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摘要：  LED點陣顯示屏由于其控制方便， 使用壽命長，易于搭建且搭建成本低， 廣泛應(yīng)用于商場， 火車站， 商業(yè)廣告和信號指示牌之中。一定尺寸的LED 點陣屏都是由多個顯示單元拼接構(gòu)成， 本文詳細介紹了一種通用的LED 點陣屏顯示單元的設(shè)計及其驅(qū)動控制。

關(guān)鍵字：  LED點陣顯示屏，  單片機，  

LED點陣顯示屏由于其控制方便， 使用壽命長，易于搭建且搭建成本低， 廣泛應(yīng)用于商場， 火車站， 商業(yè)廣告和信號指示牌之中。一定尺寸的LED 點陣屏都是由多個顯示單元拼接構(gòu)成， 本文詳細介紹了一種通用的LED 點陣屏顯示單元的設(shè)計及其驅(qū)動控制。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計概述

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。由圖1可知， PC 機從上位機軟件發(fā)送指令和數(shù)據(jù)， 通過串口RS232將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C， 單片機對行驅(qū)動和列驅(qū)動發(fā)出控制命令， 對LED點陣屏進行相應(yīng)的控制。外部時鐘電路可以用來讀取顯示的時間， 外部存期器件用于存儲LED點陣屏的輸出數(shù)據(jù)， 在進行控制操作時， 單片機可直接從此讀取數(shù)據(jù)， 可脫機進行顯示控制。通過按鍵不需經(jīng)過PC機可對LED點陣屏進行簡單的人機交互。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要劃分為兩大部分: LED點陣屏接口電路， 構(gòu)建顯示單元及其驅(qū)動電路; 基于單片機mega16的控制系統(tǒng)， 用于完成數(shù)據(jù)接收和控制LED點陣屏。

2. 1 LED點陣屏接口電路

圖2是8*8 LED點陣顯示屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖， 四個8*8點陣可以構(gòu)成一個16*16的點陣屏， 用于顯示漢字。8*8點陣屏顯示原理是利用行列導(dǎo)通其中的LED的而控制64個LED的亮滅。圖2中所示， 如果想要行1和列1 的LED 亮， 只需要行1通高電平， 列1低電平即可。LED 顯示屏幕就是依靠這樣的選取行列進行各類圖形文字的變換。

圖4為LED點陣條屏的連接方式， 上下半屏8 ??8點陣的行線各自連接在一起構(gòu)成一個系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用行掃描方式， 使用兩個3線8線譯碼器74HC138來分別驅(qū)動點陣的上8行和下8行。在點陣屏幕不大的情況下， 一般的單片機可以直接驅(qū)動點陣LED的亮滅，但是考慮擴展為大屏幕尺寸時， 那么單片機的I/O 口不足以提供足夠的驅(qū)動電流， 如圖3 所示， 可在74HC138和點陣的行接口接上一個PNP型8550三極管開關(guān)電路用來提供足夠的電流， 當74HC138發(fā)出低電平時， 三極管Q導(dǎo)通， LED_H輸出高電平。此時I/O口只需要提供幾毫安的灌入電流即可控制其通斷， 如果需要擴展屏幕， 只需要將擴展的上下半屏LED 點陣的行各自共聯(lián)到74HC138即可。

本系統(tǒng)采用74HC595鎖存器來對列線進行驅(qū)動控制， 其帶有2級鎖存移位輸出功能。如圖3所示， LED 點陣的列線接到74HC595的8位并行輸出口上， 由單片機控制數(shù)據(jù)的輸出， 利用74HC595 的鎖存輸出功能， 電路共用同一個移位時鐘SCK 和數(shù)據(jù)鎖存時鐘RCK， 可級聯(lián)多片74HC595以構(gòu)成更大LED 點陣屏的列驅(qū)動電路。此結(jié)構(gòu)還可在75HC595的使能端通過PWM 波進行灰度調(diào)節(jié)。

. 2 Mega16控制電路

主控制器主要是采用8 bitAVR單片機M ega16及其外圍電路來進行控制， 主要器件接口如圖5所示。Mega1帶有四組32個I/O 口， 它的時鐘頻率可跑到16MH z， 可滿足系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)處理速度?？刂齐娐返闹饕δ芫褪菍ED 接口進行掃描控制， 發(fā)出移位SCK 時鐘信號和數(shù)據(jù)鎖存RCK 時鐘信號到74HC595上， 依照相應(yīng)的時序?qū)?4HC595發(fā)送漢字數(shù)據(jù)， 同時對74HC138進行行選控制。電路外加一個74HC245芯片用以提高單片機對負載的驅(qū)動能力。PC 機通過串口和M ega16 進行通信， 外部存儲器選用M icrochip公司的24C256 串行存儲器， 256 K 容量方便以后將漢字庫固化在里面， 需要顯示的字只需要查詢存儲器就能提取相應(yīng)的字模數(shù)據(jù)。同時加上DS1302時鐘芯片， 可以提取2100年前的年月日等時間數(shù)值， 以提供需要。

3 程序設(shè)計

程序設(shè)計主要包括三部分: 主程序， 串口中斷程序， 顯示子程序。首先進入主程序， 初始化單片機，如果串口有數(shù)據(jù)輸入， 則會進入串口中斷程序接收數(shù)據(jù)。單片機在接收完數(shù)據(jù)后會進入顯示子程序，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)到LED 的行列驅(qū)動。圖6為三部分的程序流程圖。

4 總結(jié)

圖7中的顯示部分就是10個16*16點陣級聯(lián)而成的顯示屏。此結(jié)構(gòu)通用性強， 依靠軟件可以實現(xiàn)漢字上下左右移動等功能， 而不需在LED 顯示單元的硬件上做任何改動。在顯示效果上， 可根據(jù)需求更改單片機上的控制程序即可， 大大加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性。經(jīng)實踐測試， 此種結(jié)構(gòu)， 用一片8位單片機， 在16MH z下， 至少能驅(qū)動32*160個點， 沒有抖屏現(xiàn)象。如果程序使用匯編語言， 速度將得到很大的提升， 能驅(qū)動更多點。

本文以高性能的Mega16芯片為硬件基礎(chǔ)， 設(shè)計了LED顯示單元的硬件電路和控制電路， 實現(xiàn)了對單片機的控制、LED 屏幕的顯示等。下一步是完善其漢字的顯示特效， 以及上位機與單片機的實時通信等功能。根據(jù)此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)還可以進一步擴展成雙色， 全彩的LED點陣屏。