51定时中断系统控制LED点阵屏显示逐帧动画

news/2024/11/22 20:53:22/

写在前面

最近回头看之前写的文章感到一种很浓的公式感，我确实是提前写好了模板每次都套用，整篇看下来感觉就像是在交老师布置的实验报告，看起来很成熟但实际上背离了自己的初衷，接下来我会尽可能的复现自己在做的时候的尝试和思考过程

一、简单介绍

  1. 类似于笔记地总结LED点阵屏使用需要用到的模块知识
  2. 静态显示图形
  3. 逐帧显示，这里只做了3帧，“I ❤ U”，帧率可调

二、原理和知识总结 

1、LED点阵屏

 LED点阵屏的结构和数码管非常类似，需要对其逐行或者逐列扫描，一次扫描显示一行/列的亮灭，当扫描间隔极短时人眼看来就像是同时显示

 

 通过原理图显示LED点阵屏的列接在了单片机的P0 I/O口，而行接在了D0~D7,就是接下来要提的

2、74HC595

 功能简单的说就是串转并输出，595内部有一个8位缓冲区移位寄存器，先接收串行输入数据一位后将其移位，然后再接收下一位，8位接收完了就将8位数据并行一次输出

 OE非：也许是open enable?低电平芯片输出有效

SER: 串行输入

SRCLK: SERCLK 的缩写，上升沿时移位寄存器的数据移位

RCLK : 上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器（也就是送到了输出端）并直到下一个上升沿来之前保持不变

下面是图解，较好理解

2、Sfr和Sbit声明

sfr（special function register）：特殊功能寄存器声明

 例：sfr P0 = 0x80   //声明P0口寄存器，物理地址为0x80

普中的板子开发板原理图里可以看到P0就是连接LED点阵的列端口，即通过这个命令把单片机地址为0x80的寄存器资源分配给了外设LED点阵屏，当我们要使用其他寄存器的时候也可以自己声明寄存器，分配给需要的外设，在常用的头文件<REGX52.H>中可以找到相关声明

 这个物理地址可以在官方手册里找到

可位寻址/不可位寻址：在单片机系统中，操作任意寄存器或者某一位的数据时，必须给出其物理地址，又因为一个寄存器里有8位，所以位的数量是寄存器数量的8倍，单片机无法对所有位进行编码，故每8个寄存器中，只有一个是可以位寻址的。对不可位寻址的寄存器，若要只操作其中一位而不影响其它位时，可用“&=”、“|=”、“^=”的方法进行位操作，

 sbit（special bit）：特殊位声明

可用于声明某寄存器某一位

例：sbit P0_1 = 0x81;    或    sbit P0_1 = P0^1       //声明P0寄存器的第一位

2.2、实际应用

51单片机内部寄存器都是已经声明过了的，但实际应用却需要对着电路原理图才知道P0、P1、P2以及其中的具体位等等这些是分配给了哪些外设（因为P0之类名字本身没有特殊意义）

举个例子，如果在某个项目里，P0分给了矩阵按键，整个代码中P0将会多次出现，而移植到其他项目里是，就需要看原来项目的原理图查看P0的分配，当然了可以采用注释，但注释也最多写一行，而代码如果复杂了前面的注释后面可能会忘记，综合考虑可以自己对寄存器进行声明

比如本次要用到的SER,SERLCK,RLCK，找到对应寄存器地址重新声明，注意声明名称不能重复

首先看到开发板这三个分别对应P3_4、P3_6、P3_5，在头文件里已经声明过了寄存器地址，我们没必要更改头文件，就直接重新声明就可以

//自定义寄存器名称，方便使用
sbit SERCLK = P3 ^ 6;   //上升沿移位 
sbit RCK = P3 ^ 5;   //RCLK，上升沿锁存，并行输出
sbit SER = P3 ^ 4;	 //串行输入位

关于sbit还有一个问题是，sbit声明的部分是编译器预处理的部分，必须放在函数外部

三、程序设计和实现步骤

3.1、尝试显示静态图像

3.1.1 74HC595写函数

功能：将要写入的一个字节串行输入到74HC595中，就可以选择点亮点阵屏的哪些行

实现原理：输出寄存器的高位在下，因此将写入的字节数据从高位到低位串行输入和向下移位，依次和0x80（1000 0000）、0x40...取&运算就可以实现串行输入，采用for循环和移位运算符简化

		SER = Byte & (0x80>>i);    //从高位到低位依次赋给串行输入位SERCLK = 1;				   //每输入一位给一个上升沿使其移位SERCLK = 0;				   //一位移位后立刻将SERCLK复位

