用AT89C51控制活動(dòng)字符顯示屏
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一、電路功能及顯示內容
本電路由AT89C51通過(guò)P0口和P2口與由VD1－1至VD8－8等64只發(fā)光二極管組成的顯示點(diǎn)陣模塊相連接而組成，通過(guò)相應的行列電位控制，上電后，使點(diǎn)陣模塊依次顯示出“OK”、“ST”、“JC”和“之二”字樣，并周而復始地循環(huán)。
二、電路原理
整個(gè)電路由AT89C51、顯示模塊及驅動(dòng)三極管VT1至VT8等構成，電路原理見(jiàn)圖1。
圖1虛線(xiàn)內VD1－1至VD8－8共64只發(fā)光二極管構成了顯示字符的點(diǎn)陣模塊，這種模塊是專(zhuān)門(mén)用于LED顯示屏的。型號是TOM－2088BE－B，這種點(diǎn)陣模塊有16條引腳。點(diǎn)陣模塊正面點(diǎn)陣布局如圖2所示，背面引腳排列如圖3所示。在圖1中，虛線(xiàn)外邊與IC1相連接的行列線(xiàn)所標序號為模塊引腳號。整個(gè)顯示點(diǎn)陣連接成行列控制的形式，8條行線(xiàn)分別與P0口的8條I/O線(xiàn)相連接，8條列線(xiàn)分別與受P2口8條口線(xiàn)控制的8只驅動(dòng)三極管相連接。這樣，當我們向P2口送入一個(gè)控制字＃80H，P2.7呈高電位，而P2.6至P2.0皆呈低電位，因此，P2.7的高電位通過(guò)R17使VT1導通，VD1－1至VD1－8的8只發(fā)光二極管的負極皆與地相接，這就為VD1－1至VD1－8組成的第1列發(fā)光二極管的導通提供了使能條件。此時(shí)我們再向P0口送入字模數據，相應的二極管就被點(diǎn)亮，點(diǎn)陣像素就會(huì )被顯示出來(lái)。比如我們向P0口送入數據＃7EH，VD1－2至VD1－7就被點(diǎn)亮。模塊最左邊一列呈現的圖形如圖2中左邊第1列所示。如果我們將P2口的高電位依次向右循環(huán)移動(dòng)，VT1至VT8就會(huì )依次導通，使能條件就會(huì )從第1列依次轉換至第8列。在VT1至VT8導通時(shí)我們依次向P0口送入數據＃7EH、＃42H、＃7EH、＃00H、＃FFH、＃28H、＃44H、＃82H，點(diǎn)陣模塊顯示的圖形則如圖2所示，即呈現出字符“OK”，這就實(shí)現了字符的顯示。VT1至VT8依次導通，使第1列至第8列的二極管依次得到發(fā)光使能條件的過(guò)程，就是通常所說(shuō)的掃描。由于點(diǎn)陣模塊中的發(fā)光二極管發(fā)光不存在余輝，斷電就會(huì )熄滅，如果不進(jìn)行這種掃描，要么只能顯示1列像素，要么就使幾列或所有列都顯示相同的像素。所以，只有不斷地通過(guò)P0口送出字符或圖形的點(diǎn)陣數據，再在P2口的控制下使各列依次顯示一定的時(shí)間，才能使模塊將整幅圖形的像素完整地顯示出來(lái)。因此，只有系統周而復始地掃描，才會(huì )使點(diǎn)陣模塊顯示出穩定的字符與圖形。
三、片內RAM的使用及字符活動(dòng)原理
由于本系統要顯示的字符是活動(dòng)的，所有字符的數據在存儲空間的位置順序是要不斷變化的。因此，僅將要顯示的點(diǎn)陣數據存在程序存儲區是無(wú)法進(jìn)行變化處理的，因為程序存儲器是只讀存儲器，在應用系統中是無(wú)法改寫(xiě)的，而單片機內的RAM，是可讀可寫(xiě)的靜態(tài)存儲器，存取時(shí)間極短，專(zhuān)門(mén)存放需頻繁改寫(xiě)處理的數據，所以，只有將本系統要顯示的活動(dòng)字符的所有點(diǎn)陣代碼存放在片內RAM中，在程序的控制下，根據當前顯示的需要，進(jìn)行相應的變化處理，再通過(guò)P0口送出，才能使點(diǎn)陣模塊中顯示的字符活動(dòng)起來(lái)。
