51单片机（九）LED点阵屏

news2024/9/21 20:06:56

❤️ 专栏简介：本专栏记录了从零学习单片机的过程，其中包括51单片机和STM32单片机两部分；建议先学习51单片机，其是STM32等高级单片机的基础；这样再学习STM32时才能融会贯通。
☀️ 专栏适用人群 ：适用于想要从零基础开始学习入门单片机，且有一定C语言基础的的童鞋。
🌙专栏目标：实现从零基础入门51单片机和STM32单片机，力求在玩好单片机的同时，能够了解一些计算机的基本概念，了解电路及其元器件的基本理论等。

⭐️ 专栏主要内容： 主要学习51单片机的功能、各个模块、单片机的外设、驱动等，最终玩好单片机和单片机的外设，全程手敲代码，实现我们所要实现的功能。
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提取码：gdzf

本节主要介绍学习LED点阵屏的相关知识，包括LED点阵屏基础知识介绍、本节目标等；并利用两个小实验来进行练习，分别是LED点阵屏显示图形以及LED点阵屏显示动画。

文章目录

  • 一、LED点阵屏基础和本节目标
    • 1.1 LED点阵屏基础
      • 1.1.1 LED点阵屏介绍
      • 1.1.2 点阵屏的显示原理
      • 1.1.3 74HC595 移位寄存器
      • 1.1.4 C51的sfr、sbit
    • 1.2 本节目标
      • 1.2.1 目标1：LED点阵屏显示图形
      • 1.2.2 目标2：LED点阵屏显示动画
  • 二、LED点阵屏显示图形
  • 三、LED点阵屏显示动画

一、LED点阵屏基础和本节目标

1.1 LED点阵屏基础

1.1.1 LED点阵屏介绍

LED点阵屏在单片机开发板上的位置如下图所示，使用时应该注意，将图中两个地方的条形帽插上。

在这里插入图片描述

LED点阵屏介绍

在这里插入图片描述

按像素分，可以分为88,1616等；一般来说，长和宽设置为8的倍数，因为一个字节是8位，将长和宽设置为8的倍数能保证1个字节的每一位都能不浪费。

1.1.2 点阵屏的显示原理

在这里插入图片描述

如果需要使某一个灯亮起来，则需要使其阳极为1，阴极为0，此LED就能亮起来。如下图所示，如果想要让左上角的那个LED亮起来，则使左边的第一行（阳极）为1，其他行为0；第一列（阴极）为0，其他列为1；则左上角的LED亮，其他等均灭。

在这里插入图片描述
同样的，如果想使第二行第二列的这个灯亮起来，如下图所示，则需要第二行（阳极）给1，其他行给0；第二列（阴极）给0，其他列给1；则第二行第二列的这个LED灯亮起来了。

在这里插入图片描述

LED点阵屏的原理图如下所示：

在这里插入图片描述

图中的io口和MCU引脚的对应关系图如下：

在这里插入图片描述

D0-D7连接的是点阵屏的阳极，P00-P07连接的是点阵屏的阴极。

P00-P07对应的就是单片机MCU的P0口；但是D0-D7对应的不是MCU，而是连在74HC595上，如下图所示

在这里插入图片描述

1.1.3 74HC595 移位寄存器

上面已经分析了，P00-P07对应的就是单片机MCU的P0口；但是D0-D7对应的不是MCU，而是连在74HC595上，如下图所示

在这里插入图片描述

由上图可知，74HC595的八个输出端接在了点阵屏的D0-D7口；74HC595的输入端RCLK（接在MCU的P35）、SRCLK（接在MCU的P36）和SER（接在MCU的P34）三个输出端控制其8个输出端。

原理图中的OE是控制输出使能的；类似于开关；OE上面加了一个横杠表示低电平有效；也就是说OE=0时，D0-D7八个输出端才有效。

那么74HC595是如何利用三个输入端控制8个输出端的呢？

原理的详细视频讲解参考（https://www.bilibili.com/video/BV1Mb411e7re?p=21&vd_source=e2638d12685eef84cda913d9d67be0a9第27分钟08秒）

在这里插入图片描述

下面总结一下如何用74HC595控制点阵屏进行显示；首先需要进行行选择和列选择，
在这里插入图片描述

列是直接接在io口P0上的；所以操作列的话直接对P0进行赋值即可；

而行是接在D0-D7的，即接在74HC595上的；通过控制74HC595的三个输入对行进行赋值。

1.1.4 C51的sfr、sbit

在这里插入图片描述

1.2 本节目标

1.2.1 目标1：LED点阵屏显示图形

目标1就是在LED点阵屏上显示一个特定的图形：

在这里插入图片描述

1.2.2 目标2：LED点阵屏显示动画

目标2则是在LED点阵屏上显示动画，显示了一个流动的字母HELLO！，如下图所示：

在这里插入图片描述

二、LED点阵屏显示图形

代码路径：51单片机入门教程资料\课件及程序源码\程序源码\KeilProject\9-1 LED点阵屏显示图形
具体代码

#include <REGX52.H>
#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);
	MATRIX_LED_PORT=~(0x80>>Column);
	//延时并清零，消除残影
	Delay(1);
	MATRIX_LED_PORT=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);
	}
}

代码解释：

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

sbit RCK=P3^5表示定义RCK为P3口的第五位，也就是P3_5，也就是表示74HC595的RCLK;
sbit SCK=P3^6表示定义SCK为P3口的第六位，也就是P3_6，也就是表示74HC595的SRCLK;
sbit SER=P3^4表示定义SER为P3口的第四位，也就是P3_4，也就是表示74HC595的SER;
相当于对P3_5、P3_6、P3_4进行重新的声明。

SER=Byte&(0x80>>i);表示取byte的第i位的值给到SER；SER是一个二进制位，而Byte是八个二进制位，当这样赋值时，只有当右边的值是0，SER才等于0；当右边值非0时，SER就等于1；

for(i=0;i<8;i++)
{
	SER=Byte&(0x80>>i);
	SCK=1;
	SCK=0;
}

参考74HC595的三个输入转8个输出的过程：
以上代码中，先SER=Byte&(0x80>>i)得到SER要赋值的值是0还是1；将要赋值的值给到SER后，SCK=1，表示将SER的值移进去；然后将SCK=0，表示清零，为下一次移位做准备；因为74HC595的原理中，将SCK置为高电平1，才会将SER的值往下移动一位；8次for循环后，输入参数byte的8为就全都移动进74HC595里了。

那么我们生成一个要显示的具体图形，比如生成一个笑脸，那么各个亮灯位置怎么确认呢？

方法：在Excel里画出来，如下图，每一列设置什么值，一目了然

在这里插入图片描述

三、LED点阵屏显示动画

代码路径：51单片机入门教程资料\课件及程序源码\程序源码\KeilProject\9-2 LED点阵屏显示动画
具体代码

#include <REGX52.H>
#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;
			}
		}
	}
}

那上面代码中，动画数据是如何生成的呢？可以利用子模提取软件；具体的使用参考视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Mb411e7re?p=22&spm_id_from=pageDriver&vd_source=e2638d12685eef84cda913d9d67be0a9第47分钟；

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