基于單片機(jī)的LED顯示屏設(shè)計(jì)

杜戰(zhàn)波

（北京索德電氣工業(yè)有限公司，北京 100176）

基于單片機(jī)的LED顯示屏設(shè)計(jì)

杜戰(zhàn)波

（北京索德電氣工業(yè)有限公司，北京 100176）

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，各種現(xiàn)代化技術(shù)不斷發(fā)展，很多新裝置、新設(shè)備在社會中的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，LED顯示屏作為一種新興的顯示設(shè)備，因其具有壽命長、亮度高、視角寬廣、觀看距離遠(yuǎn)，有很好的耐沖擊能力，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以在社會中得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展十分迅速。本次主要提出一種以單片機(jī)為基礎(chǔ)的LED顯示屏設(shè)計(jì)，其顯示清晰、穩(wěn)定、亮度比較均勻、組裝手段靈活、便于安裝、尺寸的大小也可以進(jìn)行調(diào)整，所以其市場前景比較廣闊。

單片機(jī)；LED顯示屏；驅(qū)動(dòng)電路

LED顯示屏是由發(fā)光二極管陣模塊構(gòu)成的顯示屏，其發(fā)光效率高，消耗能量少，使用壽命長，色彩非常豐富，對室內(nèi)外的環(huán)境也有很好的適應(yīng)性，所以在很多領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，比如商場、交通道路、電信和郵政以及車站和機(jī)場等。本文主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行LED顯示屏設(shè)計(jì)，具體如下：

一、基于單片機(jī)的LED顯示屏系統(tǒng)概述

本文所說的基于單片機(jī)的LED顯示屏，主要分為單元板和控制板兩部分，借助控制板內(nèi)的譯碼輸出電路，可以掃描顯示屏，借助74LS595把字模的數(shù)據(jù)傳輸給顯示屏列，然后通過配置的驅(qū)動(dòng)電路使顯示屏實(shí)現(xiàn)顯示。設(shè)計(jì)時(shí)使用8×8點(diǎn)陣，構(gòu)成16×32點(diǎn)陣獨(dú)立單元板，使用搭積木的方式，在以STC89C54RD單片機(jī)為其核心的控制板下，使用串行方式進(jìn)行通信，以使LED顯示屏橫向和列向的擴(kuò)展得到實(shí)現(xiàn)。控制板主要包含譯碼輸出電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路與擴(kuò)展外部的存儲器電路，單元板主要包含點(diǎn)陣行列的驅(qū)動(dòng)電路和控制信號的驅(qū)動(dòng)電路，控制卡和單元板以及單元板們之間可以借助20針排線進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)信號傳遞和顯示屏拼接。這一系統(tǒng)能夠使LED顯示屏實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種顯示模式，可以顯示不同大小的字符和不同字體的漢字。這一系統(tǒng)整體的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這一系統(tǒng)主要由單片機(jī)和外圍的電路、譯碼輸出電路、LED顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路等組成。

1. LED顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路

目前，市場中存在的點(diǎn)陣單元一般有兩種，行共陰型和共陽型，其中共陽型的點(diǎn)陣單元主要由列輸入低電平進(jìn)行點(diǎn)亮，共陰型的點(diǎn)陣單元主要由列輸入高電平進(jìn)行點(diǎn)亮，對驅(qū)動(dòng)的方案進(jìn)行綜合，可以選用直徑是5mm的行共陰型的8×8點(diǎn)陣單元。在對LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行選擇時(shí)，因?yàn)閁LN2803的達(dá)林頓管有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以確保顯示屏的有較好的亮度。74HC595芯片則是8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變而且具有驅(qū)動(dòng)能力。因此，最終的選擇是ULN2803加74HC595方案，并與行共陰型的8×8點(diǎn)陣單元相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的顯示。因?yàn)椴煌膯卧彘g、單元板和控制卡間都要把需要控制的信號傳遞出去，所以對信號進(jìn)行控制是這一系統(tǒng)可以正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在擴(kuò)展顯示屏?xí)r，如果距離比較遠(yuǎn)，控制的信號就會有一定程度的衰減，對LED顯示屏顯示效果有較大影響，所以需要對信號進(jìn)行控制然后驅(qū)動(dòng)，這里主要選用74HC245三態(tài)輸出八路總線收發(fā)器對信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及放大。

圖1　系統(tǒng)整體構(gòu)成圖

2. 譯碼輸出電路

因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)中選擇了行共陰型的8×8點(diǎn)陣單元構(gòu)成16×32點(diǎn)陣獨(dú)立單元板，行驅(qū)動(dòng)電路選用了達(dá)林頓ULN2803，列驅(qū)動(dòng)電路則選用了74HC595，所以，列數(shù)據(jù)會給出高電平，行數(shù)據(jù)則會給出低電平，剛好能夠使點(diǎn)陣中某個(gè)像素得到點(diǎn)亮。由于ULN2803是八路NPN達(dá)林頓連接晶體管陣，只能驅(qū)動(dòng)八路LED，設(shè)計(jì)中選用的單元板是16行32列LED陣列，所以需要兩片ULN2803對信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為了節(jié)省CUP資源，有采用串行數(shù)據(jù)通信方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就需要用到四-十六譯碼器，在此選用CD4514，其可將4位二進(jìn)制碼輸入譯成16狀態(tài)輸出。

