基于ARM S3C44B0X 的LED顯示屏設(shè)計
為了簡化L ED 顯示屏的驅(qū)動電路,節(jié)約單片機的端口資源,對常見的L ED 顯示屏驅(qū)動電路進行了改進,全部采用通用的串入并出移位寄存器作為選通驅(qū)動,系統(tǒng)全部采用串行數(shù)據(jù)控制,形成了一種只需4 根信號線的L ED 顯示屏驅(qū)動電路解決方案,僅需占用單片機的4個I/ O 端口發(fā)送串行數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)正常的顯示功能,文中給出相應(yīng)的程序代碼。
1 、引言
L ED 顯示屏應(yīng)用十分廣泛,是信息傳播的有效工具。在某井下礦采設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)中選用了ARM S3C44B0X 32 位單片機作為CPU ,根據(jù)應(yīng)用要求,監(jiān)測系統(tǒng)的顯示部分使用16 行的單色L ED 顯示屏實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)外設(shè)較多,端口資源十分緊張,針對這種情況開發(fā)了一種四線驅(qū)動的顯示屏電路設(shè)計方案,很好地解決了這個問題。
2、 常見的驅(qū)動電路設(shè)計及改進
在常見的顯示驅(qū)動電路設(shè)計中,列控制一般采用串入并帶鎖存的移位寄存器如74HC595 ,將數(shù)據(jù)打入鎖存器中,使寄存器各引腳呈現(xiàn)與鎖存器相同的狀態(tài)來選中需要點亮的列。行控制一般采用譯碼器電路如4/ 16 譯碼器74HC154 ,控制信號經(jīng)譯碼后選中需要點亮的行。這種硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計需要較多的控制信號線,占用單片機較多端口從而造成端口資源的浪費。
在改進的L ED 顯示屏驅(qū)動電路設(shè)計方案中,行、列控制均采用串入并出帶鎖存的移位寄存器,控制信號的產(chǎn)生均由S3C44B0X的I/ O 口發(fā)送串行數(shù)據(jù)來實現(xiàn),這樣僅需要4 根信號線L ED 顯示屏就能正常工作。
3 、顯示驅(qū)動電路設(shè)計
3. 1 電路結(jié)構(gòu)
LED顯示屏由多個LED點陣模塊構(gòu)成。顯示電路采用1/ 16 掃描方式,顯示點陣的一行對應(yīng)一路行選通信號,各行的同一列共用一個列選通信號。
當需要在L ED 顯示屏上顯示圖文內(nèi)容時,只要在行、列顯示數(shù)據(jù)控制下讓顯示屏上相應(yīng)的發(fā)光器件點亮就可以了,一次點亮一行,依次點亮各行,只要速度足夠快就會產(chǎn)生連續(xù)的視覺感受。
行驅(qū)動電路采用HEF4094 帶鎖存功能的串入并出移位寄存器。如圖1 ,引腳D 為串行數(shù)據(jù)輸入端,引腳CP 為移位時鐘脈沖輸入端,STR 為輸出鎖存器打入信號輸入端,OE 為輸出使能信號輸入端,當其為高時鎖存器的輸出才開放,芯片輸出端為00~07 ,OS、OS′作為級聯(lián)輸出,見參考文獻。
列驅(qū)動電路采用74HC595 帶鎖存功能的串入并出移位寄存器。如圖1 ,引腳SER 為串行數(shù)據(jù)輸入端,引腳SRCL K 為移位時鐘脈沖輸入端,引腳RCL K 為輸出鎖存器打入信號輸入端, EO為輸出使能信號輸入端,只有當其為低時鎖存器的輸出才開放,引腳SRCLR 為移位寄存器的清零輸入端,當其為低時移位寄存器的輸出全部為零,芯片輸出端為QA~QH ,QH′作為級聯(lián)輸出,見參考文獻。
由I/ O 口送出的控制信號經(jīng)總線驅(qū)動器74HC245 分別接到行、列驅(qū)動電路上。顯示電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