完整代码

/*** @brief 74HC595写入的一个字节* @param  Byte 要写入的字节* @retval 无*/
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{unsigned char i;for(i=0; i<8; i++){SER = Byte & (0x80>>i);    //从高位到低位依次赋给串行输入位SERCLK = 1;				   //每输入一位给一个上升沿使其移位SERCLK = 0;				   //一位移位后立刻将SERCLK复位}RCK = 1;		//八位串行输入完毕使其并行输出RCK = 0;		//输出完立刻复位
}

3.1.2、 按列显示LED点阵屏函数

实现原理：

  1. 调用74HC595写函数选择要点亮的行，如0x42(0100 0010 )就是选择2和7行
  2. 选中列为位选信号取低电平，参数Column传递第几列
  3. 位选信号清0，如果不清零，就无法显示其他列，清0后在while里可以同时调用多次显示不同列

完整代码

/*** @brief LED显示一列数据* @param  Column 要显示的那一列（从左到右为0~7列）* @param  Data 要显示列的数据，高位在上低位在下，1亮，0灭* @retval 无*/
void MatrixLED(unsigned char Column, Data)
{_74HC595_WriteByte(Data);		//选中给高电平点阵屏的行MatrixLED_Port = ~(0x80 >> Column);         //选中列，即可确定具体该列LED的亮灭Delay(1);                //保证亮度MatrixLED_Port = 0xFF;     //位选信号清零，用于再循环中可以同时显示多列
}

3.1.3、主函数设计 

 尝试显示静态图像，只需要在主函数的while里调用MatrixLED（）随便敲几个

当然首先得对SERLCK,RLCK初始化，因为单片机一上电就给高电平

	SERCLK = 0;		//由于一上电SERCLK、RCK都被置高电平，因此需手动赋初值0RCK = 0;
void main()
{SERCLK = 0;        //由于一上电SERCLK、RCK都被置高电平，因此需手动赋初值0RCK = 0;while(1){MatrixLED(0,a);MatrixLED(1,b);MatrixLED(2,c);MatrixLED(3,d);MatrixLED(4,e);MatrixLED(5,f);MatrixLED(6,g);MatrixLED(7,h);}
}

 这图怎么才能弄成正的啊...

3.2、逐帧图像显示

做到这就想要让点阵屏一帧一帧的显示图像

1、最开始想法简单粗暴，直接把三帧，，也就是24次调用MatrixLED（）写在while里，显示一帧delay一秒，然后清空再写下一帧，为此还写了个“初始化函数”，为了方便

void LED_ShowInit()
{MatrixLED(0,0x00);MatrixLED(1,0x00);MatrixLED(2,0x00);MatrixLED(3,0x00);MatrixLED(4,0x00);MatrixLED(5,0x00);MatrixLED(6,0x00);MatrixLED(7,0x00);
}

这个主函数极其丑陋，并不打算拿出来丢人

直接上问题，这样写的结果是每一帧刚亮就立刻灭了，因为MatrixLED（）中有个位选清零，但是不加清0无法显示多列，直接写在while循环里不能解决问题

2、想到了定时和中断控制，调用之前写过的1ms定时初始化函数，每1ms转到中断函数，调用显示一帧动画，这样亮灭的时间间隔就是1ms（当时是这么以为的）

定义列位选变量，可以用数组，感觉差不多，用于后续更改显示下一帧，

	a = 0x00; b = 0x42; c = 0x42; d = 0x7E; e = 0x42; //第一帧列位选变量，用于后续更改显示下一帧f = 0x42; g = 0x00; h = 0x00;

定义计数变量，每一次进入中断函数变量+1，加到1000，改变位选变量显示第二帧，加到2000显示第三帧，按照这时的想法，计数一次就是1ms，加到1000的时候一帧显示1s...

定时初始化函数

void Timer0Init()
{TMOD = TMOD & 0XF0;    //低四位置零，高四位不变TMOD = TMOD | 0X01;    //最低位置1，高四位不变TR0 = 1;TF0 = 0;TL0 = 0x18;		//设置定时初值TH0 = 0xFC;		//设置定时初值ET0 = 1;EA = 1;PT0 = 0;
}

中断函数代码

void Timer0_Routine()   interrupt 1
{	static unsigned int T0Count;T0Count++;TL0 = 0xFF;		//设置定时初值TH0 = 0xF7;		//设置定时初值MatrixLED(0,a); //显示一帧图像MatrixLED(1,b);MatrixLED(2,c);MatrixLED(3,d);MatrixLED(4,e);MatrixLED(5,f);MatrixLED(6,g);MatrixLED(7,h);if(T0Count == 1000)   //帧间隔{LED_ShowInit();   //LED全灭a = 0x30; b = 0x48; c = 0x44; d = 0x22; e = 0x44; //修改为第二帧位选f = 0x48; g = 0x30; h = 0x00;}if(T0Count == 2000) {LED_ShowInit();a = 0x00; b = 0x7E; c = 0x01; d = 0x01; e = 0x01;  //第三帧f = 0x7E; g = 0x00; h = 0x00;}
}

