點(diǎn)陣LED電子顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

0、引言

LED 顯示屏是在20 世紀(jì)80 年代在全球迅速發(fā)展起來的一種新型的信息顯示媒體， 它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊組成大面積顯示屏幕，具有可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格性能比高、使用成本低等特點(diǎn)，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，在廣告牌、公共顯示屏等信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1、LED 及LED 顯示屏

LED (Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向其PN 結(jié)的P 區(qū)，在P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，從使LED 發(fā)光。LED 發(fā)光燈可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等多種類型。按照發(fā)光燈強(qiáng)度又可以分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等。

LED 顯示屏(LED panel)是一種由半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊組成的顯示屏幕， 它是通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮滅情況來顯示的方式，根據(jù)要顯示的文字、圖形、圖像、動畫、視頻、錄像信號等各種信息來選擇相應(yīng)的發(fā)光二極管的亮滅， 從而實(shí)現(xiàn)顯示各種信息的目的。LED 顯示屏具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、節(jié)能、發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 隨著LED 制造技術(shù)的不斷完善，在國內(nèi)外得到了很大的推廣，廣泛應(yīng)用于大型劇場、商城、酒店的出入口及洗手間的標(biāo)示牌等各種室內(nèi)、戶外顯示屏。

2、點(diǎn)陣LED 電子顯示屏系統(tǒng)組成

通過對LED 主控電路、亮度連續(xù)可調(diào)電路、驅(qū)動電路、鍵盤電路等硬件電路做全面的分析，選擇出比較適合的方案，從而實(shí)現(xiàn)對16*16 點(diǎn)陣顯示屏的驅(qū)動， 完成電子顯示屏的電路設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)電子顯示屏系統(tǒng)的由AT89S52 單片機(jī)及相關(guān)外圍電路具體包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤模塊、顯示控制電路和電子顯示屏等部分組成，具體如圖1 所示：

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3、點(diǎn)陣LED 電子顯示屏系統(tǒng)硬件電路及工作原理

3.1 采用8 個(gè)LED8*8 顯示屏，構(gòu)成16 行*32 列點(diǎn)陣顯示

由8 個(gè)8*8 點(diǎn)陣LED 顯示模塊組成點(diǎn)陣顯示屏。8 片8*8點(diǎn)陣LED 顯示模塊利用總線形組成一個(gè)16*32 的LED 點(diǎn)陣，用于同時(shí)顯示2 個(gè)16*16 點(diǎn)陣漢字或4 個(gè)16*8 點(diǎn)陣的字母、字符或數(shù)字。根據(jù)實(shí)際需要，顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，從而顯示更多的內(nèi)容。

3.2 LED 顯示屏驅(qū)動電路

本設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣顯示屏電路是以AT89S52 單片機(jī)作主控器，結(jié)合74LS154 和74LS595 進(jìn)行擴(kuò)展。選擇了共陰的行列掃描方式，單片機(jī)P0，P2 口輸出的高電平對應(yīng)字模的亮點(diǎn)，低電平對應(yīng)字模的暗點(diǎn)，以九字為例，如圖2 所示。

圖2 ‘ 九’ 字字模

但是P0，P2 口一次總共只能傳送16 位的數(shù)據(jù)， 因此要對字模數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描。掃描后的高電平作為點(diǎn)陣顯示管的行輸入，列輸入則由74LS154 的低電平控制，74LS154 接在單片機(jī)P1.0 到P1.3 口上，如圖3 所示。

圖3 九字第一列顯示

圖4 ‘九’ 字第二列顯示

從圖3 中我們可以看出， 要把‘ 九’ 字顯示出來， 先顯示‘九’ 字的第一列， 就是讓P0 口輸出00001000，P2 口輸出00000001，對應(yīng)的列上，74LS154 輸出低電平，即P1 口輸出00H，然后保持顯示1MS。

如下面的程序：

MOV A，00H

MOV P1，A ：00H 送P1 鎖存

MOV P0，00H ;00H 送P0 鎖存

MOV P2，00H ;00H 送P2 鎖存

DELAY 1MS ;延時(shí)1MS

然后顯示第二列，P0 口輸出00001000，P2 口輸出00000001，對應(yīng)第二列低電平輸出，也就是P1 口輸出01H，同樣保持顯示1MS.顯示情況如圖4 所示。

程序如下：

INC A

MOV P1，A ;P1 鎖存加1

MOV P0，00H ;00H 送P0 鎖存

MOV P2，00H ;00H 送P2 鎖存

DELAY 1MS ;延時(shí)1MS

程序執(zhí)行16 次后用時(shí)0.016S 左右， 由于人眼的視覺停留效應(yīng)，我們是分辨不出閃爍的，循環(huán)100 次后，‘ 九’ 字就可以完整顯示出來，持續(xù)時(shí)間1.6S 左右。

設(shè)計(jì)中采用左移顯示方式。如果把顯示一次看作一楨圖像，那么本設(shè)計(jì)中一楨就是顯示兩個(gè)字，共32 列。

這樣依次顯示下去，就可以達(dá)到左移顯示漢字的目的。

列掃描電路：每個(gè)LED 管亮需要7mA 的電流，那么32 個(gè)同時(shí)亮就需要224mA 的電流，所以我們要對列進(jìn)行驅(qū)動，我們采用晶體管8550 對列信號進(jìn)行放大，使LED 點(diǎn)陣能夠正常顯示。

3.3 亮度連續(xù)可調(diào)

用一個(gè)10K 的電位器可以對LED 的壓降進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到連續(xù)改變亮度，從而實(shí)現(xiàn)對顯示屏亮度的調(diào)節(jié)。

3.4 刷新頻率的計(jì)算

根據(jù)人眼的視覺的暫留特性，50HZ 是適宜的刷新頻率，所以CPU 的刷新頻率一般不低于60HZ，但是刷新頻率太高的話，會使顯示屏的亮度降低，所以刷新頻率有最高值要求，本設(shè)計(jì)中使用12M 晶體振蕩電路，刷新頻率在50HZ 以上。

3.5 鍵盤

鍵盤是使用比較簡單的獨(dú)立式鍵盤。編程容易控制，實(shí)現(xiàn)方便，如圖5 所示。

圖5 鍵盤電路

4、結(jié)束語

本文主要討論了電子顯示屏系統(tǒng)硬件電路的具體問題，并且對如何才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能進(jìn)行了論證， 設(shè)計(jì)采用動態(tài)掃描方案，通過字模來點(diǎn)亮顯示屏，達(dá)到顯示所要求內(nèi)容的目的。