該L ED 顯示屏為16 行×64 列點陣,共需兩片HEF4094 級聯(lián)以及8 片74HC595 級聯(lián)。
由HEF4094 組成的行驅(qū)動器如圖1 所示。
由兩片HEF4094 組成16 行的驅(qū)動,圖中只畫出第一片。第一片HEF4094 的D 端連接I/ O 口輸出的串行行顯示數(shù)據(jù),OS 端連接下一片的D 端。
兩片相應(yīng)的CP 并聯(lián),作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號。在各控制信號輸入端中, STR 端(高電平有效) 、EO(高電平有效) 鎖存輸出使能端接直流電源正極。
由74HC595 組成的列驅(qū)動器如圖1 所示。
由8 片74HC595 組成64 列的驅(qū)動,圖中只畫出第一片。第一片595 的SER 端連接I/ O 口輸出的串行列顯示數(shù)據(jù),Q’H 端連接下一片的SER 端,各片均采用相同的方法組成8 片的級聯(lián),各片相應(yīng)的SRCL K, SRCLR , RCL K 分別并聯(lián),作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號和輸出鎖存打入信號。在各控制信號輸入端中,SRCLR(低電平有效) 移位寄存器清零輸入端接電源正極、OE(低電平有效)鎖存輸出使能端直接接地。
圖1 中黑箭頭所指即為下一片74HC595 或HEF4904 的信號輸入端。
由于行驅(qū)動電路同時驅(qū)動64 列的L ED 發(fā)光器件,按每一L ED 器件電流20 mA 計算,64 個L ED 同時發(fā)光時就需要64 ×20 = 1 280 mA 的驅(qū)動電流。因此需要用功率管驅(qū)動, 如TP122等。
3. 2 基本顯示原理
采用這種顯示驅(qū)動電路設(shè)計,只需4 個I/ O口分別發(fā)送SRCL K、RCL K&CP、SER、D 信號就能實現(xiàn)正常的顯示功能,其中74HC595 的RCL K和HEF4094 的CP 共用一根信號線,由同一I/ O口發(fā)出控制信號。74HC595 的SRCLR 信號輸入端接直流電源正極避免進行清零操作,OE 信號輸入端接地使得一旦列顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現(xiàn)出相應(yīng)的高低電平狀態(tài)。
HEF4094 的STR 信號輸入端接直流電源正極使得行顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)在片內(nèi)移位寄存器的同時即被打入鎖存器從而避免鎖存打入操作,OE 信號輸入端接直流電源正極使得一旦行顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現(xiàn)出相應(yīng)的高低電平狀態(tài)。因此,需要點亮某一行時,需要執(zhí)行以下幾個步驟:
(1) 將15 位行顯示數(shù)據(jù)通過D、CP 信號依次送入到兩片級聯(lián)的HEF4094 中,最后一次移位在第三步完成。
(2) 將64 位列顯示數(shù)據(jù)通過SER、SRCL K信號依次送入到8 片級聯(lián)的74HC595 中。
(3) 發(fā)出列顯示的鎖存打入信號RCL K,把列顯數(shù)據(jù)打到各595 的輸出引腳上,完成列顯示的準備工作,同時由于行移位信號CP 與RCL K共用一根信號線,行顯示數(shù)據(jù)完成最后一次移位,完成行顯示準備工作。
(4) 行列數(shù)據(jù)都準備完畢,顯示屏中被選中的那一行被點亮。
(5) 延時幾毫秒保證每一行有充分的點亮時間然后進行下一行的顯示。
按照以上步驟依次點亮16 行,即可讓L ED屏顯示需要的圖文內(nèi)容。
4 、L ED 顯示屏的軟件設(shè)計
HEF4094 和74HC595 都是串入并出移位寄存器,顯然應(yīng)用串行口驅(qū)動,但是S3C44B0X 的串口資源有限,還要用來與上位機進行通信;因此采用將并行的I/ O 口模擬成串行口的方法來解決。