运行结果仍然有问题

  • 闪烁频率低，肉眼可见，用手机录视频的时候更明显，实在上不了台面
  • 帧与帧之间间隔时间远远不止1s

重新检查代码发现问题出在MatrixLED（）函数中的Delay（1），Delay是自己编写的延时函数，单位是1ms，而代码里在中断函数里调用8次，那么一次中断就会延时8ms，不考虑程序其他执行时间，亮灭间隔也有8ms，离得近是可以看出来闪烁的（晚上尤其明显）

一共进入1000次中断显示下一帧，那么一帧的显示时间就是8000ms，8秒钟还是很长的

3、定时溢出时间由1ms改成1us，结果闪的还是明显甚至可以看见列从上到下的“滚动”

4、 尝试删除MatrixLED（）中的Delay，观察到的结果

 闪烁频率效果不错，但是亮度很低,拍出来看着还行实际真的很暗

5、还是降低延时时间,重写一个以10us为单位的延时函数，测试出同时兼顾亮度和闪烁频率的延时时间

void Delay10us(unsigned int x10us)		//@11.0592MHz
{unsigned char i;while(x10us){i = 2;while (--i);x10us--;}
}

延时为400us时效果不错，稳定亮度也够

使用定时中断函数显示LED点阵屏的多帧图像

是的，一开始就是奔着浪漫~

代码实现

#include <REGX52.H>
#include"Delay.h"//自定义寄存器名称，方便使用
sbit SERCLK = P3 ^ 6;   //上升沿移位 
sbit RCK = P3 ^ 5;   //RCLK，上升沿锁存，并行输出
sbit SER = P3 ^ 4;	 //串行输入位
#define MatrixLED_Port  P0/*** @brief 74HC595写入的一个字节* @param  Byte 要写入的字节* @retval 无*/
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{unsigned char i;for(i=0; i<8; i++){SER = Byte & (0x80>>i);    //从高位到低位依次赋给串行输入位SERCLK = 1;				   //每输入一位给一个上升沿使其移位SERCLK = 0;				   //一位移位后立刻将SERCLK复位}RCK = 1;		//八位串行输入完毕使其并行输出RCK = 0;		//输出完立刻复位
}/*** @brief LED显示一列数据* @param  Column 要显示的那一列（从左到右为0~7列）* @param  Data 要显示列的数据，高位在上低位在下，1亮，0灭* @retval 无*/
void MatrixLED(unsigned char Column, Data)
{_74HC595_WriteByte(Data);		//选中给高电平点阵屏的行MatrixLED_Port = ~(0x80 >> Column);         //选中列，即可确定具体该列LED的亮灭Delay10us(40);MatrixLED_Port = 0xFF;     //位选信号清零，用于再循环中可以同时显示多列
}void LED_ShowInit()
{MatrixLED(0,0x00);MatrixLED(1,0x00);MatrixLED(2,0x00);MatrixLED(3,0x00);MatrixLED(4,0x00);MatrixLED(5,0x00);MatrixLED(6,0x00);MatrixLED(7,0x00);
}unsigned char a,b,c,d,e,f,g,h;void main()
{SERCLK = 0;		//由于一上电SERCLK、RCK都被置高电平，因此需手动赋初值0RCK = 0;Timer0Init();a = 0x00; b = 0x42; c = 0x42; d = 0x7E; e = 0x42;    //第一帧列位选变量，用于后续更改显示下一帧f = 0x42; g = 0x00; h = 0x00;while(1){}
}void Timer0_Routine()   interrupt 1
{	static unsigned int T0Count;T0Count++;TL0 = 0xFF;		//设置定时初值TH0 = 0xF7;		//设置定时初值MatrixLED(0,a); //显示一帧图像MatrixLED(1,b);MatrixLED(2,c);MatrixLED(3,d);MatrixLED(4,e);MatrixLED(5,f);MatrixLED(6,g);MatrixLED(7,h);if(T0Count == 100)   //帧间隔{LED_ShowInit();   //LED全灭a = 0x30; b = 0x48; c = 0x44; d = 0x22; e = 0x44; //修改为第二帧位选f = 0x48; g = 0x30; h = 0x00;}if(T0Count == 200) {LED_ShowInit();a = 0x00; b = 0x7E; c = 0x01; d = 0x01; e = 0x01;  //第三帧f = 0x7E; g = 0x00; h = 0x00;}
}

上面的定时初始化中的 修改,溢出时间间隔为1us

	TL0 = 0xFF;		//设置定时初值TH0 = 0xFF;		//设置定时初值

Delay10us函数在上面贴了没有修改，记得包含进去~ 

下一篇考虑数组移位方式实现帧变换


http://www.ppmy.cn/news/444368.html

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