迟模块。因为每次LED上只有一行是显示出来的，所以快速的刷新会在人的视觉系统中造成视觉暂留，人眼看到的就会是一幅完成的画面。延迟程序时间的长短应使人肉眼看到的画面连贯，无强烈闪烁。
参考文献：
[1]程明、刘琴，LED显示屏的原理及其无线寻呼通信方法[J].电讯技术，2004，（04）.
[2]王永忠，银行自动叫号系统的设计[J].北京服装学院学报（自然科学版），2006，（02）.
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