AutoLeaders控制组——51单片机学习笔记（LED点阵屏、DS1302时钟芯片）

本文详细介绍了单片机控制LED点阵屏显示原理与实现实时时钟的方法。涵盖LED点阵屏的连接原理、显示图形动画的技术细节，以及使用DS1302芯片实现精确时钟的功能。适合初学者和有一定基础的电子爱好者学习。

本篇内容是观看B站江科大自化协UP主的教学视频所做的笔记，对其中内容有所引用，并结合自己的单片机板块进行了更改调整。

以下笔记内容以一个视频为一个片段（内容较多，可能不适合速食，望见谅）

一些内容涉及前面的知识点，可能需要提前了解（可以翻看本人之前的文章或者去B站看UP主的视频）

Ⅲ、编写数组，存储流动字幕的每一列十六进制数

三、选择操作对象（这里为CK，即clock）

Ⅷ、将新加的内容的声明添加进DS1302.h文件中

Ⅱ、将需要的已经模块化的代码添加进工程目录下

Ⅲ、将显示时间的液晶屏函数代码单独移出成为一个函数

Ⅳ、添加时间设置函数

Ⅴ、设置中断函数实现进入设置时，设置数字闪烁效果

9-1、LED点阵屏

LED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）。

—— 一般设置为8的倍数。

LED点阵屏显示原理

解释内容

①LED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点阵屏示意图：

一位数码管：

②LED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点阵屏原理图（共阳接法）：

双色LED点阵屏原理图（共阳接法）：

当为单色LED点阵屏时，共阴接法与共阳解法区别不大（可以通过扫描转换效果）；为多色LED点阵屏时，能明显体会到区别（如上图）。

Ps：

（1）共阴接法只需要将LED倒过来，更改连接的相关线即可。

（2）引脚排序为乱序排序（实物接线就近原则），因此需要对比自己单片机的原理图，避免出错。

③LED点阵屏需要进行逐行或逐列扫描，才能使所有LED同时显示。

Ps：扫描概念类通于矩阵键盘扫描，利用视觉暂留效果。

8×8LED连接原理图

由上图可知，LED点阵屏一侧由P0_0~P0_7的位寄存器（I/O口）控制，另一侧一侧由DPa~DPh控制，而对应的另一侧连接到74HC595中。

由图可见，74HC595可以通过P3_4~P3_6三根线控制右边八根线，由此能极大减少I/O口占用，节省I/O口。

74HC595运行原理

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。

板子上的74HC595

原理图介绍

右侧QA~QH为八位并行的输出端。

OE（Output Enable）为输出使能，当OE接了低电平，右侧才能输出。

（上面有一横线代表低电平有效，或下降沿有效）

RCLK（register clock）为寄存器时钟。

SRCLR（serial clear）为串行清零端，低电平时会将芯片里面数据进行清空（因此这里接VCC）。

SRCLK（serial clock）为串行时钟。

SER（serial）为串行数据。

QH’用于多片级联。

在这里使用P34~P36这三个引脚控制右边八位的输出。

运行机制解释

①当串行输出时，数据在时钟的激励下一个一个从SER的线输出；

②当并行输出时，数据直接从最右侧八个引脚同时输出外面。

步骤解释：

①写入第一个数据。

首先给SER写入数值。（假设为1）

接着将SERCLK接入高电平（上升沿），此时1会被读取进移位寄存器最上面的位置。

然后将SERCLK清零，回到默认状态（低电平）。

——单片机I/O口默认状态为高电平，因此最开始需要先设置成低电平。

②写入第二个数据。

首先给SER写入设置。（假设为0）

接着将SERCLK接入高电平（上升沿），此时0会被读取进移位寄存器最上面的位置，而最开始的1会向下移动一位。

然后将SERCLK清零，回到默认状态（低电平）。

③写入接下来的数据。

重复步骤②的原理，最终写完8个位置。

④将左边数据移入右边。

将RCLK接入高电平（一开始的I/O口为高电平，因此最开始要初始化为低电平），然后左边数据就会同一时刻被搬入右边（相当于大门被打开），并同时在右侧的输出口输出数据。

补充：多片级联的运行原理

多片级联即在QH’后再相连了与之前一样的一片运行电路。

两片级联：

当第一片的移位写满之后，就会移位到QH’内（即下一片的SER），于是再写入的值，最下面的会被推入第二片区域里面，以此类推，最终将第二片填满。（两片的SERCLK是连接在同一个I/O口上的）

当填满后，即可将RCLK接入高电平，将数据一次性输出。（两片的RCLK也是连接在一个I/O口上的）

其他的多片级联

原理跟两片级联相同，只是在QH’后加入其他的74HC595芯片进行级联，数量增多了。

作用：

通过这种方式，能将I/O口扩展（节省I/O口）——3个I/O口控制多位，但是由于是一位位推入，因此运行时间将会较缓慢。

补充：

①能否LED点阵屏两端都直接连接I/O口

即使想将连接的部分都替换为I/O口直接控制，也不可行。

因为单片机的工作模式为弱上拉模式，输出的高电平信号弱，因此会使得LED亮度低，甚至不工作。

所以需要利用74HC595使得输出高电平能力增强。

或者加入一个三极管开关，使得接入高电平时，开关导通，一头的VCC直接接入LED的正极一侧。

截自视频：

导通：

如上图所示，当给高电平时，VCC直接导通到LED部分，使得LED能正常运行。

②为什么当点阵屏多个灯亮时，灯比较昏暗

因为74HC595芯片为恒压输出，当连接的灯增多时，会使得电流变小，灯亮度变暗。

9-2、LED点阵屏显示图形&动画

代码一

实现效果：在LED点阵屏上显示一个图案（这里以笑脸为例）。

写入代码

Ⅰ、新建工程及main.c文件

方法如之前一样。

补充：C51的sfr、sbit

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

sbit（special bit）：特殊位声明

例：sbit P0_1 = 0x81; 或 sbit P0_1 = P0^1;

声明P0寄存器的第1位

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。

具体可联系定时器的部分。

在REGX52.H文件中，能看到对应的单片机位声明。

寄存器声明：

位声明：

由上面可知，将对应的地址（后面的十六进制数）赋值给P0_0口，使得P0_0代表单片机相应部分地址。——所以可以更改对应的名字，只要地址相同，作用就相同。

（这里是在主函数文件操作的，因此使用的是P3^5之类，其代表的就是对应地址数字）

Ⅱ、编写74HC595运行函数

解释SER=Byte&（0x80>>i）：

利用&运算符中有0为0，全1为1的的规则，使得直接取出Byte（十六进制数，转化为二进制进行运算）的二进制中一个位数；

然后通过移位符>>，实现取出对应的位数；

最后利用单位数变量非0即1的规则，给SER赋值，实现提取对应二进制位进行赋值。