小議LED點(diǎn)陣電子顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：LED點(diǎn)陣電子顯示屏的制作比較簡單，且安裝比較方便。因此LED點(diǎn)陣顯示屏已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種各樣的公共場合，例如公告牌、汽車報(bào)站牌和廣告牌等。因此，有必要對LED點(diǎn)陣顯示屏進(jìn)行研究，文章主要對LED點(diǎn)陣電子顯示屏的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：LED；點(diǎn)陣；電子顯示屏；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）14-0112-02

LED顯示屏是全球發(fā)展比較迅速的一種信息顯示載體，它主要是運(yùn)用發(fā)光的二極管所構(gòu)成的由一個(gè)個(gè)點(diǎn)陣模塊大面積組成的顯示屏幕。這種顯示屏的環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，使用的成本也比較低，最主要的是可靠性較高，性價(jià)比高，使用的壽命比較長等等，其實(shí)這些都是LED顯示屏的一些特點(diǎn)，正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，使之成為一種主流的平板顯示產(chǎn)品，并且得到了快速發(fā)展，在公共場合得到了廣泛的應(yīng)用。

1 LED顯示屏的概念

LED顯示屏主要是運(yùn)用二極管所構(gòu)成由大面積點(diǎn)陣模塊所組成顯示屏幕。它的顯示方式其實(shí)就是控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮與滅。只不過是根據(jù)所要顯示的視頻、文字、錄像、圖形、動(dòng)畫以及圖像等信息來選擇相對應(yīng)的二極管亮滅情況，這樣就能夠顯示各種各樣的信息了。目前已經(jīng)推廣到了國內(nèi)外，而且非常受歡迎。

2 LED點(diǎn)陣顯示屏

①用串行的方法顯示。這種顯示方式能夠同時(shí)顯示出來8個(gè)16×8點(diǎn)陣的字符、漢字或者數(shù)字，也可以顯示出來4個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字。點(diǎn)陣顯示屏的每一個(gè)單元都是由驅(qū)動(dòng)器74HC245、16個(gè)8×8的點(diǎn)陣LED顯示模塊、數(shù)據(jù)移位寄存器74HC595、行信號(hào)選擇譯碼器74HC138以及行驅(qū)動(dòng)器所組成的。單元顯示屏主要可以接收到主控制電路板或者是前面一級(jí)傳輸下來的數(shù)據(jù)信息以及命令信息，然后再把這些數(shù)據(jù)信息以及命令信息傳輸?shù)较乱患?jí)的顯示單元，但是必須要注意的是這些信息不能經(jīng)過任何的改變。所以，這樣顯示屏就可以擴(kuò)展到越來越多的顯示單元，這樣顯示的內(nèi)容就會(huì)越來越多。

這種顯示方法在點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)里是非常常見的。而且所運(yùn)用的器件都是常用的，很容易買得到。但是刷新的速度不快是它的一個(gè)非常嚴(yán)重的缺點(diǎn)。如果想通過該系統(tǒng)達(dá)到現(xiàn)實(shí)64列點(diǎn)陣，僅僅依靠51單片機(jī)是無法順利實(shí)現(xiàn)的，而且會(huì)出現(xiàn)十分嚴(yán)重的停滯現(xiàn)象。同時(shí)，如果想實(shí)現(xiàn)對文字進(jìn)行自由移動(dòng)和轉(zhuǎn)移的功能，上述問題的存在都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

②用并行的方法顯示。要想控制LED點(diǎn)陣的64個(gè)列數(shù)，往往能夠用鎖存器的芯片來對IO口進(jìn)行拓寬。這個(gè)方法中的8組雙緩沖寄存器主要是由16片的鎖存器74HC573組成的，驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的那8組列數(shù)，再通過4/16譯碼器74HC595掃描LED點(diǎn)陣的那16行。當(dāng)每個(gè)數(shù)據(jù)都被順利輸送到LED點(diǎn)陣前，應(yīng)當(dāng)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分層傳輸，分別傳送到第一級(jí)的74HC573，然后再輸送到第二個(gè)74HC573中，這個(gè)過程能夠確保所有的數(shù)據(jù)都能夠被送到LED點(diǎn)真累中，能夠有效的解決數(shù)據(jù)不同步而引起的顯示不同步問題。由于數(shù)據(jù)傳輸過程中，并行的速度較快，所以就解決字符閃爍這樣一個(gè)比較棘手的問題，而且很容易控制文字的左右移動(dòng)。經(jīng)過比較，還是第二種方法適合這個(gè)設(shè)計(jì)。