我們講過(guò)，AT89C51片內有128字節RAM，地址空間為00H至7FH。其中00H至2FH具有特殊功能，所以我們可以將要顯示字符的字模數據從30H開(kāi)始存放。如圖4所示，“OK”、“ST”、“JC”和“之二”字模數據共56個(gè)字節，我們把它存儲在30H至67H單元之內。在圖4中，數據為“1”的位被涂色，為“0”的位為空白，要顯示的字符圖形與字模數據的對應關(guān)系就被清楚地表示出來(lái)。在前述的掃描過(guò)程中，當掃描第一列，也就是向P2口送出控制字＃80H，P2.7呈高電位時(shí)，CPU將RAM中67H單元內的內容送至P0口，于是，67H中字模數據的含義就在LED點(diǎn)陣模塊的最左一列被以亮暗不同的點(diǎn)表達出來(lái)，完成字模數據與圖像的對應轉換。之后，P2.7的高電位向P2.0逐步移動(dòng)，依次掃描，CPU便將RAM區66H至60H中的內容依次通過(guò)P0口送至點(diǎn)陣模塊的第2列至第8列顯示出來(lái)。至此，一幀完整的圖形顯示即告完成。然后可重返67H取字模數據進(jìn)行下一幀掃描。由于67H至60H中數據的每一位與點(diǎn)陣模塊中的VD1－1至VD8－8是一一對應的，因此，67H至60H的這8個(gè)存儲單元即為字符顯示緩存區。在RAM內30H至67H的整個(gè)數據塊中，只有處在60H至67H之間的數據才會(huì )被送到點(diǎn)陣模塊中顯示出來(lái)。如果顯示點(diǎn)陣好比電影的屏幕，整個(gè)數據塊就是膠片。30H至67H這個(gè)區間就是電影放映機的鏡頭，所有的數據只有到達這個(gè)區間，也就是顯示緩存區以后，其代表的圖形信息才會(huì )在點(diǎn)陣模塊中“放映”出來(lái)。因此，若想將“OK”以后的“ST”、“JC”、“之二”等字符顯示出來(lái)，只要將自5FH至30H內的數據逐字節向上移動(dòng)即可實(shí)現。具體過(guò)程是，首先將67H的內容送至68H之中，空出67H單元，以后將下面的字節逐個(gè)上移，直至移動(dòng)56個(gè)字節，30H中的內容就被移到了31H之中，至此整個(gè)數據塊上移了一個(gè)地址空間，點(diǎn)陣模塊中的字形“OK”也便左移了一列，字符開(kāi)始“活動(dòng)”起來(lái)。當整個(gè)數據塊上移一個(gè)地址空間之后，必須將移至68H中的數據再移至30H，因為，只有這樣才能保證整個(gè)字模數據不至于在以后的移動(dòng)中因被覆蓋而丟失，才能保證數據塊的完整和連續性。如此，不斷地重復上述數據上移過(guò)程，整個(gè)數據塊就會(huì )連續地通過(guò)60H至67H組成的顯示緩存區，所有的字符就會(huì )在點(diǎn)陣模塊中滾動(dòng)經(jīng)過(guò)，這就實(shí)現了字符的移動(dòng)顯示。
四、程序設計及主要指令
本例程序的設計思路是：上電后，首先向P0口和P2口送＃00H，關(guān)閉顯示完成初始化。然后調入所有字符的字模數據，進(jìn)行掃描顯示。連續掃描0.5s以后，將數據塊上移一字節，再返回掃描程序和數據塊移動(dòng)程序，周而復始。連續掃描時(shí)間在主程序中設定。
1.字模數據的調入及查表指令
利用查表指令構成查表子程序，可以使字模數據從程序存儲器調入片內RAM的程序更簡(jiǎn)短，并可以使字模數據在程序存儲空間中集中存放。
由前述可知，全部字模數據為56個(gè)字節，如果用普通的數據傳送指令MOV direct，＃data，每送1字節數據需3個(gè)字節的程序代碼才能完成。比如將“OK”字形的第1列字模數據＃7EH送入片內RAM的67H空間，指令是MOV 67H，＃7EH；機器碼是75677EH，這樣，傳送完56個(gè)字節的字模數據的程序需168個(gè)字節的程序代碼，占用空間較大。而用查表指令來(lái)完成上述56個(gè)字節的字模數據的調入，所有程序代碼只用76個(gè)字節就完成了，比利用一般數據傳輸指令少用了92個(gè)字節，既節約了程序存儲空間，又使程序設計變得簡(jiǎn)單。
