在單片機發燒友圈子中，有關用單片機驅動LED、數碼管、LCD等的入門文章隨處可見，有關驅動LED點陣屏的文章則不多，至於真正能夠顯示一個國標漢字的16×16點陣屏的則更少。本文向大家介紹一款用ATmega48單片機控制16×16點陣屏顯示漢字，並可做出多種動畫特效的實驗小系統，讓你盡顯編程技巧，盡情玩轉16×16點陣屏這一漢字顯示最小單位。
原理說明
1.計算機顯示漢字的基本原理
計算機顯示屏上的漢字實際上是由一組有序排列的像素構成的。如果有筆劃的像素不亮，而其周圍的像素都是亮的，就能看到一個黑色筆劃的漢字。能夠清楚地顯示一個漢字的最小像素數是16×16=256，這是DOS時代就定下的規矩。現在的Windows有了矢量字體，大大豐富了漢字的顯示，能在屏幕上不失真地顯示漢字書法的美。
現在回到16×16LED點陣屏，我們的任務是在這塊方寸之地顯示一個漢字，而且要能上下、左右地滾動，首先要解決的問題就是如何存放這256個漢字筆劃像素的信息。
圖11.1
圖11.2 系統原理圖
當初DOS絕不是隨便定下16×16，即16行與16列的標準的。在計算機世界裡，8位(bit)組成一個字節(byte)，而雙字節則構成一個字。於是辦法有了，用兩個字節共16位來代表一行的信息，16行共32個字節，用某位是0還是1來控制點亮還是熄滅對應位置的像素，就能在16× 16LED屏上顯示漢字，存放漢字筆劃信息的問題解決了。
下一個要解決的問題是如何得到一個漢字的點陣信息。圖11.1所示是中國象棋中的帥字，我們將一個漢字的顯示區域劃分成4個8×8的子區，即A區、B區、C區、D區。顯而易見，可以用一個字節來代表一個子區中一行的信息，32個字節就能表示4個子區。獲取點陣信息的方法也就隨之產生了，我們只要按照某種順序，依次將這些信息存入一個容量為32的數組就可以了。存取的順序可以有多種，比如A、B、C、D或A、C、B、D等，存取順序的不同，沒有大的區別，只是影響將來的編程思路。以圖11.1為例，我們按橫向每行(區的順序是A、B、C、D)的順序取得的數據如下(C 語言的表示方式)：
0x0F,0xF0,0x30,0x0C,0x44,0x22,0x44,0x22,
A B A B A B A B
0x95,0xFD,0x95,0x25,0x95,0x25,0x95,0x25,
A B A B A B A B
0x95,0x25,0x95,0x25,0x85,0x25,0x89,0x2D,
C D C D C D C D
0x50,0x22,0x40,0x22,0x30,0x0C,0x0F,0xF0
C D C D C D C D
圖11.3 4個8×8LED模塊與單片機端口的尋址關係
2.系統原理
從圖11.2的原理圖中可以看出，單片機ATmega48的3個端口幾乎全部用上。端口D和端口B分別控制縱向左(A區和C區)、右(B區和D區)兩組8×8點陣模塊的列尋址。端口C則通過一個74HC154譯碼器將4位地址值轉換成15個行控制信號。在硬件設計上，這15個控制信號也被分成兩組，分別控制橫向的上(A區和B區)、下(C區和D區)兩組8×8點陣模塊的行尋址。
4個8×8LED模塊與單片機端口的尋址關係如圖11.3所示。搞清這些關係將是軟件設計的基礎。
硬件介紹
1.單片機主控板
圖11.4所示的是AVR單片機最小系統，因為引腳定義完全一致，所以可換插ATmega48/88/168/328系列單片機和ATmega8單片機。這塊板子的電路圖見圖11.5。
圖11.4 AVR單片機最小系統
圖11.5 AVR單片機最小系統電路圖
該板子的一個設計特點是“資源全開放”，因為ATmega48系列單片機具有引腳功能複用的特點，即所有的B端口、D端口和C端口的6個引腳通過插針全部對外開放，使用者負責定義每個引腳的工作模式和狀態。例如，在你的程序中使用了串口功能，D端口的PD0 和PD1兩個引腳就不能用作I/O。同理，如果系統使用了外部晶體振盪器，則PB7和PB6也不能用作他用。從圖4可以看出，端口B和D都將8個引腳通過排針引了出來。而端口C的設計有些獨特，不但將引腳引出，還增加了一排VCC插針和一排GND插針，這主要是為了方便接插伺服電機和眾多傳感器而設計的。大家知道，伺服電機3根引線的排列順序是信號、VCC、GND，很多傳感器也是如此排列3根引腳，而且端口C的引腳從0至5又具有ADC的第二功能。如此一來，需要接插伺服電機和傳感器時就方便多了。板子上還提供專門的位置將串口引出。而外部晶體振盪器則通過開關控制其是否接入系統。當然，改變系統振盪源時不要忘記相關標誌位的設置。 ISP下載部分則是標準的10針插座，可接插多種下載器。
2. 16×16點陣屏模塊
