51单片机———LED点阵屏显示图形动画

单片机上的一小块屏幕就是LED点阵屏，与数码管一样，内部由LED灯组成，只是点阵屏使用的LED灯更多，LED灯呈矩形分布而非“8”字形；并且点阵屏和数码管一样，有两种接法共阳极和共阳极；

16*16LED点阵屏的原理图如下：

可以看到，这种每行或每列都连接在1个I/O口的方式与矩阵键盘一样，所以我们需要进行逐行扫描或者逐列扫描，也就是坐标的方式，就能够点亮我们想要点亮的灯。从原理图可以看出，每一行LED都连接到POS这个网络标号上，而POS这个网络标号连接到J28和J34。行为二极管的阳极，列为二极管的阴极。

每一列LED都连接到NEG这个网络标号上，而原理图上没有相应的I/O口对应NEG，这是为什么？———试想，如果每一行每一列都通过I/O扣进行直接控制，那么这里就需要4*8=32个I/O口。为了减少I/O口的使用，这时候就需要用到移位寄存器74HC595：

串行输入并行输出：1个1个输入，多个同时发出；

SER：串行数据输入引脚（也就是我们是通过SER把数据1个1个地输入进去）

SRCLK : 移位寄存器时钟引脚，上升沿时（给高电平时），移位寄存器中的bit 数据整体后移（图中灰色向下箭头方向），并接受新的bit
RCLK : 存储寄存器时钟输入引脚。上升沿时，数据从移位寄存器转存带存储寄存器（图中灰色向右箭头）

整个过程就是：通过SER往里面放数据，SERCLK给高电平一次，就把数据向下移动一位，然后再往里面放入数据，就这样一直循环，直到8个数据位全部装满，RCLK赋予高电平，锁存，把8位数据同时传送出去给QA——QH（就等于给枪上八颗子弹然后同时发射出去一样）

问题来了，如果我输入第9位数据，此时第1位数据就会被挤掉，传送给QH' ，也就是多片级联，此时的QH'就充当下一个74HC595的SER，继续存入数据：

可以看到74HC595模块内有4块芯片，也就是多片级联；74HC595（C）的输出连接到 LED 点阵前 8 列，74HC595 （D）的输出连接到 LED 点阵后 8 列。图上的 NEGx 是网络标号，与 LED 点阵列相连。74HC595 需要用到的控制管脚 RCLK、SRCLK、SER 并未直接连接到 51 单片机的 IO 上，而是连接到 J24

所以，如果要想 51 单片机能够控制 74HC595 输出数据，就必须将单片机管脚通过导线连接到 J24 端子上。因此需使用 3 根杜邦线将单片机的管脚与 J24 端子连接。由于 74HC595 模块电路是独立的，所以使用任意单片机管脚都可以

我们需要下图那样通过杜邦线进行连接，也就是说单片机的三根引脚控制J24，也就是通过电脑向74HC595模块输入数据，74HC959（A）和（B）控制的是点阵屏的行，（C）和（D ）控制的是点阵屏的列。所以我们只需要向模块输入4组字节，也就是利用4块芯片就能控制LED点阵屏，行是阳极应该给予高电平，列是阴极给予低电平：

那么在程序当中我们应该怎么样去给SER输入数据：

首先进行声明之后，我们创建一个名为_74HC595_WriteByte的子函数，这里子函数里面的第一步程序是为了提取出第八位数据，也就是最高位（因为我们要进行移位的操作，所以我们要从高位开始），这里可能会有疑问：SER不是位数据吗？而赋值号右端进行按位与操作得到的不是一个字节么？

按位与&是只有当两个对应位都为1时，结果才为1，否则结果为0（比如1010 0000 & 1110 0011，那么最后结果输出就是1010 0000），0x80转化为二进制是1000 0000，也就是说Byte无论是什么，其只要与0x80进行按位与操作，最后的结果只能是1000 0000 或者0000 0000，也就是只有最高位在变化，SER是位数据，赋值号右边只有不等于0，那么SER就等于1；也就是说，如果赋值号右边是1000 0000（0x80)时，SER = 1；如果赋值号右边最终结果是0000 0000时，SER= 0；就是通过这样的方式把Btye的第八位数据提取出来，第八位数据是1的话就输出1，第八位数据是0的话就输出0，接下来的Byte的每一位提取我们都使用这个方法，也就是利用到按位与的掩码操作。