查表指令MOVC A，@A＋PC，機器代碼是83H。執行結果是將累加器A中的內容與程序地址寄存器PC中的值相加得到一個(gè)被查找的程序存儲空間的單元地址(數據表格的地址)，然后將該單元的內容送入累加器A中，其中PC是用來(lái)存放下一條指令的地址。例如，如果我們先將立即數＃01H存入RAM的69H單元中，當執行完程序存儲器中地址為0078H處的MOV A，69H指令后，累加器A中的值就是＃01H，若數據表格的起始地址是007CH，則執行完下一條MOVC A，@A＋PC指令后，就將007CH中的字模數據＃7EH送到了累加器A中。因為當執行完0078H處的MOV A，69H指令后，CPU的程序地址寄存器PC中的值為＃007AH，CPU便直接到007AH中去取程序代碼來(lái)識別執行。由于安放在007AH中的指令是一條專(zhuān)用的變址查表指令，執行后，PC中的值不但會(huì )自動(dòng)加1，變成＃007BH，而且還會(huì )將A中的值與PC中的值相加得到一個(gè)地址，指向所取數據的存儲單元。由于A(yíng)中的值是＃01H，所以，CPU就會(huì )到007C中將立即數＃7EH取出存于A(yíng)中，然后再執行007BH處的指令。上述也是查表子程序的執行過(guò)程。從查表子程序返回主程序后，在主程序的控制下，將A中的字模數據再存于片內RAM的67H之中。由上述不難理解，我們每取一次數之后將69H中的內容加1，這樣，不斷地調用查表子程序，CPU就會(huì )將字模數據表中的所有字模數據逐字節調到片內RAM之中。
2.掃描程序及累加器循環(huán)移位指令
掃描程序能使單片機在向P0口送出數據之后，不斷改變P2口各口線(xiàn)的高低電位，使VT1至VT8依次導通，完成整幅字符或圖形的顯示。而利用累加器循環(huán)移位指令來(lái)實(shí)現P2口各口線(xiàn)的電位改變是最為簡(jiǎn)捷的辦法。
根據如前所述的掃描顯示過(guò)程，我們采用累加器循環(huán)移位指令來(lái)完成P2口中的高電位移動(dòng)是極其方便的。累加器A是單片機中使用最頻繁的具有特殊功能的寄存器。RR A指令能使A中的內容向右循環(huán)移位，該指令代碼是03H。執行該指令的結果是(An＋1)→(An)，(A0)→(A7)。如圖5所示。假如在A(yíng)中裝入的數據為＃80H，也就是1000 0000B，執行RR A后，A中的數據則是＃40H，也就是0100 0000B，所有數據皆向右移動(dòng)了一位，而原來(lái)的最低位則轉移到最高位，其中唯一的一位高電位也便右移了一位。因此，要使P2口僅有一條口線(xiàn)呈高電位，并向右循環(huán)移動(dòng)，首先執行MOV A ＃80H，再執行MOV P2，A，將＃80H送入P2口，然后執行RR A完成一次循環(huán)，再執行MOV P2，A，將循環(huán)后的控制字送至P2口即可。向A中裝入立即數＃80H，經(jīng)過(guò)8次上述操作過(guò)程，P2口自P2.7至P2.0就會(huì )依次呈現高電位，完成前述的掃描任務(wù)。
3.數據塊移動(dòng)程序及寄存器間接尋址數據傳送指令
數據塊移動(dòng)程序能使片內RAM中的字模數據塊整體向上移動(dòng)，當主程序持續運行，就會(huì )使所有的字模數據從RAM的60H至67H之間通過(guò)，使系統顯示的字符以“拉幕”的形式在點(diǎn)陣模塊中依次顯示出來(lái)。
我們先分別向R0和R1中送入立即數＃68H和＃67H，再執行MOV A，@R1和MOV @R0，A，這是兩條寄存器間接尋址數據傳送指令。其結果是先將以R1中的內容為地址的存儲單元內的數據送入累加器A，再將A中的內容送入以R0中的內容為地址的存儲單元內，這就將片內RAM 67H中的字模數據送到了68H之中。然后將R0和R1中的內容減1，使R0中的內容變?yōu)椋?7H，使R1中的內容變?yōu)椋?6H，重復前面的過(guò)程，又將66H中的字模數據送到了67H之中了。依次類(lèi)推，將上述過(guò)程重復56次，片內RAM 30H中的字模數據就被送到了31H之中，至此，整個(gè)字模數據塊便整體向上移動(dòng)了一個(gè)地址空間。之后，還必須執行MOV 30H，68H，將68H中的字模數據送入30H之中，實(shí)現字模數據塊的首尾相接。
4.短轉移指令
為了實(shí)現連續滾動(dòng)顯示，當完成調入字模數據、掃描顯示和數據上移之后，需要CPU再返回掃描顯示處循環(huán)執行掃描和數據塊上移的程序，所以在數據塊移動(dòng)程序的最后還要安放一條短轉移指令SJMP(指令的機器碼是80H)。執行此指令后，程序就轉移至掃描程序的入口處，開(kāi)始又一次的掃描和數據塊上移操作。例如：SJMP 0051H，即程序轉移至程序存儲器中地址為0051H處，執行該處程序。指令SJMP rel的轉移范圍為－128至＋127。
