LED點陣顯示屏初探

宋世彥

[摘 要]LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。本文設(shè)計的點陣LED顯示屏控制系統(tǒng)以51單片機為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)漢字、字符和數(shù)字等的動態(tài)顯示，可直接運用于實際場合。

[關(guān)鍵詞]LED電子顯示屏；發(fā)光二極管；點陣；動態(tài)顯示

一、系統(tǒng)方案及電路設(shè)計

本文設(shè)計的是一個16×32點陣LED電子顯示屏，以51單片機為核心，通過該芯片控制一個行驅(qū)動器 74HC154和四個列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示2個漢字，采用8塊8×8點陣LED顯示模塊來組成16×32點陣顯示模式。顯示采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。文中詳細介紹了LED點陣顯示的硬件設(shè)計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計，以及使用說明等。

1.系統(tǒng)方案。漢字點陣指示牌分成屏體和控制器兩大部分。屏體的主要部分是LED點陣屏，還有行列驅(qū)動電路。LED點陣屏采用8x8單色LED顯示模塊拼接而成。掃描驅(qū)動電路采用多行的同名列共用一套驅(qū)動器，行驅(qū)動器一行的行線連接到電源的一端，列驅(qū)動器一列的列連接線連到電源的另一端?？刂齐娐坟撠熡行虻剡x通各行，選通每一行之前，還要把該行該列的數(shù)據(jù)準備好，一旦該行選通，這一行上的LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進行顯示。

漢字點陣指示牌的控制電路采用單片機方案，硬件電路大體上分為單片機控制電路、LED顯示屏行列驅(qū)動電路、LED點陣屏三部分，如圖1所示：

圖1 漢字點陣顯示系統(tǒng)方案

2.漢字顯示的原理。每一個漢字由16行16列的點陣組成顯示，如果用8位的單片機控制掃描顯示，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般我們把它拆分為上部和下部，上部由8x16點陣組成，下部也由8x16點陣組成。掃描時，上半部第1列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第1列；然后單片機轉(zhuǎn)向上半部第2列，這一列完成后繼續(xù)掃描下半部第2列......繼續(xù)進行下面的掃描就可以得到顯示的漢字了。

單片機控制系統(tǒng)程序通過編程控制各顯示點對應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。從理論上講，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形的或文字的各個點所在位置相對的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果。具體來說就是把所有同1行的發(fā)光管點亮滅的數(shù)據(jù)鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其燃亮的同時，然后燃滅；……第十六行之后，又從新燃亮第一行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。

3.顯示驅(qū)動電路74HC595和74HC154。為解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示之間的矛盾問題，采用74HC595作為列驅(qū)動。因為74HC595具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，這使列數(shù)據(jù)的準備和列數(shù)據(jù)的顯示可以同時進行。該移位寄存器接收串行數(shù)據(jù)和提供串行輸出，同時移位寄存器還向8位鎖存器提供并行數(shù)據(jù)。

74HC154為4-16線譯碼器，A、B、C、D為譯碼的輸入端，Y1～Y15使對應(yīng)A、B、C、D四個輸入引腳的輸出腳，其中選中的線用輸出低電平，沒有選中的輸出高電平，同時使能端必須有效才能使譯碼器正常工作。

4.電路設(shè)計。該電路采用AT89C51單片機最小化應(yīng)用設(shè)計，P3口作為I/O口，輸出列數(shù)據(jù)和控制信號，P2口作為I/O口，輸出行掃描信號，LED顯示采用動態(tài)掃描方式實現(xiàn)。

5.主程序設(shè)計。編程思路為：

（1）先對變量初始化。

（2）循環(huán)掃描點亮16行LED（稱點亮一幀圖像）。

（3）16行掃描結(jié)束后，列指針向右移動1位，再掃描下一幀圖像。為了控制漢字滾動的速度，有時候?qū)σ粠瑘D像掃描數(shù)次后才將列指針移位。這樣，主觀上感覺到圖像向左滾動。依此類推，列指針共向右移動16位（即一個漢字）。

（4）移動一個漢字后，字指針指向下一個漢字。再重復上述步驟，這樣我們就能在顯示屏上看到持續(xù)不斷的滾動漢字信息了。主程序流程圖如圖2：

圖2 主程序流程圖

二、結(jié)語

點陣顯示漢字的原理其實就是在相應(yīng)的位置點亮發(fā)光二極管，利用發(fā)光二極管的亮滅區(qū)別來靜態(tài)顯示漢字，而漢字在屏幕上的移動，則是不斷更新向左（向右、向上、向下）顯示在每個16*16單元點陣上的代碼，從而看上去就實現(xiàn)了漢字的移動。

參考文獻：

[1]李全利 編著 ：《單片機原理及接口技術(shù)》（第2版）.北京：高等教育出版社，2004 .

[2]李光飛 編著 ：《單片機課程設(shè)計實例指導》（第2版）. 北京：北京航空航天出版社，2004.

[3]李 華 主編：《MCS-51單片機實用接口技術(shù)》.北京：北京航空航天出版社，1997.