点阵LED电子显示屏控制系统设计与实现

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　　摘要：利用AT89S52 作为主控制芯片， 给出简单实用的外围电路来驱动16*16 的点阵LED 显示屏的设计方案，包括系统具体的硬件设计方案和各个外围电路部分的设计等方面。 　　0、引言
　　LED 显示屏是在20 世纪80 年代在全球迅速发展起来的一种新型的信息显示媒体， 它利用发光二极管构成的点阵模块组成大面积显示屏幕，具有可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，迅速成长为平板显示的主流产品之一，在广告牌、公共显示屏等信息显示领域得到了广泛的应用。
　　1、LED 及LED 显示屏
　　LED （Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向其PN 结的P 区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，从使LED 发光。LED 发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。
　　LED 显示屏（LED panel）是一种由半导体发光二极管构成的点阵模块组成的显示屏幕， 它是通过控制半导体发光二极管的亮灭情况来显示的方式，根据要显示的文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息来选择相应的发光二极管的亮灭， 从而实现显示各种信息的目的。LED 显示屏具有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点， 随着LED 制造技术的不断完善，在国内外得到了很大的推广，广泛应用于大型剧场、商城、酒店的出入口及洗手间的标示牌等各种室内、户外显示屏。
　　2、点阵LED 电子显示屏系统组成
　　通过对LED 主控电路、亮度连续可调电路、驱动电路、键盘电路等硬件电路做全面的分析，选择出比较适合的方案，从而实现对16*16 点阵显示屏的驱动， 完成电子显示屏的电路设计方案。本设计电子显示屏系统的由AT89S52 单片机及相关外围电路具体包括时钟电路、复位电路、键盘模块、显示控制电路和电子显示屏等部分组成，具体如图1 所示：

点阵LED电子显示屏控制系统设计与实现

图1 系统总体框图

　　3、点阵LED 电子显示屏系统硬件电路及工作原理
　　3.1 采用8 个LED8*8 显示屏，构成16 行*32 列点阵显示
　　由8 个8*8 点阵LED 显示模块组成点阵显示屏。8 片8*8点阵LED 显示模块利用总线形组成一个16*32 的LED 点阵，用于同时显示2 个16*16 点阵汉字或4 个16*8 点阵的字母、字符或数字。根据实际需要，显示板可扩展至更多的显示单元，从而显示更多的内容。
　　3.2 LED 显示屏驱动电路
　　本设计的点阵显示屏电路是以AT89S52 单片机作主控器，结合74LS154 和74LS595 进行扩展。选择了共阴的行列扫描方式，单片机P0,P2 口输出的高电平对应字模的亮点，低电平对应字模的暗点，以九字为例，如图2 所示。

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图2 ' 九' 字字模

但是P0,P2 口一次总共只能传送16 位的数据， 因此要对字模数据进行扫描。扫描后的高电平作为点阵显示管的行输入，列输入则由74LS154 的低电平控制，74LS154 接在单片机P1.0 到P1.3 口上，如图3 所示。

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图3 九字第一列显示

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图4 '九' 字第二列显示

　　从图3 中我们可以看出， 要把' 九' 字显示出来， 先显示'九' 字的第一列， 就是让P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应的列上，74LS154 输出低电平，即P1 口输出00H,然后保持显示1MS。
　　如下面的程序：
　　MOV A,00H
　　MOV P1,A :00H 送P1 锁存
　　MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存
　　MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存
　　DELAY 1MS ;延时1MS
　　然后显示第二列，P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应第二列低电平输出，也就是P1 口输出01H,同样保持显示1MS.显示情况如图4 所示。
　　程序如下：
　　INC A
　　MOV P1,A ;P1 锁存加1
　　MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存
　　MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存
　　DELAY 1MS ;延时1MS
　　程序执行16 次后用时0.016S 左右， 由于人眼的视觉停留效应，我们是分辨不出闪烁的，循环100 次后，' 九' 字就可以完整显示出来，持续时间1.6S 左右。
　　设计中采用左移显示方式。如果把显示一次看作一桢图像，那么本设计中一桢就是显示两个字，共32 列。
　　这样依次显示下去，就可以达到左移显示汉字的目的。
　　列扫描电路：每个LED 管亮需要7mA 的电流，那么32 个同时亮就需要224mA 的电流，所以我们要对列进行驱动，我们采用晶体管8550 对列信号进行放大，使LED 点阵能够正常显示。
　　3.3 亮度连续可调
　　用一个10K 的电位器可以对LED 的压降进行调节，以达到连续改变亮度，从而实现对显示屏亮度的调节。
　　3.4 刷新频率的计算
　　根据人眼的视觉的暂留特性，50HZ 是适宜的刷新频率，所以CPU 的刷新频率一般不低于60HZ,但是刷新频率太高的话，会使显示屏的亮度降低，所以刷新频率有最高值要求，本设计中使用12M 晶体振荡电路，刷新频率在50HZ 以上。
　　3.5 键盘
　　键盘是使用比较简单的独立式键盘。编程容易控制，实现方便，如图5 所示。

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图5 键盘电路

　　4、结束语
　　本文主要讨论了电子显示屏系统硬件电路的具体问题，并且对如何才能实现系统功能进行了论证， 设计采用动态扫描方案，通过字模来点亮显示屏，达到显示所要求内容的目的。

李小路

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