基于STM32的漢字顯示電路設(shè)計(jì)

摘" 要：為簡化LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示漢字控制方式，針對(duì)傳統(tǒng)LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示漢字控制方法存在控制復(fù)雜、控制器要求高、耗電亮大等缺點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示控制方法，在分析LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示控制方法的原理基礎(chǔ)上，基于STM32控制LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示4個(gè)16×16的漢字顯示電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)LED點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)顯示方法中各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電路。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)采用6根地址線，5個(gè)SM74HC595芯片成功顯示4個(gè)16×16的漢字，顯示數(shù)據(jù)無閃爍，顯示數(shù)據(jù)清晰、動(dòng)態(tài)響應(yīng)高。

關(guān)鍵詞：LED;STM32;動(dòng)態(tài)顯示;漢字顯示;74HC595;

中圖分類號(hào)：TP391.44" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）11-0041-04

Abstract： In order to simplify the LED dot matrix dynamic display Chinese character control method， an improved LED dot matrix dynamic display control method is proposed to solve the shortcomings of the traditional LED dot matrix dynamic display Chinese character control method such as complex control， high controller requirements， and high power consumption. Based on the analysis of the principle of the LED dot matrix dynamic display control method， based on the STM32， the LED dot matrix dynamic display control method is controlled to display four 16×16 Chinese character display circuits， Focus on the implementation of each module in the LED dot matrix dynamic display method is introduced in detail， and circuit experiments are carried out to verify the circuit. Experiments have proved that the system uses 6 address lines and 5 SM74HC595 chips successfully display 4 16×16 Chinese characters. The display data has no flicker， and the display data is clear and has high dynamic response.

Keywords： LED; STM32; dynamic display; Chinese character display; 74HC595

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，LED燈廣告牌在火車站、教學(xué)樓、醫(yī)院等場所隨處可見，這對(duì)LED燈廣告行業(yè)及智能控制和控制電路提出了新的要求[1-2]。其中，亮度清晰、無閃爍、控制方式簡單、成本低的LED點(diǎn)陣漢字顯示對(duì)LED廣告行業(yè)的進(jìn)一步提高起到了重要作用。

目前來看，LED點(diǎn)陣漢字顯示仍然普遍采用傳統(tǒng)控制方式，包括單片機(jī)直接控制法、單片機(jī)與74HC245D芯片間接控制法。這些傳統(tǒng)控制LED點(diǎn)陣的方法對(duì)控制器的要求高，尤其對(duì)控制外設(shè)要求多的產(chǎn)品，如智能停車顯示牌、店鋪門頭LED顯示牌極其不利，控制器既要有足夠的地址線驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示，又要有足夠的地址線執(zhí)行其他任務(wù)。從長遠(yuǎn)來看，傳統(tǒng)的LED點(diǎn)陣顯示方法不利于行業(yè)一體化、智能化發(fā)展。與此同時(shí)，蔣中榮等[3-4]學(xué)者提出的基于FPGA的 LED點(diǎn)陣控制方法可以實(shí)現(xiàn)漢字的清晰顯示，然而此方法對(duì)控制器的要求較高，顯示一個(gè)16×16漢字要用32個(gè)地址線，4個(gè)LED驅(qū)動(dòng)芯片，資源浪費(fèi)較嚴(yán)重，故成本高。

針對(duì)傳統(tǒng)方法和基于FPGA 的點(diǎn)陣控制方法的局限性，本文設(shè)計(jì)了改進(jìn)LED點(diǎn)陣漢字動(dòng)態(tài)顯示控制系統(tǒng)，使得LED點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng)對(duì)控制器的要求降低，控制算法復(fù)雜性降低，整個(gè)系統(tǒng)更利于一體化，微型化和智能化。

1" 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由16塊8×8共陰極LED點(diǎn)陣組成4塊16×16的LED點(diǎn)陣屏、STM32F103C6T6單片機(jī)、時(shí)鐘電路、電源電路、SWD調(diào)試電路、列控制電路、行控制電路、頁控制電路及開關(guān)電路組成[5]。其整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

