6×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

金柱

【摘 要】LED顯示屏作為一種新型的顯示器件，是由多個(gè)發(fā)光二極管按矩陣形式排列封裝而成，通常用來(lái)顯示時(shí)間、圖文等信息。本設(shè)計(jì)是基于ATS52單片機(jī)的16×16顯示屏，其中包含了硬件、軟件、調(diào)試等方案的設(shè)計(jì)。此外，該設(shè)計(jì)只需簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)就能實(shí)現(xiàn)顯示屏的拓展，但級(jí)聯(lián)時(shí)要注意不要超過(guò)驅(qū)動(dòng)負(fù)載范圍。

【關(guān)鍵詞】ATS52；LED；單片機(jī)

1 設(shè)計(jì)意義

LED顯示屏是—種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂；以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動(dòng)畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑市場(chǎng)、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。

它的優(yōu)點(diǎn)：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、性能穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)功能要求

設(shè)計(jì)—個(gè)能顯示16×16點(diǎn)陣圖文LED顯示屏，要求能顯示圖文或文字，顯示圖文或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰，圖文或文字顯示，以卷簾形式向上滾動(dòng)顯示。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

3.2 設(shè)計(jì)論證

一般有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方案，靜態(tài)方案雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但其使用的管腳太多，如本設(shè)計(jì)中16×16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，16×16的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是16×16的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。

動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說(shuō)就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用—套驅(qū)動(dòng)器。具體就16x16的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同1行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在—起（共陽(yáng)極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄 火；以此類推，第16行之后，義重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。

采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把—行和各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的 列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?/p>

3.3 點(diǎn)陣及其驅(qū)動(dòng)部分

點(diǎn)陣顯示用是動(dòng)的態(tài)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在采用掃描方式顯示時(shí)，由于每行要帶動(dòng)十六個(gè)二極管，每行電流較大。若每個(gè)二極管安5mA計(jì)算，十六個(gè)二極管就得80mA電流，超出單片機(jī)管腳的承受范圍，因此每行都加有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，本設(shè)計(jì)的行驅(qū)動(dòng)用的是十六個(gè)pnp型三極管。二極管的發(fā)射極接5V電壓，集電極接點(diǎn)陣的行線，而其基級(jí)本應(yīng)接單片機(jī)，但該接線方式占用為了16個(gè)單片機(jī)管腳，為了節(jié)省單片機(jī)管腳，用了一片74LS154譯碼器這樣就只需要3個(gè)管腳了。

4 軟件設(shè)計(jì)

本軟件要求實(shí)現(xiàn)如下要求：漢字要穩(wěn)定、明亮并且文字要以—定速度上升滾動(dòng)顯示。

顯示屏軟件模塊：初始化程序、主程序、多字滾動(dòng)、顯示程序、掃描程序。顯示程序的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。軟件設(shè)計(jì)中，顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其他控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)器程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.1 顯示驅(qū)動(dòng)程序

顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)人中斷后首先要對(duì)定時(shí)器TO重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下：刷頻率（幀頻）二1/16xT0溢=l/16Xf/12（65536-t）。其中f位晶振頻率，t為定時(shí)器TO初值（工作在16位定時(shí)器模式）。

然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下—行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開顯示。

4.2 系統(tǒng)主程序

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移人移出等顯示方式。

系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約幾秒；接著向上滾動(dòng)顯示“——”這幾個(gè)漢字及一個(gè)圖形，然后以“卷簾人”效果隱去圖形。由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。單元顯示屏可以接收來(lái)自控制器（主控制電路板）或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來(lái)的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。

如果想改變些事內(nèi)容，先用字模產(chǎn)生字代碼，將用這段代碼覆蓋原來(lái)的代碼，即可顯示你想要的內(nèi)容。

5 設(shè)計(jì)總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的16×16的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，能夠在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示的圖形和文字較穩(wěn)定、清晰。圖形或文字向上滾動(dòng)顯示。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。

在此次設(shè)計(jì)中，我們得到以下體會(huì)：（1）在這次點(diǎn)陣設(shè)計(jì)的過(guò)程讓我進(jìn)一步熟悉KEIL及Proteus的使用。（2）本次設(shè)計(jì)結(jié)果仍有缺陷，有—行總是全亮，干擾顯示。（3）通過(guò)這次點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MCS-52優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。（4）本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字以移人移出方式顯示。（5）在后的設(shè)計(jì)中，既要想到電路器件的聯(lián)合使用，又要靈活變通，舉一反三。在焊接方面，我們了解到焊接某些器件時(shí)，要先消去電烙鐵上的靜電，防止靜電對(duì)芯片特別是放大器件造成傷害，焊接二極管、三極管等芯片要快，防止持續(xù)高溫?fù)p壞芯片。

[責(zé)任編輯：丁艷]