文中設(shè)計了一種基于單片機動態(tài)掃描控制的16x16LED漢字顯示條屏,，簡單分析了漢字顯示的原理，并對LED顯示模塊單元如何進行行列信號控制及信號傳輸中的驅(qū)動問題進行了研究,。結(jié)果表明采用并行數(shù)據(jù)輸入,、串行數(shù)據(jù)輸出的專用電路可大大減少CPU的輔助時間，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速度,。
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體,，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，有可靠性高,、使用壽命長,、環(huán)境適應能力強、價格性能比高,、使用成本低等特點,。在短短的幾十年中，技術(shù),、產(chǎn)業(yè)都取得了長足的進步,，已經(jīng)發(fā)展成為重要的現(xiàn)代信息發(fā)布媒體手段，在證券交易,、金融,、交通、體育,、廣告等領(lǐng)域得到廣泛應用,，隨著社會信息化的進程，LED顯示屏在信息顯示領(lǐng)域的應用愈加寬廣。
目前LED顯示屏的種類越來越多,，從使用場合及亮度考慮可分為室內(nèi)和室外屏，從掃描方式可分為動態(tài)掃描顯示屏和靜態(tài)掃描顯示屏,。室外使用的交通誘導屏,，通常采用計算機同步控制的靜態(tài)掃描顯示，每個像素由幾個高亮的LED發(fā)光管組成,，可做成多色或全色,。其優(yōu)點在于播放的內(nèi)容信息量大，實時性強,，且由于采用靜態(tài)顯示,，亮度高;其缺點是硬件電路復雜，成本高,。室內(nèi)使用的由8x8LED點陣拼成的顯示屏也有同步和異步之分,，同步控制顯示屏由計算機作為主控器，異步控制顯示屏的主控器可采用單片機,。單片機控制的單色顯示屏由于結(jié)構(gòu)簡單,，成本低廉，深受人們的喜愛,。設(shè)計一個室內(nèi)用16x16點陣LED圖紋顯示屏,，要求在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足,，可顯示圖形和文字,，顯示圖形或文字應穩(wěn)定、清晰無串擾,。圖形或文字顯示有靜止,、移入移出等顯示方式。
1 漢字顯示的基本原理
16x16的點陣共有256個發(fā)光二極管,，用各個位的亮暗來表示一個字,，凡是筆畫經(jīng)過的地方都為1(亮)，沒有筆畫的地方都為0(暗),，這樣就可以表示不同的漢字,。從理論上說，不論顯示圖像還是文字,，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應的LED器件發(fā)光,，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動方式,。在計算機中,，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，按不同的數(shù)據(jù)操作,，可以得到不同的結(jié)果,。而對于中文顯示操作,，就是將ASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼,。這樣就可以用一組數(shù)字來表示漢字的內(nèi)碼,，數(shù)字的各位信息來記載漢字的形狀，即：字模,。只要將漢字的相應字模信息文件存入ROM,，形成漢字編碼;在使用時，先根據(jù)漢字編碼組成語句,，添加到程序的相應位置,，即可顯示相應的漢字。
2 硬件電路組成及工作原理
該LED漢字條屏采用以AT89C51單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn),，主要由AT89C51芯片,、時鐘電路、復位電路,、列掃描驅(qū)動電路(74HC154),、16x16LED點陣5部分組成。其中,，AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓,、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機,。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,，能夠進行1 000次寫/擦循環(huán),，數(shù)據(jù)保留時間為10年。它是一種高效微控制器,，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案,。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片,。
2.1 列驅(qū)動電路設(shè)計
列驅(qū)動電路由集成電路74HC595構(gòu)成,。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且一位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的,，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時,，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達到重疊處理的目的,。
列驅(qū)動電路如圖1所示,。一個模塊有4片74HC595，8塊LED點陣，每一片74HC595限流電阻后接2塊LED點陣,，圖中只畫出了部分電路,。DATA IN和DATA OUT分別為模塊的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，RCLR為74HC595移位寄存器信號索入輸出所存器的時鐘信號,，CLK為同步時鐘,。將模塊中前一片8位移位寄存器74HC595的數(shù)據(jù)輸出(07)與下一片的輸入(SER)相連接組成32位的串行數(shù)據(jù)鏈，每一位控制一列發(fā)光管,，若顯示方式為1/16占空比的動態(tài)掃描方式，則每一列控制16個方光管,。當74HC595的某一輸出引腳為低電平時,，該列上對應行掃描選中行的像素點亮。由于吸收電流的能力相對較強,，且為動態(tài)掃描,，因此在74HC595的輸出腳上只需串接一個47 Ω的限流電阻而不需要再用列驅(qū)動也能得到滿意的亮度效果。
2.2 行驅(qū)動電路設(shè)計
采用逐行掃描的方式,，當全部列信號準備就緒后,，控制信號鎖存器輸出，相應的行信號應同時跟上,。由于采用點陣的行為共陽極,，行選的作用就是為待點亮行提供電源。8位移位寄存器方法的行選電路如圖2所示,。該電路中LS為串行行選信號,，MR為74HC164的清零信號，LCLK為行選同步時鐘,。74HC164的輸出經(jīng)反相后控制三機管的導通與截止,，從而分別控制第1行LINE1至第16行LINE16與電源接通。從極端情況來看,，驅(qū)動功率應滿足1行全部32個LED點亮的要求,，盡管LED點陣要求單點驅(qū)動電流在10～20 mA，但由于采用1/16占空比的動態(tài)掃描顯示方式,，單個LED的瞬時電流即使未100mA,，實際平均電流不到7 mA，因此驅(qū)動電流大于3 A即可,。供方部分應采用達林頓管或開關(guān)管,。
2.3 AT89C51單片機的外圍電路
單片機采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24 MHz或更高頻率的晶振,，以獲得較高的刷新頻率,，為了使顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅(qū)動器相連，用來送顯示數(shù)據(jù),。P1口低四位與行驅(qū)動器相連,，送出行選信號;P1.5～P1.7口則用來發(fā)送控制信號。P0和P2口空著,，在有必要時可以擴展系統(tǒng)的ROM和RAM,。
3 系統(tǒng)程序的設(shè)計
程序流程圖如圖3所示。
根據(jù)軟件分層次的系統(tǒng)應用程序,。顯示驅(qū)動程序負責向屏體送顯示數(shù)據(jù),，并負責產(chǎn)生掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作,。顯示驅(qū)動程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn),。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置(初始化)、顯示效果處理等工作,，由主程序來實現(xiàn),。
4 結(jié)論
LED顯示屏硬件電路只要器件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確,，一般無需調(diào)試即可正常工作,。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。這個方案設(shè)計的16x16點陣LED圖文顯示屏,，電路簡單,，成本較低，且較容易擴展成更大的顯示屏;顯示屏各點亮度均勻,、充足;顯示圖形或文字穩(wěn)定,、清晰無串擾;可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字,。