五、本文涉及的其他指令
算術(shù)操作類(lèi)指令：
INC Rn：執行結果是將寄存器Rn中的內容加1。
DEC Rn：執行結果是將寄存器Rn中的內容減1。
六、程序清單
地址 | 機器碼 | 指令 | 注釋 | |
0000 | 02003B | AJMP | 003BH | ；轉至主程序 |
003B | 758000 | MOV | P0，#00H | ；初始化 |
003E | 75A000 | MOV | P2，#00H | ；關(guān)閉顯示 |
0041 | 7938 | MOV | R1，#38H | ；調入字模數據 |
0043 | 7867 | MOV | R0，#67H | ；設字模存放起始地址 |
0045 | 756901 | MOV | 69H，#01H | ；送字模數據表起始地址 |
0048 | 120078 | LCALL | 0078H | ；調查表子程序 |
004B | F6 | MOV | @R0，A | ；字模送入RAM |
004C | 18 | DEC | R0 | ； |
004D | 0569 | INC | 69H | ； |
004F | D9F7 | DJNZ | R1 | ；未完，返回 |
0051 | 7D18 | MOV | R5，#18H | ；置掃描時(shí)間常數 |
0053 | 7EFF | MOV | R6, #FFH | ； |
0055 | 7F08 | MOV | R7，#08H | ；置掃描列數 |
0057 | 7860 | MOV | R0，#60H | ；設顯示緩沖區低地址 |
0059 | 7480 | MOV | A， #80H | ；送列掃描起始控制字 |
005B | 8680 | MOV | P0，@R0 | ；字模數據輸出至顯示屏 |
005D | F5A0 | MOV | P2，A | ；輸出列控制字至顯示屏 |
005F | 08 | INC | R0 | ；準備字模的下一字節 |
0060 | 03 | RR | A | ；準備掃描下一列 |
0061 | DFF8 | DJNZ JNZ | ；未完返回 | |
0063 | DEF0 | DJNZ | R6 | ； |
0065 | DDEC | DJNZ | R5 | ； |
0067 | 7F38 | MOV | R7，#38H | ；置字模數據移動(dòng)總字節數 |
0069 | 7868 | MOV | R0，#68H | ；設塊移動(dòng)暫存單元地址 |
006B | 7967 | MOV | R1，#67H | ；設移動(dòng)塊超始地址 |
006D | E7 | MOV | A，@R1 | ； |
006E | F6 | MOV | @R0，A | ；向上移動(dòng)一個(gè)地址 |
006F | 18 | DEC | R0 | ；轉向下一個(gè)字節 |
0070 | 19 | DEC | R1 | ； |
0071 | DFFA | DJNZ | R7 | ；不足56個(gè)字節繼續移動(dòng) |
0073 | 856830 | MOV | 30H,68H | ；首尾相接 |
0076 | 80D9 | SJMP | 0051H | ；跳轉至0051H |
0078 | E569 | MOV | A,69H | ；取查表增址值 |
007A | 83 | MOVC | A,@A+PC | ；取字模數據 |
007B | 22 | RET | ；子程序返回 |
007C | 7E 42 | 7E 00 | FF 28 44 | 82 字模數據表 |
00 00 | 4C 92 | 92 92 64 | 00 | |
00 06 | 02 FE | FE 02 06 | 00 | |
00 00 | 04 85 | FD 04 00 | 00 | |
7C FE | 82 82 | 82 46 00 | 00 | |
40 44 | A4 A5 | 96 8C 84 | 80 | |
00 20 | 24 24 | 24 24 24 | 20 |
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