將要顯示的漢字?jǐn)?shù)據(jù)下載到STM32的Flash中，LED點(diǎn)陣顯示的漢字隨著Flash中的數(shù)據(jù)變化也將發(fā)生變化。行控制、列控制與頁控制采用的是明微公司生產(chǎn)的SM74HC595芯片級(jí)聯(lián)而成。SM74HC595芯片具備三態(tài)輸出功能，3根地址線串行輸入數(shù)據(jù)，1根地址線串行輸出數(shù)據(jù)，8根同步輸出端，STM32與SM74HC595芯片之間采用串行通信，將顯示數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)發(fā)送到SM74HC595芯片存儲(chǔ)器中。SM74HC595芯片在RCK為上升沿時(shí)將顯示數(shù)據(jù)經(jīng)開關(guān)電路傳遞到LED點(diǎn)陣屏上。本系統(tǒng)具有可擴(kuò)展化，在原有電路基礎(chǔ)可直接再安裝4個(gè)16×16的LED點(diǎn)陣，漢字顯示靈活，提高產(chǎn)品的適用范圍。

主控芯片需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)才能正常運(yùn)行，時(shí)鐘來源有四路，系統(tǒng)采用高速的外部時(shí)鐘，其晶振頻率為8 Mhz，時(shí)鐘頻率經(jīng)倍頻后為72 MHz[6]。通過SWD在線下載電路，將程序下載到STM32F103中，STM32讀取內(nèi)部Flash中的程序，控制LED點(diǎn)陣顯示。LED點(diǎn)陣顯示分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示，系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式控制LED點(diǎn)陣屏顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)6個(gè)地址線控制顯示4個(gè)16×16的漢字[7]。

2" 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1" 點(diǎn)陣屏控制電路設(shè)計(jì)

SM74HC595芯片是一種具備8位串行輸入、8位串/并行輸出、8位鎖存、串并移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿輸入，在RCK的上升沿進(jìn)入存儲(chǔ)寄存器，最大輸出電流35 mA。級(jí)聯(lián)芯片之間采用串行輸出QH1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)穩(wěn)定接收時(shí)間不超過50 ns，因而傳輸數(shù)據(jù)快且使用簡單。SM74HC595正常工作必須外接104瓷片濾波電容，復(fù)位端（10號(hào)引腳）接5 V，使能端（13號(hào)引腳）接地。STM32的數(shù)據(jù)僅通過6根地址控制5個(gè)SM74HC595芯片，完成顯示數(shù)據(jù)的發(fā)送和控制命令的執(zhí)行。SM74HC595芯片的行控制輸出端與SS8050三極管集電極相連，頁控制輸出端和列控制輸出端分別與SS8050三極管基極和LED點(diǎn)陣陽極相連。行控制電路負(fù)責(zé)選中要顯示數(shù)據(jù)的行位置，列控制電路負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)到位置對(duì)應(yīng)的列，頁控制電路負(fù)責(zé)選擇要顯示的LED點(diǎn)陣屏。4個(gè)LED點(diǎn)陣屏采用動(dòng)態(tài)掃描方式同時(shí)顯示4個(gè)漢字，既要滿足人眼識(shí)別最小刷新率又要保證SM74HC595數(shù)據(jù)穩(wěn)定接收，每個(gè)漢字顯示時(shí)間基本相同，漢字的刷新率與顯示漢字的個(gè)數(shù)成正比[8]（圖2）。

2.2" LED點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計(jì)

SS8050的最大工作電流1.5 A、最大轉(zhuǎn)頻率100 Mhz、基極電流最大放大100倍數(shù)的NPN三極管，通過控制基極電壓，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的通斷，因而控制簡單，使用方便。SS8050的基極外接10 K電阻，限制基極流向發(fā)射集電流過大，造成短路現(xiàn)象。當(dāng)基極有電流時(shí)，SM74HC595芯片輸出的電流經(jīng)SS8050集電極輸出致LED點(diǎn)陣，點(diǎn)亮LED點(diǎn)陣屏，基極無電流時(shí)，SS8050處于關(guān)斷狀態(tài)，無電流流過與發(fā)射集相連的LED點(diǎn)陣。通過控制SS8050基極電壓，實(shí)現(xiàn)4塊LED點(diǎn)陣按順序一次點(diǎn)亮，顯示漢字。LED點(diǎn)陣硬件顯示電路如圖2所示。

