[信息与通信]点阵LED显示.doc
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1、基于单片机的LED点阵显示系统的设计时间:2012-02-08 16:50:12 来源:现代电子技术 作者:景向伟,李娣娜,邵思飞摘要:LED点阵显示屏是由多个LED发光二极管封装在一起组成,是一种新兴的显示器件。为了说明LED点阵显示的原理,以单片机为控制核心,设计和制作了一种成本低廉的汉字显示系统,其包括硬件和软件两个部分。该电路通过按键控制可实现任意多个汉字的卷帘、上移和左移等多种显示形式,可广泛应用于机场、商场、医院等公共场所进行文字广告宣传,信息发布等。通过仿真和实物测试,该系统获得良好的显示效果,而且具有体积小、硬件电路结构简单和容易实现等特点。关键词:MCU;LED;显示屏;系统
2、设计0 引言 LED显示屏是一种由半导体发光二极管构成的显示点阵,人们通过控制每个LED的亮灭实现图形或字符的显示。由于LED显示屏亮度高、视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击、性能稳定,因而被广泛应用于机场、商场、医院、宾馆、证券市场等公共场所。本文以单片机为控制核心设计和制作了一种汉字显示系统,其成本低廉,内容更新简便。1 显示原理11 LED点阵显示屏 将多个LED按矩阵方式排列在一起,如图1所示,就构成了一个LED点阵显示屏。其中各个LED的引脚按照一定的规律连接,以最常见的88单色LED点阵共阳型显示器为例,其内部电路结构和外型规格如图1所示。 1616单色LED点阵显示屏可由
3、4块88单色LED点阵显示器组合而成,即16行16列,1616=256像素。如果采用共阳型连接方式,即每行的LED阳极连接在一起,每列的LED阴极连接在一起。12 显示原理 对于共阳型LED点阵显示屏,如果采用动态扫描方式,扫描电路就可以实现多行发光二极管的同名列共用一套驱动器。动态扫描,简单说就是逐行轮流点亮。具体以88点阵模块为例显示字符“B”的过程如图2所示。即先送出对应于第一行发光二极管亮灭的列数据OFFH并锁存,然后选通第一行,即送行数据80H,延时一段时间后,送行数据00H,第一帧显示结束;再送第二行的列数据87H并锁存,然后选通第二行,即送行数据40H,点亮相同时问后,送行数据0
4、0H,相应二极管熄灭,第二帧显示结束;以此类推,第8行显示之后,又重新点亮第一行,周而复始。当这样轮回的速度足够快(每秒24次以上)时,就能看到显示屏上稳定的字符B了。上述列数据即为字符B的字模数据。13 汉字字模的生成 由于妻显示内容的不确定性,汉字字模的生成仅靠用户自己构建是不可能的。如果依靠单片机完成字模的创建和显示控制,则由于单片机运算能力有限,是无法实现汉字的选定和实时显示。为此利用PC机和相关软件,预先生成所要显示汉字的字模。 通常可以利用UCDOS的汉字库构造需要显示的字模。在UCDOS汉字库中汉字均以行字模的形式存储,只要确定了汉字在字库中的位置和字模的长度,就可以将需要汉字的
5、行字模读出。汉字在字库中的位置可以通过汉字的机内码根据如下公式加以确定: Offset=(94m_H+m_L)32 式中:m_H代表以16进制表示的汉字机内码的高8位,m_L代表机内码的低8位。字模的长度则是由显示所用的点阵决定的,以常用的16 16点阵字模为例,一个汉字字模需要16168=32 B。因此从字模的开始依次读取32个字节就可以得到该汉字1616的字模(行字模)。 采用PCtoLCD 2002字模软件,可以方便地生成字模数据,如图3所示。将生成的字模数据复制到系统源程序中。 2 系统硬件电路设计 图4给出的是可以显示一个1616汉字系统的框图。系统由AT89C51最小系统、显示屏、
6、列驱动电路、行驱动电路和控制键构成。AT89C 51为主控芯片,显示屏由4块88 LED共阴连接组成,其列驱动电路由2片74HC595构成,扩展为具有锁存、串并移位和三态输出的16位移位寄存器,字模数据由此输出;行驱动电路由1片4-16线译码器74HC154构成,从DCBA输入增量数据,将输出逐行扫描信号。K1,K2,K3为显示方式控制键,按键选择可实现LED点阵显示屏卷帘、上移、左移等显示输出。该系统在Proteus软件环境下仿真获得良好的显示效果。3 系统软件设计31 主程序流程图 系统主程序开始以后首先是对系统环境初始化,包括设置串口、定时器、中断和端口。然后进行键盘扫描,如果K1键按下
7、字符卷帘输出,如果K2键按下字符上移输出,如果K3键按下字符左移输出。主程序流程见图5所示。 32 显示驱动程序 显示驱动程序查询当前点亮的行号,从显示缓存区内读取下一行的显示数据,并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象,在中断程序中,驱动程序先要关闭显示屏,等显示数据打入输出锁存器并锁存后,然后再输出新的行选通信号,重新打开显示。显示驱动程序如下: 4 结语 本没计以AT89C51为系统的控制核心,采用动态扫描的方法实现对1616 LED点阵显示屏的控制。该系统通过仿真和实物制作,均获得良好的显示效果,证明这种方案是可行的,而且具有体积小、硬件电路结构简单和容易
