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(nèi)容
本電路由AT89C51通過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，通過相應(yīng)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(fù)始地循環(huán)。
二、電路原理
整個(gè)電路由AT89C51、顯示模塊及驅(qū)動(dòng)三極管VT1至VT8等構(gòu)成，電路原理見圖1。
圖1虛線內(nèi)VD1－1至VD8－8共64只發(fā)光二極管構(gòu)成了顯示字符的點(diǎn)陣模塊，這種模塊是專門用于LED顯示屏的。型號(hào)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，虛線外邊與IC1相連接的行列線所標(biāo)序號(hào)為模塊引腳號(hào)。整個(gè)顯示點(diǎn)陣連接成行列控制的形式，8條行線分別與P0口的8條I/O線相連接，8條列線分別與受P2口8條口線控制的8只驅(qū)動(dòng)三極管相連接。這樣，當(dāng)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R17使VT1導(dǎo)通，VD1－1至VD1－8的8只發(fā)光二極管的負(fù)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(dǎo)通提供了使能條件。此時(shí)我們?cè)傧騊0口送入字模數(shù)據(jù)，相應(yīng)的二極管就被點(diǎn)亮，點(diǎn)陣像素就會(huì)被顯示出來。比如我們向P0口送入數(shù)據(jù)＃7EH，VD1－2至VD1－7就被點(diǎn)亮。模塊最左邊一列呈現(xiàn)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(dǎo)通，使能條件就會(huì)從第1列依次轉(zhuǎn)換至第8列。在VT1至VT8導(dǎo)通時(shí)我們依次向P0口送入數(shù)據(jù)＃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(xiàn)出字符“OK”，這就實(shí)現(xiàn)了字符的顯示。VT1至VT8依次導(dǎo)通，使第1列至第8列的二極管依次得到發(fā)光使能條件的過程，就是通常所說的掃描。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P0口送出字符或圖形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，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。因此，只有系統(tǒng)周而復(fù)始地掃描，才會(huì)使點(diǎn)陣模塊顯示出穩(wěn)定的字符與圖形。
三、片內(nèi)RAM的使用及字符活動(dòng)原理
由于本系統(tǒng)要顯示的字符是活動(dòng)的，所有字符的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)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(shù)據(jù)存在程序存儲(chǔ)區(qū)是無法進(jìn)行變化處理的，因?yàn)槌绦虼鎯?chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器，在應(yīng)用系統(tǒng)中是無法改寫的，而單片機(jī)內(nèi)的RAM，是可讀可寫的靜態(tài)存儲(chǔ)器，存取時(shí)間極短，專門存放需頻繁改寫處理的數(shù)據(jù)，所以，只有將本系統(tǒng)要顯示的活動(dòng)字符的所有點(diǎn)陣代碼存放在片內(nèi)RAM中，在程序的控制下，根據(jù)當(dāng)前顯示的需要，進(jìn)行相應(yīng)的變化處理，再通過P0口送出，才能使點(diǎn)陣模塊中顯示的字符活動(dòng)起來。