共陰極LED點(diǎn)陣是一種非線性元件，由64個(gè)LED燈按照一定規(guī)則組成8×8 LED點(diǎn)陣模塊，最大工作電流20 mA，最大工作電壓3.2V[9]。LED燈對(duì)電流非常敏感，7 mA的電流就能正常發(fā)光。4個(gè)8×8的LED點(diǎn)陣模塊組裝在一起，可顯示1個(gè)16×16的漢字，實(shí)驗(yàn)共顯示4個(gè)漢字，每個(gè)LED點(diǎn)陣控制電路一樣，最大可同時(shí)顯示8個(gè)漢字。

3" 軟件設(shè)計(jì)

3.1" 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

邏輯控制的難易程度取決于LED點(diǎn)陣同時(shí)顯示4個(gè)16×16的漢字的掃描方式，系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描，即先在一個(gè)16×16的LED點(diǎn)陣中進(jìn)行掃描，完成一個(gè)漢字顯示后再進(jìn)行LED點(diǎn)陣頁掃描。掃描的快慢直接影響LED點(diǎn)陣顯示是否出現(xiàn)閃爍，因此邏輯控制的執(zhí)行必須快[9]。系統(tǒng)主流程圖如圖3所示。

3.2" 漢字顯示文件創(chuàng)建

漢字在LED點(diǎn)陣上顯示，必須轉(zhuǎn)為機(jī)器能夠識(shí)別的二進(jìn)制語言。首先要將漢字轉(zhuǎn)為由16進(jìn)制組成的數(shù)組，存放在Keil uVison5開發(fā)環(huán)境中，生成HEX文件下載到STM32的Flash中。一般漢字采用PCtoLCD2002.exe進(jìn)行漢字取模，例如將“電子技術(shù)”轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制文件，先配置軟件為C51格式，逆向陰碼，逐行式，輸入對(duì)應(yīng)的漢字，即可獲取顯示數(shù)據(jù)，操作方便，使用簡單。

4" 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證基于STM32所控制的LED點(diǎn)陣系統(tǒng)實(shí)際效果，本文采用圖2和圖3所設(shè)計(jì)的電路，制作了控制LED點(diǎn)陣同時(shí)顯示4個(gè)16×16的漢字點(diǎn)陣，實(shí)驗(yàn)LED點(diǎn)陣電路顯示板如圖4（a）所示。4個(gè)16×16 的LED點(diǎn)陣依次顯示“電子技術(shù)”，顯示結(jié)果如圖4（b）所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用系統(tǒng)控制LED點(diǎn)陣顯示漢字，顯示內(nèi)容清晰、亮度適中、無閃爍現(xiàn)象。若減少邏輯控制中的延時(shí)函數(shù)，LED點(diǎn)陣亮度會(huì)提高。

LED點(diǎn)陣顯示漢字動(dòng)態(tài)掃描頻率不能低于50 Hz，最好高于60 Hz，系統(tǒng)顯示4個(gè)漢字最大顯示動(dòng)態(tài)掃描頻率為125.234 Hz，在該掃描頻率下LED燈無明顯變暗，顯示內(nèi)容正常。

5" 結(jié)束語

本文以同時(shí)顯示4個(gè)16×16的LED點(diǎn)陣漢字為例，論述了改進(jìn)的LED點(diǎn)陣漢字動(dòng)態(tài)顯示控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文采用的LED點(diǎn)陣漢字顯示方法，充分說明LED點(diǎn)陣漢字顯示采用6個(gè)地址線，5個(gè)SM74HC595及S8050開關(guān)電路就可以同時(shí)顯示4個(gè)漢字，顯示內(nèi)容無閃爍、清晰可見。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有利于LED點(diǎn)陣屏廣告顯示朝著一體化、微型化發(fā)展。

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