【51单片机】LED点阵屏原理 + 使用

news2024/11/24 6:49:50

学习使用的开发板：STC89C52RC/LE52RC
编程软件：Keil5
烧录软件：stc-isp

开发板实图：
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文章目录

LED点阵屏
- 显示原理
- 74HC595
编码
- LED点阵屏显示笑脸
- LED点阵屏显示动画

LED点阵屏

点阵屏在开发板的右上角，注意使用前需要将左侧的跳线帽短接左边两个，才能连通点阵屏的线路
在这里插入图片描述

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。LED点阵屏广泛应用于各种公共场合，如骑车报站器、广告屏以及公告牌等

LED点阵屏分类

按颜色：单色(红色)、双色(红色 + 绿色)、全彩。双色其实可以显示三种颜色，因为红色和绿色混合可以产生黄色。全彩是使用三原色——红绿蓝，按比例混合出其他颜色
按像素：8 * 8、16 * 16等(大规模的LED点阵通常由很多个小点阵拼接而成)

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显示原理

LED点阵屏的结构类似于数码管，不过数码管把每一列像素以 “8” 字型排列。数码管的介绍可参看【51单片机】数码管

原理图如下：

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通过矩阵排列的方式，控制 8 * 8 个 LED，仅需要 8 + 8 = 16 个 I/O口
其中， D0 ~ D7 控制 LED 的阳极，P00 ~ P07控制 LED 的阴极。想让一个LED亮，必须阳极阴极连通，例如想让最左上角的 LED 亮起，则D7 = 1 && P07 = 0

LED点阵屏有共阴和共阳两种解法，不同解法对应的电路结构不同，例如如下双色点阵屏
在这里插入图片描述
其中，RED 和 GREEN 共用同一个阳极，各自有不同的阴极，这就是共阳极解法

LED点阵屏需要进行逐行或逐列扫描，才能使所有LED同时显示

74HC595

本篇博客采用列扫描的方式，控制点阵屏
列扫描就是固定P0串口，通过输入不同的D0 ~ D7，显示一列 LED灯

但我们不能直接操作D0 ~ D7，需要借助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I/O口扩展

因为我们想要一次输出一列数据，74HC595的并行输出刚好符合我们的需求
原理图如下：

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74HC595 通过控制 QA、QB…间接控制 D0 ~ D7
74HC595 寄存器内部原理图如下：

在这里插入图片描述
图中输入的数据，从高位到低位为：1010 0000

SER：输入口，输入1位数据
SERCLK：上升沿移位，当SERCLK = 1 时，寄存器中的数字会向下移1位，SER的数据会被移入寄存器
RCLK：上升沿锁存，当 RCLK = 1 时，当前移位寄存器的 8 位数据会被并行输入到 QA ~ QH

输入数据的过程如下：
在这里插入图片描述

注意：此处控制的是D0 ~ D7，LED的阳极，给1才会亮

编码

LED点阵屏显示笑脸

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他位，可用 " &= “、” |= “、” ^= " 的方法进行位操作

sft(special function register)：特殊功能寄存器说明
- 例：sft P0 = 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

74HC595 写入一个字节数据逻辑如下：

#include <REGX52.h>
//P3^5表示P3的第5位
sbit MatrixLED_SER = P3^4;	//SER, 写入的1位数据
sbit MatrixLED_RCLK = P3^5;   	//RCLK, 上升沿锁存，置1发送8位数据
sbit MatrixLED_SRCLK = P3^6;	//SRCLK, 上升沿移位，置1数据往下移

//点阵屏列选择的寄存器
#define MatrixLEDColumn P0

/**
  * @brief	74HC595发送一个字节数据，可控制点阵屏的行
  * @parm	Byte:要发送的字节数据
  * @retval	无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 8; ++i)
	{
		MatrixLED_SER = Byte & (0x80 >> i);
		MatrixLED_SRCLK = 1;//数据移位
		MatrixLED_SRCLK = 0;
	}
	MatrixLED_RCLK = 1;//发送数据
	MatrixLED_RCLK = 0;
}

接下来控制P0，就可以显示指定列了

/**
  * @brief	LED点阵屏显示一列数据
  * @parm	Column: 要显示的列，控制点阵屏的列
  * @parm	Data: 写入74HC595的数据，控制点阵屏的行
  * @retval	无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column, unsigned char Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MatrixLEDColumn = ~(0x80 >> Column);
	Delayms(1);
	MatrixLEDColumn = 0xFF;//消影
}

完整代码如下：

延迟器模块
Delay.h

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAT_H__

void Delayms(unsigned int xms);//等待指定毫秒

#endif

Delay.c

#include <INTRINS.h>
/**
  * @brief  延迟一定时间
  * @parm	延迟的时间，单位是毫秒，范围：0 ~ 65535
  * @retval	无
  */
void Delayms(unsigned int xms)
{
	unsigned char i, j;
	while(xms--)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

点阵屏模块
MatrixLED.h

#ifndef __MATRIXLED_H__
#define __MATRIXLED_H__

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

#endif

MatrixLED.c

#include <REGX52.h>
#include "Delay.h"

//P3^5表示P3的第5位
sbit MatrixLED_SER = P3^4;	//SER, 写入的1位数据
sbit MatrixLED_RCLK = P3^5;   	//RCLK, 上升沿锁存，置1发送8位数据
sbit MatrixLED_SRCLK = P3^6;	//SRCLK, 上升沿移位，置1数据往下移

//点阵屏列选择的寄存器
#define MatrixLEDColumn P0

/**
  * @brief	74HC595发送一个字节数据，可控制点阵屏的行
  * @parm	Byte:要发送的字节数据
  * @retval	无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 8; ++i)
	{
		MatrixLED_SER = Byte & (0x80 >> i);
		MatrixLED_SRCLK = 1;//数据移位
		MatrixLED_SRCLK = 0;
	}
	MatrixLED_RCLK = 1;//发送数据
	MatrixLED_RCLK = 0;
}

/**
  * @brief	LED点阵屏显示一列数据
  * @parm	Column: 要显示的列，控制点阵屏的列
  * @parm	Data: 写入74HC595的数据，控制点阵屏的行
  * @retval	无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column, unsigned char Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MatrixLEDColumn = ~(0x80 >> Column);
	Delayms(1);
	MatrixLEDColumn = 0xFF;//消影
}
/**
  * @brief	初始化74HC595，初始化点阵屏
  * @parm	无
  * @retval	无
  */
void MatrixLED_Init()
{
	MatrixLED_RCLK = 0;
	MatrixLED_SRCLK = 0;
}

主程序——循环显示笑脸
main.cc

#include <REGX52.h>
#include <INTRINS.h>
#include "Delay.h"
#include "MatrixLED.h"

void main()
{
	MatrixLED_Init();
    while(1)
    {
		//显示笑脸
		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);
    }
}