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一种LED点阵显示控制的设计方案

导读: 由于单片机技术的不断发展以及高亮度LED发光管的出现,使得大屏幕高亮度LED电子广告屏成为可能。与传统的霓虹灯广告相比,LED电子广告屏在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势,而且单片机的日益平民化以及LED技术的不断创新。

  由于单片机技术的不断发展以及高亮度LED发光管的出现,使得大屏幕高亮度LED电子广告屏成为可能。与传统的霓虹灯广告相比,LED电子广告屏在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势,而且单片机的日益平民化以及LED技术的不断创新,使得高亮度高清晰的LED点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。另外,SMT技术飞速发展,开关电源的大规模使用,使其无论在体积上还是在可靠性上都比传统的霓虹灯广告有明显的优势,为其在特殊领域的应用奠定了基础。

 

  1 设计原理与设计方案

 

  1.1 设计原理

  对于点阵型LED显示可以采用共阴极或共阳极,本系统采用共阳极,其硬件电路如图1所示。当行上有一正选通信号时,列选端四位数据为0的发光二极管便导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信号进行逐次扫描,就可以逐行点亮点阵。只要扫描速度大于24 Hz,由于扫描时间很快,人眼的视觉有暂留效应,就可以看到显示的是完整的图形或文字。

 

  

  图1 硬件电路

 

  本次设计要完成基于单片机的LED点阵显示控制的设计,总体方案是以单片机为控制核心,通过行列驱动电路,在LED点阵屏上以静止、左移、右移等方式显示文字。在设计过程中驱动电路运用动态扫描显示,动态扫描简单地说就是逐行轮流点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如16行)的同名列共用一套列驱动器。由于动态扫描显示(并行传输)的局限性,故采用动态扫描显示(串行传输),显示模式用LED点阵屏模块作显示屏。

  1.2 总体方案

  本次设计单片机采用AT89C51,行电路使用逐行扫描的方式,列电路使用串入并出的数据传输方式,显示屏使用由16x16的点阵LED组成的点阵模块。使用到的芯片有传入并出移位寄存器74LS595、4线-16线译码器74LS154和三极管8550。总体设计框图如图2所示。

 

  

  图2 总体设计框图

 

  2 系统硬件设计

 

  硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路以及LED点阵阵列3部分,用到的芯片有单片机AT89C51,4线-16线译码器74LS154,带锁存功能的串入并出移位寄存器74LS595。

  2.1 单片机系统及外围电路

  单片机采用AT89C51。系统采用12 MHz或更高频率的晶振,以获得较高的刷新频率,使显示更稳定。单片价的串口与列驱动器相连,用来送显示数据。P1口低4位与行驱动器相连,送出行选信号,P1.5~P1.7口则用来发送控制信号。P0和P2口空闲,在必要时可以扩展系统的ROM和RAM。

  2.2 时钟脉冲电路

  AT89C51的最高时钟脉冲频率已经达到24 MHz,它内部已经具备了振荡电路,只要在AT89C51的两个引脚(即19、18脚)连接到简单的石英振荡晶体的2个管脚即可,同时晶体的2个管脚也要用30 pF的电容耦合到地,如图3所示。

 

  

  图3 时钟脉冲电路

 

  2.3 复位电路

  AT89C51的复位引脚(RESET)是第9脚,当此引脚连接高电平超过2个机器周期时,即可产生复位的动作。以24 MHz的时钟脉冲为例,每个时钟脉冲为05μs,两个机器周期为1 μs,因此,在第9脚上连接1个2μs的高电平脉冲,即可产生复位动作。最简单的就是只有1个电阻跟1个电容就可构成可靠复位的电路,电阻一般选择10 kΩ,电容一般选择10μF,如图4所示。

 

  

  图4 复位电路

 

  2.4 点阵显示驱动电路设计

  由于题目要求不允许使用集成驱动电路,但不采取驱动电路,显示屏不稳定、亮度不高,故采取分立元件三极管作驱动电路,驱动电路如图5所示。

 

  

  图5 点阵显示驱动电路

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