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第十节点阵屏模块

news 2025/7/26 9:26:50

一、点阵屏介绍

LED点阵屏由若干个独立的LED组成，LED以矩阵的形式排列，以灯珠亮灭来显示文字、图片、视频等。LED点阵屏广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。

LED点阵屏分类

按颜色：单色、双色、全彩

按像素：8*8、16*16等（大规模的LED点阵通常由很多个小点阵拼接而成）

二、显示原理

LED点阵屏的结构类似于数码管，只不过是数码管把每一列的像素以“8”字型排列而已
LED点阵屏与数码管一样，有共阴和共阳两种接法，不同的接法对应的电路结构不同
LED点阵屏需要进行逐行或逐列扫描，才能使所有LED同时显示

这是 74HC595 驱动 LED 阵列的原理图，核心是用移位寄存器扩展 IO 口，控制多盏 LED ，拆解如下：

（一）、核心器件：74HC595（移位寄存器）

1、作用：把单片机的串行数据转成并行输出，少引脚控制多LED（1个芯片可控制8路）。

2、关键引脚:

SER（14 脚）：串行数据输入 → 接单片机引脚（图里是 P34 ），用来传要显示的数据。

SRCLK（11 脚）：移位时钟 → 接单片机 P36 ，每来一个脉冲，SER 数据就 “移” 到内部寄存器。

RCLK（12 脚）：锁存时钟 → 接单片机 P35 ，把移位好的数据 “锁” 到输出端，控制 LED 亮灭。

QA~QH（1~7 脚）：并行数据输出 → 直接接 LED 负极（图里 D9~D16 ），输出高低电平控制 LED 。

OE（13 脚）：输出使能 → 接 P35 ，低电平允许输出（一般接地或控使能，图里可能简化了）。

（二）、LED 与电阻（右侧电路）

1、LED 部分（D9~D16）：

共阴极设计（正极接 VCC ，负极接 74HC595 输出），74HC595 输出低电平时，LED 会亮（电流从 VCC → LED → 74HC595 地）。

2、电阻（RP6、RP8）：

1K 限流电阻，保护 LED 不被大电流烧坏（限制回路电流在安全范围）。

（三）、控制逻辑

串行传数据：单片机通过 P34（SER）发 8 位二进制数（比如想让 D9 亮，就传00000001）。

移位锁存：

每发 1 位数据，P36（SRCLK）打一个脉冲，数据 “移” 进 74HC595 内部移位寄存器。

8 位发完后，P35（RCLK）打一个脉冲，把移位好的数据 “锁” 到 QA~QH 输出。

LED 亮灭：74HC595 输出低电平的引脚，对应的 LED 就会亮（比如 QA 输出 0 → D9 亮）。

（四）、简单总结

用 74HC595 把单片机 3 个引脚（P34、P35、P36 ）扩展成 8 路输出，控制 8 个 LED 。

优势：省单片机引脚，适合需要控制多个外设（比如点阵屏、LED 矩阵）的场景。

简单说，这就是个 “串行转并行、少引脚控多设备” 的经典电路，学会它，玩点阵屏、LED 流水灯就轻松。

74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器，可用3根线输入串行数据，8根线输出并行数据，多片级联后，可输出16位、24位、32位等，常用于IO口扩展。

2、开发板引脚对应关系：

通过矩阵排列的方式，控制8*8个LED，仅需要8+8=16个I/O口，其中D0 ~ D7控制LED的阳极，P00 ~ P07控制 LED 的阴极。想让一个LED亮，必须阳极阴极连通，例如想让最左上角的 LED 亮起，则D7 = 1 && P07 = 0。

三、C51的sfr、sbit

1、sfr（特殊功能寄存器声明）

功能：sfr 是 “Special Function Register” 的缩写，用于声明一个特殊功能寄存器，方便程序员直接访问 51 单片机内部的特殊功能寄存器，对单片机的硬件资源进行配置和控制，比如控制 I/O 端口、定时器、串口等。

语法：sfr 特殊功能寄存器名 = 地址值; 。其中，地址值是该特殊功能寄存器在单片机内部 RAM 中的字节地址，必须是 8 的整数倍（因为特殊功能寄存器在地址空间中是按字节编址的），并且要使用十六进制表示。

例如：

// 声明P0口对应的特殊功能寄存器，P0口在51单片机中的字节地址为0x80

sfr P0 = 0x80;