這塊板子上的主要元件就是4個8×8LED模塊和一隻74HC154地址譯碼器，如圖11.6所示。本文不准備詳述點陣模塊這種發光元件的基本原理，愛好者們可以找到很多相關文章，並參照本文前面的說明自行設計搭建。需要強調的是，要搞清模塊的引腳排列，不同廠家的產品並不完全相同。另外要搞清模塊是共陰的還是共陽的，這主要決定著地址譯碼器的選擇。
圖11.6 16×16點陣屏模塊
本文中用到的這塊板子使用的是共陽模塊，就是當某列的引腳為高電位，而某行的引腳為低電位時，處於該行與該列交叉點的LED被點亮。 74HC154譯碼器的輸出為低電平有效，因此，當單片機端口B和D的某個引腳輸出高電位即1時，此時74HC154譯碼器的某個引腳有效(輸出低電平) ，則處於交叉點的LED被點亮。
3.系統搭建
圖11.7 系統搭建方法
系統搭建非常簡單，如圖11.7所示。使用兩根8線排纜將單片機主控板的D端口和B端口分別與16×16點陣屏的對應端口插接，用一組4線杜邦頭的跳線將單片機主控板C端口的0～3 與16×16點陣屏的4位地址線接插，另用一根電源引線通過單片機主控板C端口任意一組VCC、GND插針引出接入16×16點陣屏，即可完成系統搭建。
程序
所謂程序就是數據+算法。首先設計一個有效的數據結構，再根據硬件電路的尋址方式，有序地將數據送達正確的點位(算法)，我們要求的圖案就顯示出來了。
筆者選取了幾個例子與愛好者朋友分享，作為拋磚引玉，相信朋友們會設計出更豐富多彩的程序。
一個漢字垂直向上移動例程序
#include
#include
#include
#pragma data:eeprom
//中國象棋中的帥字點陣，存儲在EEPROM中
char table[]={
0x0F,0xF0,0x30,0x0C,0x44,0x22,0x44,0x22, 0x95,0xFD,0x95,0x25,0x95,0x25,0x95,0x25, 0x95,0x25,0x95,0x25,0x85,0x25,0x89,0x2D, 0x50, 0x22,0x40,0x22,0x30,0x0C,0x0F,0xF0};
#pragma data:data
//一個粗略的延時子程
void delay_1ms(void)
unsigned int i;
for (i=1;i < 1000;i++) ;
//端口初始化函數
void port_init(void)
PORTB=0x00;
DDRB=0xFF;
PORTC=0x00;
DDRC=0x0F;
PORTD=0x00;
DDRD=0xFF;
void main(void)
char i,K,L;
char B_port[32];
port_init();//數據準備
for (i=0;i <32;i++)
{//從EEPROM 讀出數據，初始化數組B_port。
EEPROM_READ(i, B_port[i]);
K=0;//初始化計數變量K
while(1)//無限循環
for(L=0;L<10;L++)//滾屏速度控制
for(i=0;i<16;i++)//點陣屏刷新
PORTD=B_port[i*2];//送端口D
PORTB=B_port[i*2+1];//送端口B
PORTC=i;//行尋址
delay_1ms();
//將數組中的數據都順序向前移動一排
for (i=0;i < 29;i+=2)
B_port[i]=B_port[i+2];
B_port[i+1]=B_port[i+3];
//從EEPROM中取出兩個字節，填充到數組最後兩個單元中
EEPROM_READ(K, B_port[30]);
K++;
EEPROM_READ(K, B_port[31]);
K++;
if (K >=32)//行更新計數
K=0;
1.數據準備
從本文前述關於16×16點陣漢字信息的提取，結合實例中的硬件尋址方式，大家不難想像，只要將這32個字節順序存入一個數組，然後每兩個字節為一組送往D端口和B端口形成列地址，再通過C端口給出行地址，對應行的LED將被選中，位於D、B端口字節中高電位的LED被點亮，其他的不亮，該行的點陣就形成了。如此動作16次，將32個字節依次送出，一幀(16×16點陣)的圖案就顯示出來了。我們只要以小於1ms的時間間隔循環做這組動作，一個漢字(或圖案)就能穩定地顯示在點陣屏上。
2.文字上下滾動
讓漢字在16×16點陣屏上、下滾動(垂直移動)是最為簡單的動作。
向右水平移動漢字例程序
#include
#include
//中國象棋中的帥字點陣，以數組形式存儲在RAM中
char table[]={
0x0F,0xF0,0x30,0x0C,0x44,0x22,0x44,0x 22,
0x95,0xFD,0x95,0x25,0x95,0x25,0x95,0x 25,
0x95,0x25,0x95,0x25,0x85,0x25,0x89,0x 2D,