单片机引脚默认高电平，所以我们需要在主函数中将Rclk置0先，才能给它高电平；

注意：这里的Rclk如果定义成RCLK就会出现重复定义的情况，因为头文件里有相应的RCLK的定义了

接下来Byte的第八位数据提取完成，我们要提取Btye的第七位数据：

如此循环，就能提取出Byte的第六位第五位第四位.....

所以我们考虑到，添加一个循环：

这样循环8次就相当于把每一位都移放好了，都放在移位寄存器里面了，接下来我们就需要使Rclk锁存，将它同时输出：

以上是输入1组数据的操作，我们需要的是输入4组数据，并且先输入顺序应是：HC595（D)—(A):

一、LED点阵（点亮一个点）

有了上述基础，点亮一个点只需要在主函数里面，把Btye1、2、3、4数据化即可：

比如我要点亮左上角的灯，也就是第一行第一列的灯，那么我需要给予第一行高电平，其余给0；第一列给低电平，其余给高电平。也就是Byte4 =1111 1111 （0xFF），Byte3= 1111 1110（0xFE),Byte 2 = 0000 0000(0x00),Byte1 = 0000 0001(0x01)

代码如下：

#include "Delay.H"sbit Rclk = P3^4;
sbit SRCLK = P3^5;
sbit SER = P3^6;void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte1,Byte2,Byte3,Byte4)
{unsigned char i;for(i=0;i<8;i++){SER = Byte4&(0x80>>i);//0x80右移i位，然后再与Byte进行按位与，再赋值给SERSRCLK = 1; //移位寄存器时钟上升沿将端口数据送入寄存器中Delay(10);SRCLK = 0;//复位Delay(10);}for(i=0;i<8;i++){SER = Byte3&(0x80>>i);SRCLK = 1;Delay(10);SRCLK = 0;Delay(10);}for(i=0;i<8;i++){SER = Byte2&(0x80>>i);SRCLK = 1; Delay(10);SRCLK = 0;Delay(10);}for(i=0;i<8;i++){SER = Byte1&(0x80>>i);SRCLK = 1; Delay(10);SRCLK = 0;Delay(10);}Rclk = 1; //存储寄存器时钟上升沿将数据同时输出到存储器中Rclk = 0;//复位}
void main()
{   SRCLK = 0;//单片机引脚默认高电平，先置0才能给它赋予高电平Rclk = 0; while(1){_74HC595_WriteByte(0x01,0x00,0xFE,0xFF);}}

二、LED点阵（显示数字）

有了上面的基础，我们知道点亮某一个LED很简单，点亮某一行或者某一列也很简单，只需要根据原理图给出4组字节即可，但是如果是实现不同行不同列位置“同时”点亮，是行不通的，就像数码管一样，普中的数码管不可能实现几个同时亮

要实现行列不同位置亮灯，需要使用动态显示的方法，也要结合扫描的方法。在第一行亮灯一段时间以后灭掉，点亮第二行一段时间以后灭掉，点亮第三行一段时间以后灭掉，如此点亮，直到八行全部点亮一次，在第一行点亮到最后一行灭掉的总时间不能超过人肉眼可识别的时间，即 24 毫秒。在每一行点亮的时候，给列一个新的数据，此时对应列的数据就可以体现在这行上要点亮的灯上。也就是说这里的“同时”只是通过闪烁的时间足够快，从而达到同时亮的效果。

点亮一个灯很简单，我们可以通过原理图判断出该输入什么数据给HC595，但是我如果想要显示数字/动画，我不可能一个灯一个灯地去判断应该输入什么数据，这里我们需要用到另外一个工具：