我們講過，AT89C51片內(nèi)有128字節(jié)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(shù)據(jù)從30H開始存放。如圖4所示，“OK”、“ST”、“JC”和“之二”字模數(shù)據(jù)共56個(gè)字節(jié)，我們把它存儲(chǔ)在30H至67H單元之內(nèi)。在圖4中，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系就被清楚地表示出來。在前述的掃描過程中，當(dāng)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(nèi)的內(nèi)容送至P0口，于是，67H中字模數(shù)據(jù)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(dá)出來，完成字模數(shù)據(jù)與圖像的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)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(qū)66H至60H中的內(nèi)容依次通過P0口送至點(diǎn)陣模塊的第2列至第8列顯示出來。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(shù)據(jù)進(jìn)行下一幀掃描。由于67H至60H中數(shù)據(jù)的每一位與點(diǎn)陣模塊中的VD1－1至VD8－8是一一對(duì)應(yīng)的，因此，67H至60H的這8個(gè)存儲(chǔ)單元即為字符顯示緩存區(qū)。在RAM內(nèi)30H至67H的整個(gè)數(shù)據(jù)塊中，只有處在60H至67H之間的數(shù)據(jù)才會(huì)被送到點(diǎn)陣模塊中顯示出來。如果顯示點(diǎn)陣好比電影的屏幕，整個(gè)數(shù)據(jù)塊就是膠片。30H至67H這個(gè)區(qū)間就是電影放映機(jī)的鏡頭，所有的數(shù)據(jù)只有到達(dá)這個(gè)區(qū)間，也就是顯示緩存區(qū)以后，其代表的圖形信息才會(huì)在點(diǎn)陣模塊中“放映”出來。因此，若想將“OK”以后的“ST”、“JC”、“之二”等字符顯示出來，只要將自5FH至30H內(nèi)的數(shù)據(jù)逐字節(jié)向上移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。具體過程是，首先將67H的內(nèi)容送至68H之中，空出67H單元，以后將下面的字節(jié)逐個(gè)上移，直至移動(dòng)56個(gè)字節(jié)，30H中的內(nèi)容就被移到了31H之中，至此整個(gè)數(shù)據(jù)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，字符開始“活動(dòng)”起來。當(dāng)整個(gè)數(shù)據(jù)塊上移一個(gè)地址空間之后，必須將移至68H中的數(shù)據(jù)再移至30H，因?yàn)?，只有這樣才能保證整個(gè)字模數(shù)據(jù)不至于在以后的移動(dòng)中因被覆蓋而丟失，才能保證數(shù)據(jù)塊的完整和連續(xù)性。如此，不斷地重復(fù)上述數(shù)據(jù)上移過程，整個(gè)數(shù)據(jù)塊就會(huì)連續(xù)地通過60H至67H組成的顯示緩存區(qū)，所有的字符就會(huì)在點(diǎn)陣模塊中滾動(dòng)經(jīng)過，這就實(shí)現(xiàn)了字符的移動(dòng)顯示。
四、程序設(shè)計(jì)及主要指令
本例程序的設(shè)計(jì)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(diào)入所有字符的字模數(shù)據(jù)，進(jìn)行掃描顯示。連續(xù)掃描0.5s以后，將數(shù)據(jù)塊上移一字節(jié)，再返回掃描程序和數(shù)據(jù)塊移動(dòng)程序，周而復(fù)始。連續(xù)掃描時(shí)間在主程序中設(shè)定。
1.字模數(shù)據(jù)的調(diào)入及查表指令
利用查表指令構(gòu)成查表子程序，可以使字模數(shù)據(jù)從程序存儲(chǔ)器調(diào)入片內(nèi)RAM的程序更簡(jiǎn)短，并可以使字模數(shù)據(jù)在程序存儲(chǔ)空間中集中存放。
由前述可知，全部字模數(shù)據(jù)為56個(gè)字節(jié)，如果用普通的數(shù)據(jù)傳送指令MOV direct，＃data，每送1字節(jié)數(shù)據(jù)需3個(gè)字節(jié)的程序代碼才能完成。比如將“OK”字形的第1列字模數(shù)據(jù)＃7EH送入片內(nèi)RAM的67H空間，指令是MOV 67H，＃7EH；機(jī)器碼是75677EH，這樣，傳送完56個(gè)字節(jié)的字模數(shù)據(jù)的程序需168個(gè)字節(jié)的程序代碼，占用空間較大。而用查表指令來完成上述56個(gè)字節(jié)的字模數(shù)據(jù)的調(diào)入，所有程序代碼只用76個(gè)字節(jié)就完成了，比利用一般數(shù)據(jù)傳輸指令少用了92個(gè)字節(jié)，既節(jié)約了程序存儲(chǔ)空間，又使程序設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。
