姓名：付文星 论文题目：基于单片机的LED点阵显示屏设计
图4 温度传感器DS18B20原理图
3.5 按键模块
本设计共4个独立按键，每个独立按键的一端接一个I/O口，另外一端接地，在没有按下按键的时候，单片机始终检测到的是高电平，即识别为按键没有按下，因此不做任何应答。当按键按下时，此时I/O短接地，单片机检测到按键所对应到的I/O此时由高电平改变为低电平，就可以判断此时触发的是哪一个按键。4个按键的功能分别是：第一按键为设置按键，正常显示时，按一下进入设置日期的年，在按设置键分别是设置月、日、时、分、秒；第二个按键为用于调整时间的递增按键，第三个按键为用于调整时间的递减按键，第四个按键为返回按键，用于退出设置界面，返回到正常显示。
图5键盘模块电路图
3.6 点阵屏驱动芯片
本设计中需要控制的led灯数量大，因此不能用单片机的一个i/O驱动一个led的方式，采用扫描驱动的方式。本设计的屏幕，由于需要的驱动芯片，驱动电路较为复杂，工作量大，本设计集成了驱动的单元板，这样设计可以降低成本，增加产品的观赏性。这里简单介绍各个驱动芯片。
3.6.1 74HC138芯片简介 74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC138与单片机连接的数据引脚一共有三个，分别为A0, A1、A2。并且当138使能时，138的输出Y0-Y7输出是相互排斥的，Y0-Y7输出自有一个是低电平其余为高电平。74HC138总共有3个使能输入端，要保证138的正常工作，必须正确的配置这三个使能引脚。他的使引脚中两个低有效（E1和E2）和一个高电平有效（E3）。因为74HC138有这些特定的性能，因
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此只要2块74HC138就可以搭建一个4-16译码器。图6 为74HC138的引脚图。 ①第 4，5 脚. /(E1)、/(E2) 选通端； ②第 6 脚. E3 选通端； ③第 8 脚. GND 地；
④第 7,9~15 脚. Y7～Y0 译码输出端； ⑤第 16 脚. Vcc 电源
图6 74HC138引脚图
3.6.2 74HC595 芯片简介
74HC595内部含有一个8位移位寄存器还包含有存储器，它的I/O具有三态输出功能。 移位寄存器和存储器它们的时钟电路是分开的互不影响。当我们想通过595向外输出数据时，数据首先在SH_cp的上升沿的时候保存到移位寄存器，数据在ST_cp的上升沿保存到存储寄存器。其输入与CMOS 输出兼容，有一个端口可以对移位存器清零和复位可以控制输出部分。74HC595最大的好处是包含有数据存储寄存器，移位的时候输出端的数据不会改变，这对于显示屏的驱动有极为重要的作用。其引脚说明如下，真值表见图7。
① Q0?Q7 8位并行数据输出； ② GND 第8脚 地；
③ Q7’ 第9脚 串行数据输出； ④ MR 第10脚 主复位（低电平）； ⑤ SHCP 第11脚 移位寄存器时钟输入；
⑥STCP 第12脚 存储寄存器时钟输入； ⑦OE 第13脚 输出有效（低电平）； ⑧DS 第14脚 串行数据输入； ⑨VCC 第16脚 电源；
图7 74HC595真值表
3.6.3 74HC245 芯片简介 由于单片机i/O的驱动能力非常的有限，通常需要在单片机和另外的模块中加驱动。245是可以控制上行还是下行八路缓冲器，常常用于数据总线的双向异步通信。在将245数据输入
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引脚接到单片机上，不仅可以消除上下行数据的相互影响，而且可以保证芯片的不被损坏。当cpu与受控器件之间想要双向异步通信， 245就是最好的选择。通常在同并口液晶屏、、并口传感器或通讯模块的接口上我们可以见到。图 8 为74HC245的引脚图。
图8 74HC245引脚图
3.6.4 74HC4953芯片简介
4953作用：行驱动管；功率管。我们常常在LED点阵显示屏的驱动电路中能够发现。点阵显示屏的每一行常常有许许多多的led灯，想要它们都正常工作，每一行的电流就会特别大这时就需要使用行驱动管。一片4953内部有两个行驱动管，可以驱动两行。1、3脚VCC；2、4脚控制脚；2脚控制7、8脚的输出；4脚控制5、6脚的输出；只有当2脚为“0”时；7、8才会输出否则这个端口为高阻态，与之对应的另外一组行驱动管也有相同的特性。图9为74HC4953的引脚图和内部结构图。
图9 74HC4953引脚图和内部结构图
3.7 点阵显示屏模块
3.7.1点阵显示原理
8*8LED点阵由64发光二级管构成。每一行的LED是共阴极，每一列的LED是共阳极。如果只需要左上角的灯亮就需要第一行为低电平，第一列为高电平。如果想要点阵显示一个字符，就需要利用像流水灯一样的多太显示，当刷新速度大于人眼视觉暂留性时间。
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图10 8×8共阴点阵原理图
本设计需要显示的信息量大，因此必须用到动态显示。动态显示是指将一个需要显示的字符分割为一行一行的，然后快速的显示完16行，并重复许多次。但是如果驱动电路和驱动程序设计不够好，容易造成亮度低，闪烁等问题。事实上利用动态显示并不是让需要亮的灯常亮，而是因为发光二极管的余晖效应和人眼的视觉暂留，让我们感觉到他们是常亮的。
最关键的的是如何恰当的提取每个字符的字模。目前有许许多多可以完成取模的软件，本次设计采用的是pc2002取模软件。打开软件后首先要最取模的参数进行详细的设置，规避取模参数与程序不相符造成乱码的现象。这里我采用的取模参数为宋体、粗体、左移一位，取模方式：逐行式逆向阳码，汉子需要的点阵大小为16*16。当为数字或者英文取模时这款软件能自动将字符的宽度减少一半。设置好取模参数后，在文字输入框内输入“电”后在上面的预览框内能看到字符的效果然后点生成字模。最后把下面的字模复制到程序中的相应位置。
图11 字模选项设置
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图12 软件提取字符字模
3.7.2驱动电路设计
行驱动我采用2块74ls138级联组成一个4-16译码器。本设计显示屏每行有64个led灯，每行的显示电流较大，138的驱动能力有限，因此在138译出引脚后连接P_MOS管4953，4953为行驱动管，每片4953分别可以帮助我们驱动两行。8个4953的每一个输出引脚加起来一共有 16个输出引脚，每个输出引脚分别分别接led显示屏一个行且接一个33K的电阻电阻的另一端接地。由于单片机芯片很脆弱，为了保证产品长时间无故障运行，所以在74LS138的数据选择端接到一个74hc245的数据引脚。74HC245是八路缓冲器，可以实现数据的双向异步通信。在将245数据输入引脚接到单片机上，不仅可以消除上下行数据的相互影响，而且可以保证芯片的不被损坏。整体驱动原理框图如图13所示，电路图如图14所示。
图13 驱动电路原理图
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