AT89C51单片机在LED显示屏控制电路设计中的应用

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                    ???? LED显示屏又叫电子显示屏,是由LED点阵组成，通过红色或绿色灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。
　　LED显示屏广泛应用于信息指示灯，大屏幕显示，液晶显示的背光灯，固体照明等。本文设计一种由4个16×16点阵LED模块组成的显示屏，由单片机作控制器，平滑移动显示任意多个文字或图形符号，本电路可级联扩展实现由任意多个16×16点阵LED模块组成的显示屏。
　　一、控制电路设计
　　控制电路由AT89C51单片机作控制器，显示屏由4个16×16点阵LED模块组成，每个16×16点阵LED模块由4个8×8点阵LED模块组成，用户可根据需要扩展增加任意多个16×16点阵LED模块。8×8点阵LED模块结构如图1所示，共8行8列，每个发光二极管放置在行线和列线的交叉点上，共64个发光二极管。当某一列为高电平，某一行为低电平时，则对应的发光二极管点亮。




　　单片机P3．0引脚接串入并出移位寄存器74LS164(U10)的串行数据输入端，8个74LS164(U10～U17)级联，P3．1引脚接8个74LSl64的时钟脉冲输入端；8个74LS164分别接8个锁存器74LS373(U18～U25)，8个锁存器的数据输出端接4个16×16点阵LED模块的行线，每个16×16点阵LED模块的行线是独立控制的。P1．O接8个74LS164(U2～U9)的时钟脉冲输入端，P1．1接U2、U4、U6、U8的串行数据输入端，每两个74LSl64(U2和U3，U4和U5，U6和U7，U8和U9)级联；U2～U9的并行数据输出端接4个16×16点阵LED模块的64条列线。P1．2接所有74LSl64的清0端，P1．3接锁存器的锁存控制端。设计完成的电路如图2所示。




　　二、电路工作原理
　　本电路利用串行通信口工作于方式0，同时利用P1．O和P1．1模拟串行输出，来实现LED显示屏字符平滑移动显示。由于LED模块为16× 16点阵，所以字符点阵也为16×16点阵，即每个字符由32个字节即16个字数据组成，每个字数据决定了每列LED点亮的情况。16×16点阵字符数据由字符点阵提取软件获得。
　　首先单片机P1．1串行输出一位二进制位“1”，经4组74LSl64给4个16×16点阵LED模块的第1列送入一高电平，接着由P3．O串行输出4个16×16点阵LED模块的第1列行数据，即Y1，Y17，Y33，Y49列的行数据，经74LS373锁存后送LED显示屏的行线，此时每个LED模块第1列对应的LED点亮。每列的行数据为1个字数据，4列共4个字数据，每个字数据首字节在字符点阵数据表中的地址相差32，此时每个LED模块显示每个字符的第1列。接着P1．1串行输出一位二进制位“0”，经4组74LS164移位后给4个LED模块的第2列送入一高电平，再由P3．O串行输出4个16× 16点阵LED模块的第2列行数据，即Y2，Y18，Y34，Y50列的行数据，经74LS373锁存后送LED显示屏的行线，此时每个LED模块第2列对应的LED点亮，即显示每个字符的第2列。如此循环，依次点亮每个LED模块每列对应的LED，直到点亮每个LED模块的第16列，即依次显示每个字符的各列。只要每列交替显示的时间适当，利用人眼的视觉暂留特性，看上去16列LED同时点亮，即看上去整个字符同时显示。然后再从第1列依次扫描显示至16列，如此循环多次，以确保显示出的字符具有足够的亮度。
　　为实现字符平滑移动显示的效果，在上面实现的4个字符静态显示一定时间后，再次扫描显示时，每个LED模块的第1列从每个字符的第2列数据开始扫描显示，即第1个LED模块显示第1个字符的第2列、第3列、……、第16列和第2个字符的第1列，第2个LED模块显示第2个字符的第2列、第3列、……、第16列和第3个字符的第1列、第2列、……。当第三次扫描显示时，每个LED模块的第1列从每个字符的第3列数据开始扫描显示，即第1个LED模块显示第1个字符的第3列、第4列、……、第16列和第2个字符的第1列、第2列，第2个LED模块显示第2个字符的第3列、第4列、……、第16列和第3个字符的第1列、第2列、……。如此实现了字符的平滑移动显示。
　　三、程序设计
　　根据以上电路设计及工作原理，绘制出本电路的控制程序流程图如图3所示。按程序流程图编写出控制程序，用Wave或Keil软件调试通过后，产生目标代码文件。




　　四、LED显示屏控制电路仿真
　　将目标代码文件加入用Proteus软件绘制的LED显示屏控制电路仿真图中的单片机中，仿真运行，运行结果如图4所示。




　　五、 结语
　　本文设计的LED显示屏控制电路采用单片机AT89C51作为控制器，串行移位输出方式，实现了一行字符的平滑移动显示，在实际应用时还应加上相关驱动电路。本电路可扩展实现由任意多个16×16点阵LED模块组成的LED显示屏显示控制。经实际应用表明，该电路稳定可靠，效果良好。