3 顯示屏的控制部分

①單機(jī)的工作模式。如果想要對所有的功能進(jìn)行同步控制，則需要一個(gè)單片機(jī)來進(jìn)行控制，而這其中就包括了LED點(diǎn)陣顯示屏的時(shí)間讀取、刷新顯示、溫度檢測、模式設(shè)定等。只用一個(gè)單片機(jī)來控制顯示屏，已經(jīng)減化了電路，實(shí)現(xiàn)軟件的設(shè)計(jì)也就更容易了。但是，如果只用一片單片機(jī)就把所有的功能都集中在一起的話，會(huì)對其本身的處理能力造成一定的影響，進(jìn)而會(huì)造成單片機(jī)CPU的內(nèi)部資源無法滿足運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，造成系統(tǒng)的性能無法達(dá)到理想的狀態(tài)。

②主從方式的工作模式。對于整個(gè)系統(tǒng)的控制都通過主從式的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，通過一個(gè)單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對LED點(diǎn)陣的控制，通過另一個(gè)單片機(jī)來對系統(tǒng)進(jìn)行溫度的測量等工作。跟單機(jī)工作相比較，這種工作模式提高了單片機(jī)的處理能力，而且分工很明確，同時(shí)還提高了它的執(zhí)行速度。

從以上分析可以看出，若要很好的把各種各樣的性能指標(biāo)都實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)應(yīng)該運(yùn)用主從工作模式。

4 硬件電路的設(shè)計(jì)

①系統(tǒng)主控器的電路。主控制器電路在單片機(jī)中以一個(gè)單獨(dú)的小系統(tǒng)的形式存在，通過與擴(kuò)展槽以及其他功能性電路的有效連接，通過對鍵盤的掃描來確定其工作模式，進(jìn)而完成整個(gè)系統(tǒng)的操作。同時(shí)還包括了與上位機(jī)接口的電路、溫度檢測以及時(shí)間芯片的電路。

我們設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是DS1302，它是個(gè)具有涓細(xì)電流充電能力的電路。而且它是用串行來傳輸數(shù)據(jù)的，這個(gè)個(gè)是主要的特點(diǎn)。如果電源發(fā)生掉線，則能夠起到很好的保護(hù)作用，并且能夠提供為電源充電的功能，該功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過編程來進(jìn)行的，而且能夠?qū)Τ潆姽δ苓M(jìn)行有效的控制，隨時(shí)能夠開始或者停止。DS18B20是一種數(shù)字溫度傳感器，并且是一線式的，它的工作電源可以運(yùn)用寄生電源的方式產(chǎn)生，也可以從遠(yuǎn)端進(jìn)行引入。

②點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)和控制電路。這個(gè)電路主要就是要把單片機(jī)發(fā)出來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)近c(diǎn)陣中，要想控制LED點(diǎn)陣?yán)锏哪?4個(gè)列線端，就要運(yùn)用到IO口了，不過還是用鎖存器來擴(kuò)展的。這個(gè)設(shè)計(jì)中的8組雙緩沖寄存器主要是由16片的鎖存器74HC573組成的，驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的那8組列數(shù)，然后再用4/16譯碼器74HC595掃描LED點(diǎn)陣的那16行。在把每一行的數(shù)據(jù)給送到LED點(diǎn)陣前的時(shí)候，首先要先把這些數(shù)據(jù)分別的給送到第一級(jí)生物那個(gè)8個(gè)74HC573，然后再把鎖脈沖給送到第二級(jí)的8個(gè)74HC573中，這樣數(shù)據(jù)會(huì)一起被送到LED點(diǎn)陣列中。