3. 不同單元板間級聯(lián)的方案

在點(diǎn)陣顯示屏的尺寸不斷擴(kuò)展時(shí)，就會遇到不同單元板間級聯(lián)和拼接的問題，拼接的時(shí)候主要有列與行擴(kuò)展這兩種不同的情況，如果是行擴(kuò)展，只要把單元板間使用20針排線把對應(yīng)的信號引腳相連接。如果是列擴(kuò)展則主要有以下方法：第一，一直使用串聯(lián)進(jìn)行拼接，這一方式就相當(dāng)于在單元板間實(shí)施蛇形的級聯(lián)，偶數(shù)行點(diǎn)陣的信息和數(shù)據(jù)與奇數(shù)行有鏡像的關(guān)系，需要使用相關(guān)軟件和一定算法把它的字模數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使用這一方式時(shí)，控制卡需要預(yù)留出一個(gè)排針。第二，使用并聯(lián)方式進(jìn)行拼接，這一連接的方式中，軟件的控制比較簡單，但是會遇到一個(gè)無法避免的問題，就是對不同行之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。也就是說，如果全部行內(nèi)RXD和TXD分別和不同單元板連接，那么在相同同步的時(shí)鐘TXD作用下，顯示屏全部的行都會得出相同數(shù)據(jù)，這就出現(xiàn)顯示屏內(nèi)全部的行都有相同內(nèi)容的問題。面對這一現(xiàn)象，可以在控制卡內(nèi)添加三線八線的譯碼器，然后把其連接為數(shù)據(jù)分配器形式。在第二種設(shè)計(jì)方案內(nèi)，如果使138一直譯碼輸出為一行，不和其他的排針相連接，也能夠使用串聯(lián)的方式進(jìn)行拼接，所以，選擇第二種設(shè)計(jì)方案，并預(yù)留出6個(gè)排針，這樣就能夠按照不同的需求使用不同連接的方式。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件包括顯示的程序、字模轉(zhuǎn)換的程序和主程序。字模轉(zhuǎn)換的程序主要把標(biāo)準(zhǔn)的32×32與16×16英文或者漢字的標(biāo)準(zhǔn)字模，借助蛇形算法方式，轉(zhuǎn)化成和這一硬件的蛇形字模相符的形式。因此，顯示的程序就可以按照實(shí)際的預(yù)顯示，直接對字模進(jìn)行調(diào)用，并借助相應(yīng)的程序進(jìn)行顯示。顯示的程序需要持續(xù)對點(diǎn)陣顯示屏循環(huán)進(jìn)行掃描，然后按照相關(guān)順序進(jìn)行調(diào)用，以便使各種方式顯示都得到實(shí)現(xiàn)。

1. 字模轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)

因?yàn)橛布碾娐分饕?0塊單元板分為兩行，構(gòu)成32×160顯示屏，使用串行的形式進(jìn)行級聯(lián)，第一行的漢字顯示要裝載一些標(biāo)準(zhǔn)的字模，第二行的漢字需要借助蛇形算法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換之后的標(biāo)準(zhǔn)和字模的順序存入外部的存儲器內(nèi)。蛇形算法的轉(zhuǎn)換思想如下：第一，使字模內(nèi)每個(gè)字節(jié)二進(jìn)制序列兌換得以實(shí)現(xiàn)。第二，使每個(gè)16×16大小的漢字字模對角的兌換得以實(shí)現(xiàn)。第三，使整行漢字的順序調(diào)換得到實(shí)現(xiàn)。

2. 顯示程序的設(shè)計(jì)

顯示屏在進(jìn)行顯示時(shí)，主要有動(dòng)態(tài)顯示和靜止顯示兩種不同的模式，靜止模式的顯示只要在譯碼的輸出電路內(nèi)持續(xù)掃描顯示屏，然后裝載好字模的相關(guān)數(shù)據(jù)，并傳遞出去。在移動(dòng)的顯示模式下，則需要添加另外的移動(dòng)子程序，以便實(shí)現(xiàn)圖片或文字估計(jì)漢字的移動(dòng)。

結(jié)語

綜上所述，在上述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從其調(diào)試與運(yùn)行的結(jié)果出發(fā)，本文中設(shè)計(jì)的以單片機(jī)為基礎(chǔ)的LED顯示屏在正式運(yùn)行時(shí)，比較可靠、穩(wěn)定，顯示的文字也非常清晰，各點(diǎn)的亮度也非常均勻，系統(tǒng)的組裝十分靈活，顯示屏大小能夠按照實(shí)際的需要，把單元板作為基礎(chǔ)和單位，在一定的范圍中進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，應(yīng)用的前景非常廣闊。因此需要引起相關(guān)人員的重視，還要不斷對其進(jìn)行改進(jìn)與完善，根據(jù)市場需求和技術(shù)變化，不斷改進(jìn)。

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