任务5.2点阵的原理及驱动.doc

5.2 综合练习——点阵 5.2.1 任务要求 点阵LED在我们的生活中到处可见，如商家门前的广告牌、电梯运行指示、广场上的大LED屏等。点阵LED的优点是既可以显示数字，又可以显示汉字、图形，同时显示亮度高。 本节的任务是： 在开发板的点阵块上显示1个用于电梯中指示向上运行的箭头“↑”，并让箭头向上移动动起来。 5.2.2 知识准备 1、8×8点阵LED原理 8×8LED点阵由8行×8列共64个发光二极管按矩阵形式排列而成，每一行上的发光管有一个公共的阴极(或阳极)，每一列上的发光管有一个公共的阳(或阴极)，如图5.2.1所示。 （a）行共阴列共阳 (b) 图5.2.1 8×8点阵内部结构图 开发板上的8×8点阵内部结构图如图5.2.1中的（b）所示。行接发光二极管的阳极，列接发光二极管的阴极。当列置低电平，对应的行置高电平，则行列交叉所对应的二极管点亮。我们可以让点阵在某一时间段只亮一列（一行），然后逐行（逐列）点亮，当扫描时间足够快，由于人的眼睛的视觉暂留性，看起来点阵是在全屏显示（类似于动态数码管扫描）。 点阵屏是由很多个8*8点阵块构成，一块8*8点阵有16个引脚，则一个点阵屏需要驱动的引脚成千上百个。单片机显然提供不了这么多的I/O。在点阵屏驱动电路中，通常借助移位寄存器（74HC595）来扩展I/O。我们先来了解一下74HC595的使用。 2、移位寄存器（74HC595） （1）74HC595原理 74HC595内部具有8位串入并出移位寄存器和带有三态输出的存储器，移位寄存器和存储器具有各自的时钟。74HC595内部结构如图5.2.2所示。 图5.2.2 74HC595内部结构图 74HC595的内部结构中分成两部分：上半部分是8个首尾连接的D触发器构成的移位寄存器，在时钟脉冲的驱动下，实现数据的串行移动；下半部分是8个并行D触发器构成的锁存器。 先来看一下移位寄存器的原理。举个例子：路比较宽，4车道，4辆汽车并行行驶，前面突发事故，3个车道被隔离，只剩下1个车道允许车辆通过。4辆并行的汽车改变行驶方式，一辆接一辆的通过车道，行驶出隔离带后，4辆车又可以并行行驶了。74HC595的串行移位原理和这个例子比较相似。 DS是移位寄存器的数据输入端，接第1个D触发器的输入。8个D触发器的时钟端（CP）连接在一起为移位脉冲输入端（SH_CP）。每来1个移位脉冲（上升沿），8个D触发器的输入端数据会被送到各自的输出端。把待发送的8位数据，按照顺序逐位取出来放到DS端，每放入DS端1位数据，送出1移位脉冲，经过8次移位后，待发送的数据的8个位被送到每个D触发器的输出端。是D触发器的数据清除端（低电平使能），由于任务中不需要清除D触发器的数据，开发板的电路中接高电平。 在74HC595内部结构中，移位寄存器的数据输出端和74HC595的输出端之间还有两级门槛：D触发器构成的锁存器和三态门。是三态门的控制端，当=1时，三态门为高阻状态，当=0是，三态门使能（输出=输入），开发板电路中，被接低电平。当移位器寄存器完成全部数据移位后，还需要触发锁存器（ST_CP上升沿脉冲），输出才能到达74HC595的输出端。 这样可以避免74HC59的输出端在移位过程中出现短暂的乱码。表5.2.1是4位2进制数据“1010”在移位寄存器中移位的情况。 表5.2.1 移位寄存器移位状态转换 DS端送入数据 移位命令 Q0 Q1 Q2 Q3 （0b1010）第1位‘0’ 第1次移位 0 × × × （0b1010）第2位‘1’ 第2次移位 1 0 × × （0b1010）第3位‘0’ 第3次移位 0 1 0 × （0b1010）第4位‘1’ 第4次移位 1 0 1 0 74HC595可以实现多片级联，其连接方式为：第一片的Q7’连接第二片的DS端，移位时钟和锁存器时钟并联。 （2）74HC595驱动程序 弄明白74HC595的原理，驱动程序的编写就简单多了。图5.2.3是74HC595驱动三个数码管的电路图。数码管是三个独立的共阴数码管，公共端接地，每一个数码管的段分别与其对应的74HC595的输出端相连。 。 图5.2.3 74HC595驱动3位数码管 利用移位寄存器(74HC595)驱动多位静态数码管。可以极大的节省IO口，CPU负担轻，缺点是是每个数码管需要1片74HC595，成本高。 在图5.2.3电路中，3片74HC595的移位时钟SHcp和存