查表指令MOVC A，@A＋PC，機(jī)器代碼是83H。執(zhí)行結(jié)果是將累加器A中的內(nèi)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(chǔ)空間的單元地址(數(shù)據(jù)表格的地址)，然后將該單元的內(nèi)容送入累加器A中，其中PC是用來存放下一條指令的地址。例如，如果我們先將立即數(shù)＃01H存入RAM的69H單元中，當(dāng)執(zhí)行完程序存儲(chǔ)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(shù)據(jù)表格的起始地址是007CH，則執(zhí)行完下一條MOVC A，@A＋PC指令后，就將007CH中的字模數(shù)據(jù)＃7EH送到了累加器A中。因?yàn)楫?dāng)執(zhí)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中去取程序代碼來識(shí)別執(zhí)行。由于安放在007AH中的指令是一條專用的變址查表指令，執(zhí)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(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元。由于A中的值是＃01H，所以，CPU就會(huì)到007C中將立即數(shù)＃7EH取出存于A中，然后再執(zhí)行007BH處的指令。上述也是查表子程序的執(zhí)行過程。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(shù)據(jù)再存于片內(nèi)RAM的67H之中。由上述不難理解，我們每取一次數(shù)之后將69H中的內(nèi)容加1，這樣，不斷地調(diào)用查表子程序，CPU就會(huì)將字模數(shù)據(jù)表中的所有字模數(shù)據(jù)逐字節(jié)調(diào)到片內(nèi)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(jī)在向P0口送出數(shù)據(jù)之后，不斷改變P2口各口線的高低電位，使VT1至VT8依次導(dǎo)通，完成整幅字符或圖形的顯示。而利用累加器循環(huán)移位指令來實(shí)現(xiàn)P2口各口線的電位改變是最為簡(jiǎn)捷的辦法。
根據(jù)如前所述的掃描顯示過程，我們采用累加器循環(huán)移位指令來完成P2口中的高電位移動(dòng)是極其方便的。累加器A是單片機(jī)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(nèi)容向右循環(huán)移位，該指令代碼是03H。執(zhí)行該指令的結(jié)果是(An＋1)→(An)，(A0)→(A7)。如圖5所示。假如在A中裝入的數(shù)據(jù)為＃80H，也就是1000 0000B，執(zhí)行RR A后，A中的數(shù)據(jù)則是＃40H，也就是0100 0000B，所有數(shù)據(jù)皆向右移動(dòng)了一位，而原來的最低位則轉(zhuǎn)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口僅有一條口線呈高電位，并向右循環(huán)移動(dòng)，首先執(zhí)行MOV A ＃80H，再執(zhí)行MOV P2，A，將＃80H送入P2口，然后執(zhí)行RR A完成一次循環(huán)，再執(zhí)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(shù)＃80H，經(jīng)過8次上述操作過程，P2口自P2.7至P2.0就會(huì)依次呈現(xiàn)高電位，完成前述的掃描任務(wù)。
3.數(shù)據(jù)塊移動(dòng)程序及寄存器間接尋址數(shù)據(jù)傳送指令
數(shù)據(jù)塊移動(dòng)程序能使片內(nèi)RAM中的字模數(shù)據(jù)塊整體向上移動(dòng)，當(dāng)主程序持續(xù)運(yùn)行，就會(huì)使所有的字模數(shù)據(jù)從RAM的60H至67H之間通過，使系統(tǒng)顯示的字符以“拉幕”的形式在點(diǎn)陣模塊中依次顯示出來。