這樣僅需要4 個并行I/ O 口就可以完成顯示任務(wù),在程序中使用PORTD0 到PORTD3 這4 個I/ O 口,PORTD 由8 個I/ O 端口組成。
下面是已經(jīng)在Hitool For ARM 編譯環(huán)境中通過的在16 行×64 列點陣L ED 顯示屏上顯示4個漢字的程序,該程序用C 語言編寫,稍做修改就可以用于各種單片機系統(tǒng)。
首先將要顯示的4 個16 ×16 點陣的漢字字模存儲在數(shù)組zimo[128 ]中。
主程序代碼如下:
void Send-Char (void)
{ unsigned short Row-Data = 0 ×8 000 ;int k ;
for ( k = 0 ; k < 128 ; k + = 8)
{ ∥調(diào)用發(fā)送行顯示數(shù)據(jù)子函數(shù)
Send-Row-Data (Row-Data) ;
int j ;
∥依次取0~7 ,8~16 等數(shù)組元素
for ( j = 0 ; j < 8 ; j + + )∥調(diào)用發(fā)送列顯示數(shù)據(jù)子函數(shù)
Send-Line-Data (zimo [ j + k ]) ;∥對PORTD3 清零置位發(fā)送列顯示的鎖存打入信號
rPDATD = rPDATD &0 ×fb ;rPDATD = rPDATD | 0 ×04 ;∥延時幾毫秒保證該行的點亮時間
Delay (6) ;∥行選數(shù)據(jù)移位準備發(fā)送下一行數(shù)Send-Data m = 1 ;}
}
行顯示數(shù)據(jù)發(fā)送子程序代碼如下:
void Send-Row-Data (unsigned short y){
int m = 0 ;∥發(fā)送行顯示數(shù)據(jù)
for ( m = 0 ; m < 16 ; m + + )
{
if (y &1)∥如果顯示該行則對PORTD0 置1 否則置
0rPDATD = rPDATD | 0 ×01 ;elserPDATD = rPDATD &0 ×fe ;∥行顯示數(shù)據(jù)移位準備發(fā)送下一位
y >> = 1 ;∥只移位15 次
if ( m < 15){ ∥對PORTD3 清零置位發(fā)送行顯示數(shù)據(jù)移位時鐘脈沖
rPDATD = rPDATD &0 ×f7 ;rPDATD = rPDATD | 0 ×08 ;}
}
}
列顯示數(shù)據(jù)發(fā)送子程序代碼如下:
void Send-Line-Data (unsigned char x){
int i ;∥發(fā)送列顯示數(shù)據(jù)
for ( i = 0 ; i < 8 ; i + + ){
if ( x &1)∥如果該列需點亮則PORTD1置0 否則置
1rPDATD = rPDATD &0 ×fd ;elserPDATD = rPDATD | 0 ×02 ;∥列顯示數(shù)據(jù)移位準備發(fā)送下一位
x >> = 1 ;∥對PORTD2 清零置位發(fā)送列顯示數(shù)據(jù)移位時鐘脈沖
rPDATD = rPDATD &0 ×fb ;rPDATD = rPDATD | 0 ×04 ;}
}
延時子程序代碼如下,LoopCount 的數(shù)值可根據(jù)所選用的單片機時鐘頻率來設(shè)定。
void Delay (int time){
int LoopCount = 300 ;
for ( ; time > 0 ; time22)
for ( i = 0 ; i < LoopCount ; i + + ) ;
}
5、結(jié)束語
這種設(shè)計方案大大節(jié)省了單片機的端口資源,有效簡化了顯示屏的電路結(jié)構(gòu),提高了整個顯示系統(tǒng)的可靠性,根據(jù)這個設(shè)計原理可設(shè)計出各種規(guī)模的L ED 顯示屏。