5 軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性部分，也是核心部分，其通過匯編語言來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行。在軟件系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)主要部分，即通信部分和顯示部分。其中，顯示部分一般使用自動(dòng)掃描的方式，對于文字、圖像等需要在顯示屏中顯示的內(nèi)容，通過數(shù)據(jù)信息的方式掃描到系統(tǒng)中，與此同時(shí)，其與PC機(jī)相連接的部分，要通過單片機(jī)串聯(lián)對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和發(fā)送，以此來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞。在該程序中，將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器分為顯示緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和接收緩沖區(qū)三個(gè)部分。單片機(jī)將來自于PC的信息和數(shù)據(jù)，存放在接收緩沖區(qū)，在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理后，按照其內(nèi)部存在的規(guī)律分別放置在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行保存，然后在根據(jù)顯示系統(tǒng)的需要，按照順序在顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。各種顯示方式的實(shí)現(xiàn)，主要是按照數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)和顯示的順序來控制的，每一次數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)區(qū)提取出數(shù)據(jù)，首先進(jìn)入到緩沖區(qū)，然后再根據(jù)不同的數(shù)據(jù)規(guī)律將其存放在不同的顯示緩沖區(qū)，掃描顯示時(shí)并不識(shí)別顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)、只是依次從顯示緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)由串行口向顯示屏發(fā)送，并送出相應(yīng)的鎖存、消隱和行值信號(hào)，完成一次掃描。

①點(diǎn)陣顯示屏的仿真和程序的調(diào)試。要想保證實(shí)際的電路能夠達(dá)到所需要的效果，減少一些不必要的工作，往往會(huì)把很多的電路模塊來警醒仿真。對于點(diǎn)陣顯示的相應(yīng)程序的設(shè)計(jì)及其處理，進(jìn)行了仿真，其目的在于能夠通過對整機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，通過對系統(tǒng)軟件和硬件的改進(jìn)，能夠使整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，并且運(yùn)行的效率得到不斷的提高。在對點(diǎn)陣顯示的方案進(jìn)行選擇時(shí)，需要經(jīng)過科學(xué)的對比和分析，進(jìn)而決定使用并行的控制方式，因?yàn)樵摲绞降碾娐吩O(shè)計(jì)較為簡單，而且設(shè)計(jì)程序也非常的方便。尤其是字幕移動(dòng)速度以及左右的移動(dòng)的功能的設(shè)定。

②整機(jī)測試。下載編譯器所生成的代碼文件到單片機(jī)的Flash里，然后把各個(gè)模塊給連接好，最后再一一的測試實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示屏的每個(gè)功能。

③電源設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，需要進(jìn)行一個(gè)具有特色的電源設(shè)計(jì)，因此，文章設(shè)計(jì)的則是DC-DC變換電路。該系統(tǒng)使用MAX770作為主要的電源，其能夠滿足3～5 V電源的轉(zhuǎn)換，并且能夠順利的輸出5 V電源，而且電流能夠完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要，波紋較小，濾波效果較強(qiáng)。該電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有電路簡單、輸出電源穩(wěn)定的特點(diǎn)，有效的促進(jìn)顯示屏的持續(xù)顯示。

④時(shí)鐘顯示。在該顯示系統(tǒng)中，采用DS12887的時(shí)鐘芯片，通過CMOS技術(shù)進(jìn)行時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片，同時(shí)也需要使用鋰電池才能夠維持時(shí)鐘的穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)中所使用的時(shí)鐘電路不能使用其他外圍的電路和器件并且確保具有良好的微機(jī)借口。芯片內(nèi)部含有128字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14字節(jié)為時(shí)鐘單元和控制／狀態(tài)寄存器，114字節(jié)為通用RAM，可由用戶使用，所有RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護(hù)，可用于實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)的功能。

6 結(jié) 語

總而言之，文章所述設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能較為全面，整機(jī)系統(tǒng)中的硬件制作是非常簡單方便的，而軟件設(shè)計(jì)是比較困難的。本系統(tǒng)運(yùn)用的顯示方式是并行顯示，控制整個(gè)系統(tǒng)的是主從單片機(jī)，從而使軟件的編寫的難度大大的減低了，而且各項(xiàng)指標(biāo)都能夠很容易的實(shí)現(xiàn)。

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