我們先分別向R0和R1中送入立即數(shù)＃68H和＃67H，再執(zhí)行MOV A，@R1和MOV @R0，A，這是兩條寄存器間接尋址數(shù)據(jù)傳送指令。其結(jié)果是先將以R1中的內(nèi)容為地址的存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)送入累加器A，再將A中的內(nèi)容送入以R0中的內(nèi)容為地址的存儲(chǔ)單元內(nèi)，這就將片內(nèi)RAM 67H中的字模數(shù)據(jù)送到了68H之中。然后將R0和R1中的內(nèi)容減1，使R0中的內(nèi)容變?yōu)椋?7H，使R1中的內(nèi)容變?yōu)椋?6H，重復(fù)前面的過程，又將66H中的字模數(shù)據(jù)送到了67H之中了。依次類推，將上述過程重復(fù)56次，片內(nèi)RAM 30H中的字模數(shù)據(jù)就被送到了31H之中，至此，整個(gè)字模數(shù)據(jù)塊便整體向上移動(dòng)了一個(gè)地址空間。之后，還必須執(zhí)行MOV 30H，68H，將68H中的字模數(shù)據(jù)送入30H之中，實(shí)現(xiàn)字模數(shù)據(jù)塊的首尾相接。
4.短轉(zhuǎn)移指令
為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)滾動(dòng)顯示，當(dāng)完成調(diào)入字模數(shù)據(jù)、掃描顯示和數(shù)據(jù)上移之后，需要CPU再返回掃描顯示處循環(huán)執(zhí)行掃描和數(shù)據(jù)塊上移的程序，所以在數(shù)據(jù)塊移動(dòng)程序的最后還要安放一條短轉(zhuǎn)移指令SJMP(指令的機(jī)器碼是80H)。執(zhí)行此指令后，程序就轉(zhuǎn)移至掃描程序的入口處，開始又一次的掃描和數(shù)據(jù)塊上移操作。例如：SJMP 0051H，即程序轉(zhuǎn)移至程序存儲(chǔ)器中地址為0051H處，執(zhí)行該處程序。指令SJMP rel的轉(zhuǎn)移范圍為－128至＋127。
五、本文涉及的其他指令
算術(shù)操作類指令：
INC Rn：執(zhí)行結(jié)果是將寄存器Rn中的內(nèi)容加1。
DEC Rn：執(zhí)行結(jié)果是將寄存器Rn中的內(nèi)容減1。
六、程序清單
地址 | 機(jī)器碼 | 指令 | 注釋 | |
0000 | 02003B | AJMP | 003BH | ；轉(zhuǎn)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(diào)入字模數(shù)據(jù) |
0043 | 7867 | MOV | R0，#67H | ；設(shè)字模存放起始地址 |
0045 | 756901 | MOV | 69H，#01H | ；送字模數(shù)據(jù)表起始地址 |
0048 | 120078 | LCALL | 0078H | ；調(diào)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(shù) |
0053 | 7EFF | MOV | R6, #FFH | ； |
0055 | 7F08 | MOV | R7，#08H | ；置掃描列數(shù) |
0057 | 7860 | MOV | R0，#60H | ；設(shè)顯示緩沖區(qū)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(shù)據(jù)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(zhǔn)備字模的下一字節(jié) |
0060 | 03 | RR | A | ；準(zhǔn)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(shù)據(jù)移動(dòng)總字節(jié)數(shù) |
0069 | 7868 | MOV | R0，#68H | ；設(shè)塊移動(dòng)暫存單元地址 |
006B | 7967 | MOV | R1，#67H | ；設(shè)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(zhuǎn)向下一個(gè)字節(jié) |
0070 | 19 | DEC | R1 | ； |
0071 | DFFA | DJNZ | R7 | ；不足56個(gè)字節(jié)繼續(xù)移動(dòng) |
0073 | 856830 | MOV | 30H,68H | ；首尾相接 |
0076 | 80D9 | SJMP | 0051H | ；跳轉(zhuǎn)至0051H |
0078 | E569 | MOV | A,69H | ；取查表增址值 |
007A | 83 | MOVC | A,@A+PC | ；取字模數(shù)據(jù) |
007B | 22 | RET | ；子程序返回 |
007C | 7E 42 | 7E 00 | FF 28 44 | 82 字模數(shù)據(jù)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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