0x50,0x22,0x40,0x22,0x30,0x0C,0x0F,0x F0};
//工作數組
char A_array[16][4];
//一個粗略的延時子程
void delay_1ms(void)
unsigned int i;
for (i=1;i < 1000;i++) ;
//端口初始化函數
void port_init(void)
PORTB=0x00;
DDRB=0xFF;
PORTC=0x00;
DDRC=0x0F;
PORTD=0x00;
DDRD=0xFF;
//數據準備函數
void A_arr_prepare(void)
char i,j;
for (i=0;i < 16;i++)
j=i*2;
A_array[i][3]=table[j];
A_array[i][2]=table[j+1];
A_array[i][1]=0;
A_array[i][0]=0;
void main(void)
char i,L;
char m0,m1,m2,m3;
//用於存儲移出位的變量
port_init();
//數據準備
A_arr_prepare();
while(1)
for(L=0;L < 10;L++)//滾屏速度控制
for(i=0;i<16;i++)//點陣屏刷新
PORTD=A_array[i][1];
PORTB=A_array[i][0];
PORTC=i;
delay_1ms();
//整屏數據右移一列
for (i=0;i < 16;i++)
if (A_array[i][0] & 0x01==1)
//保留移出位
m0=0x80;//如果是1，保留在高位。
else
m0=0;
if (A_array[i][1] & 0x01==1)
m1=0x80;
else
m1=0;
if (A_array[i][2] & 0x01==1)
m2=0x80;
else
m2=0;
if (A_array[i][3] & 0x01==1)
m3=0x80;
else
m3=0;
A_array[i][3]=A_array[i][3]>>1;//字節右移一位
A_array[i][3]=A_array[i][3] | m0;//將前一字節的高位移入
A_array[i][2]=A_array[i][2]>>1;
A_array[i][2]=A_array[i][2] | m3;
A_array[i][1]=A_array[i][1]>>1;
A_array[i][1]=A_array[i][1] | m2;
A_array[i][0]=A_array[i][0]>>1;
A_array[i][0]=A_array[i][0] | m1;
向上滾動時的流程圖如圖11.8所示，其實現程序在ICC 7平台調試通過。這個小例程使用EEPROM存儲漢字點陣信息，主要是作為練習，愛好者也可以使用RAM中的數組省去EEPROM的讀動作。
3. 文字左右移動
左右移動(水平橫向移動)稍微複雜一些，因為要進行數據位的循環移動。在下面的例子中，我們使用一個二維數組A_array[16][4]，目的是在漢字水平移動時有一個字的空格，當然你也可以試著只留半個空格或不留空格。此例程沒有使用EEPROM，而是在RAM中建立一個存放點陣數據的數組table[ ]。在數據準備階段，將數組table[ ]中的數據導入數組A_array[16][4]的後兩列，即A_array[16][3]和A_array[16][2]。顯示完一幀後，再對這16組4個字節向右移位，實現整幀的右移。數組A_array[16][4]的移動動作順序如圖11.9所示，該例程的流程圖如圖11.10所示。
圖11.8 文字向上滾動的流程圖
圖11.9 數組A_array[16][4]的移動動作順序
圖11.10 文字向右移動的流程圖
拓展練習
本文僅對16×16點陣屏做一淺顯介紹，相信單片機愛好者可以藉助這個小平台玩出許多花樣，例如對角移動、中心開花、中心會聚、對稱分開或合攏，以及多字連續移動等。文中例程序是用C語言寫的，也可以使用BASIC語言，裡面的一些函數可以改成彙編語言的，將會顯著提高效率。現在，很多愛好者玩起了Arduino，同樣可以驅動這個16×16點陣屏，只是由於Arduino端口開放得不全，所以要加鎖存器，並分步傳送數據，程序會稍微複雜些，但基本思路是相似的。
文章為用戶上傳，僅供非商業瀏覽。發布者：Lomu，轉轉請註明出處： https://www.daogebangong.com/zh-Hant/articles/detail/Play%20with%201616%20LED%20dot%20matrix%20screen.html
支付宝扫一扫 
评论列表（196条）
测试