// 下面就可以对P0口进行操作，比如将P0口输出高电平

P0 = 0xff;

2、sbit（special bit）：特殊位声明

功能：sbit 用于声明一个特殊功能寄存器中的某一位，在已经使用 sfr 声明了特殊功能寄存器的基础上，进一步对寄存器中的某一位进行单独操作，比如单独读取或设置 P0 口的某一位电平。

语法：有三种声明方式。

sbit 位变量名 = 特殊功能寄存器名^位序号;

sbit 位变量名 = 字节地址^位序号;

sbit 位变量名 = 位地址;
其中，位序号是从 0 - 7，表示该位在寄存器中的位置。

例如：

sfr P1 = 0x90; // 声明P1口对应的特殊功能寄存器，地址为0x90

// 使用第一种方式声明P1口的第0位

sbit P1_0 = P1^0;

// 单独对P1.0引脚进行操作，比如设置P1.0输出高电平

P1_0 = 1;

四、程序设计

1、点阵屏显示静态笑脸

1、Main.c


#include <REGX52.H>
#include " MatrixLED.h "void main(){MatrixLED_Init();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);}
}

2、MatrixLED.c

#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 初始化点阵屏*param 无*retval 无
*/
void MatrixLED_Init()
{SCK=0;RCK=0;
}/***brief 74HC595写入的字节*param 要写入的字节*retval 无
*/
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
//	  SER=Byte&0x80;  // 取高位
//		SCK = 1;    // 上升沿存入一位数据
//		SCK = 0;    // 要置一
//		SER=Byte&0x40;  // 取第二位
//		SCK = 1;    // 上升沿存入一位数据
//		SCK = 0;    // 要置一
//		...unsigned char i;for(i=0;i<8;i++){SER=Byte&(0x80>>i);SCK=1;SCK=0;}RCK=1; // 发送数据SCK=0;
}
/***brief LED点阵屏显示一列数据*param Column 要选择的列，Data要显示的数据*retval 无
*/
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{// 显示的数据_74HC595_WriteByte(Data);// 第几列显示数据MATRIX_LED_PORT = ~(0x80>>Column);Delay(1);MATRIX_LED_PORT=0xFF; // 清零
}

3、MatrixLED.h

#ifndef __MATRIXLED_H__
#define __MATRIXLED_H__
void MatrixLED_Init();
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte);
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data);#endif

4、Delay.h

#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_Hvoid Delay(unsigned int xms);#endif

5、Delay.c

void Delay(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{unsigned char i, j;while(xms--){i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}
}

2、显示动态笑脸

main.c

#include <REGX52.H>
#include "MatrixLED.h"
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++)	{MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+Offset]);}Count++;			if(Count>15){Count=0;Offset+=8;		if(Offset>16){Offset=0;}}}
}

其他代码同上。

3、点阵屏显示动态字符

main.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "MatrixLED.h"
unsigned  char code Animation[]={
//加code相当于放在单片机的flash里面，一般数据放在单片机的RAM里面，由于flash空间大，我们一般选择放在flash里面，放在Flash里面就不可以更改了。
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0xFF,0x08,0x08,0x08,0xFF,0x00,0x0E,0x15,
0x15,0x15,0x08,0x00,0x7E,0x01,0x02,0x00,
0x7E,0x01,0x02,0x00,0x0E,0x11,0x11,0x0E,
0x00,0x7D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
//上面是hello字节每一列字节表示
};//主函数的意思是首先将LED屏上前8列的数字显示出来，显示出来以后，我们定义一个count,将count计数到20，相当于将LED屏上的数字延迟20s(我们姑且将20的单位当作秒），20s以后，图片偏移量开始增加，从0移植增加到40，（为什么是40呢,我们要保证偏移量能够将数组里的除了前8位数字全部过一遍，hello字符全部显示)同时随着偏移量的增加，LED点阵屏上的动画向左移动，当移动了40列以后，offset清0，又从头开始。
void main()
{unsigned  char i,count=0;unsigned  char offset=1;//图片的偏移量void MatrixLED_Init();while(1){for(i=0;i<8;i++){MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+offset]);}count++;if(count>20)//将LED屏上的数字扫描20遍，相当于延时{count=0;//扫描20次后，清0.offset++;//将LED屏上的数字向左移动if(offset>40)//当图片偏移量大于40时，偏移量清0{offset=0;}}}
}

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