1、LED 點陣顯示控制1 原理與方案1.1 原理對于點陣型 LED 顯示可以采用共陰極或共陽極，本系統采用共陽極，其硬 件電路如圖 1 所示。當行上有一正選通信號時，列選端四位數據為 0 的發光二 極管便導通點亮。這樣只需要將圖形或文字的顯示編碼作為列信號跟對應的行信 號進行逐次掃描，就可以逐行點亮點陣。只要掃描速度大于 24 Hz ，由于掃描 時間很快，人眼的視覺有暫留效應，就可以看到顯示的是完整的圖形或文字。圖1 硬件電路本次設計要完成基于單片機的 LED 點陣顯示控制的設計，總體方案是以單 片機為控制核心，通過行列驅動電路，在 LED 點陣屏上以左移方式顯示文字。 在設計過程中驅動電路運用

2、動態掃描顯示，動態掃描簡單地說就是逐行輪流點 亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如 16 行）的同名列共用一套列驅動 器。由于動態掃描顯示 （并行傳輸）的局限性，故采用動態掃描顯示 （串行傳輸）， 顯示模式用 LED 點陣屏模塊作顯示屏。1.2 總體方案本次設計單片機采用 AT89C51 ，行電路使用逐行掃描的方式，列電路使用 串入并出的數據傳輸方式，顯示屏使用由 16x16 的點陣 LED 組成的點陣模塊。 使用到的芯片有傳入并出移位寄存器 74LS595 、 4 線-16 線譯碼器 74LS154 和三極管 8550 。總體設計框圖如圖 2 所示。行驅動列驅動器電源16 16LED 點

3、陣顯示屏2 系統硬件設計硬件電路大致上可以分成單片機系統及外圍電路、列驅動電路和行驅動電路以及 LED 點陣陣列 3 部分，用到的芯片有單片機 AT89C51 ，4 線 -16 線譯碼 器 74LS154 ，帶鎖存功能的串入并出移位寄存器 74LS595 。2.1 單片機系統及外圍電路單片機采用 AT89C51 。系統采用 12 MHz 或更高頻率的晶振， 以獲得較高 的刷新頻率，使顯示更穩定。單片價的串口與列驅動器相連，用來送顯示數據。 P1 口低 4 位與行驅動器相連，送出行選信號， P1.5 P1.7 口則用來發送控制 信號。 P0和 P2口空閑，在必要時可以擴展系統的 ROM 和RAM

4、。2.2 時鐘脈沖電路AT89C51 的最高時鐘脈沖頻率已經達到 24 MHz ，它內部已經具備了振蕩 電路，只要在 AT89C51 的兩個引腳（即 19 、18 腳）連接到簡單的石英振蕩晶 體的 2 個管腳即可，同時晶體的 2 個管腳也要用 30 pF 的電容耦合到地，如圖 3 所示。圖 3 時鐘脈沖電路2.3 復位電路AT89C51 的復位引腳（ RESET ）是第 9 腳，當此引腳連接高電平超過 2 個機器周期時，即可產生復位的動作。以 24 MHz 的時鐘脈沖為例，每個時鐘 脈沖為 05s，兩個機器周期為 1 s，因此，在第 9 腳上連接 1 個 2s的高電 平脈沖，即可產生復位動作。

5、最簡單的就是只有 1 個電阻跟 1 個電容就可構成 可靠復位的電路，電阻選擇 10 k ，電容選擇 10F，如圖 4 所示。圖 4 復位電路2.4 點陣顯示驅動電路設計采取分立元件三極管作驅動電路，驅動電路如圖5 所示。圖5 點陣顯示驅動電路3 系統軟件設計顯示屏軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數據， 并產生各種控制信號， 使 屏幕按設計的要求顯示。根據軟件分層次設計的原理， 可把顯示屏的軟件系統分成兩大層： 第一層是 底層的顯示驅動程序， 第二層是上層的系統應用程序。 顯示驅動程序負責向點陣 屏傳送特定組合的顯示數據， 并負責產生行掃描信號和其他控制信號， 配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示

6、工作。顯示驅動程序由顯示子程序實現；系統環境設置 （初始化） 由系統初始化程序完成； 顯示效果處理等工作， 則由主程序通過調用 子程序來實現。3.1 顯示驅動程序顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器 T0 重新賦初值， 以保證顯示屏 刷新率的穩定。 16 行掃描格式的顯示屏刷新率（幀頻）的計算公式如下：其中： F為晶振頻率； T為定時器 T0 初值（工作在 16 位定時器模式）。 其次，顯示驅動程序查詢當前點亮的行號， 從顯示緩存區內讀取下一行的顯 示數據，并通過串口發送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數據時產生的拖尾現象， 驅動程序先要關閉顯示屏， 即 消隱，等顯示數據輸入輸出鎖存器后，再

7、輸出新的行號，重新打開顯示。圖 6 所示為顯示驅動程序（顯示屏掃描函數）流程圖。圖 6 顯示驅動程序流程圖3.2 系統主程序 系統主程序開始以后，首先是對系統環境初始化，包括設置串口、定時器、 中斷、端口。然后以 “卷簾出 ”效果顯示文字或圖案，停留幾秒鐘，接著向上滾動 顯示漢字或圖形， 停留幾秒后，再左移顯示漢字或圖形、 右移顯示等。最后以 “卷 簾入 ”效果隱去文字。圖 7 所示為系統主程序的流程圖。圖7 系統主程序的流程圖4 軟件仿真與硬件實現4.1 軟件仿真本設計的核心單元是單片機 AT89C51 ，所以選用單片機仿真軟件 Proteus 7.O 和 Keil 對整體設計進行軟件仿真。運行 Proteus 中的 ISIS 模塊對設計好的原理圖進行布圖， 仿真電路如圖 8 所示。圖 8 仿真電路將完整的源程序 Copy 到 Keil 仿真開發環境里，運行調試。把編譯好的源 程序加載到仿真電路圖中， 運行程序，在點陣顯示屏上按設計的顯示效果依次以 “卷簾入”、“左卷簾 ”、“右卷簾 ”、“卷簾出 ”顯示結果正確。4.2 硬件實現軟件仿真通過后， 充分證明了方案的正確性與可行性。 按照設計方案進行硬 件電路的搭建并進行調試。結果正確如下圖 9 所示。圖 9 硬件實物圖5 結束語本文通過設計基于單片機的 LE