8、实现等特点。但也存在更换显示内容时,需要对AT89 C51进行重新编程的问题,如果增加ISP编程电路,可通过USB下载电缆对单片机程序数据进行及时更新。基于单片机的1664 LED 点阵显示屏的设计 2009-12-07 13:39:21 作者:詹新生 张江伟 来源:电子元器件应用 关键字:单片机 点阵 LED显示屏 0 引言 LED点阵显示屏是一种简单的汉字显示器,具有价廉、易于控制、使用寿命长等特点,可广泛应用于各种公共场合,如车站、码头、银行、学校、火车、公共汽车显示等。本文详细介绍了一种低廉的16x64点阵LED显示屏的设计过程。1 硬件系统设计 本系统采用AT89C52单片机作控制器
9、,整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。为了简化显示屏电路,降低成本,本系统在单片机部分不加字库存储器。而在PC机上编辑汉字和字符显示信息,并将其转换为相应的点阵显示数据,然后通过串口(采用RS232通信标准)送给单片机存储并进行显示处理。图1所示为其硬件系统原理图。11 单片机控制电路 本系统由AT89C52构成单片机最小应用系统同时配有110592 MHz晶振和按键复位电路等。系统外扩的一片Flash存储器29F040为数据存储器,可用来存储由PC机串口送来的点阵信息(通过软件将图像或文字转换成与LED显示屏的像素相对应的点阵信息)。该Flash存储器是一
10、种非易失性存储器,它在供电电源关闭后仍能保持片内信息。由于29F040的容量为512 KB(该芯片内部由8个64 Kbyte的读写块组成,可分块进行读、写和擦除等操作),而AT89C52只能管理64KB的数据空间,所以,需将29F040分成8页,每页64KB。其页码可由单片机的P32P34来选择。另外,采用MAX232可完成RS232与TTL电平的转换,以便使PC机与单片机交换信息。12 16x64点阵显示器的设计 图2是一种8x8的LED点阵单色行共阳模块的内部结构图,其单点工作电压Uf为18 V,正向电流IF为810 mA。当某一行线为高电平而某一列线为低时,其行列交叉的点就被点亮;而当其
11、某一列线为高时,其行列交叉的点为暗;当某一行线为低电平时,无论列线如何,对应这一行的点全部为暗。 用四个8x8点阵显示可构成16x16点阵显示器,其连接方法如图3所示。图中,将(A)和(B)的8列、(C)和(D)的8列分别对应相连,同时将(A)和(C)的8行、 (B)和(D)的8行分别对应相连。即可形成一个16行(每一行有16个LED)、16列(每一列也有16个LED)的16x16点阵显示器,可将这256个点称为一页,这样,显示字符时。只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。 如果需要,也可以把4个16x16点阵显示器相连从而构成16x64的点阵显示器。 2 LED点阵显示器的扫描驱动 LED显示
12、屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器,然后通过行驱动管的分时工作,来使每行LED的点亮时间占总时间的116。只要每行的刷新速率大于50 Hz,利用人眼的视觉暂留效应,人们就可以看到一幅完整的文字或画面。 AT89S52单片机有四个IO口(P0、P1、P2、P3),每个IO口有8位,如果都采用并行输出,显然不能满足要求,因此,本设计中的行扫描驱动采用并口输出,而场扫描驱动采用串口输出。21 行扫描驱动 由于16x64点阵显示器有16行
13、,为充分利用单片机的接口,本电路中加入了一个4-16线译码器74LS154,其输入是一个16进制码,解码输出为低态扫描信号,它们的管脚示意图如图4所示。把74LS154的G1和G2引脚接地,然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态,分别为00001111,然后使每种状态只控制一路输出,即会有16路输出。 如果一行64点全部点亮,则通过74LS154的电流将达640 mA,而实际上,74LS154译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮,因此,应在74LS154每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大,本文选用的是达林
14、顿三极管TIP127。这样,74LS154某一输出脚为低电平时,对应的三极管发射极为高电平,从而使点阵显示器的对应行也为高电平。22 场扫描驱动 本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器,其管脚见图4所示,其中SI是串行数据的输入端,RCK是存储寄存器的输入时钟,SCK是移位寄存器的输入时钟,QH是串人数据的输出,G是对输人数据的输出使能控制,QAQH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中。并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在7
15、4HC595中,这样,当G为低电平时,数据便可并行输出。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰,也可使用模拟串口P14P17来分别输出串行数据、移位时钟SCK、存储信号RCK和并行输出的使能信号G。 为了消除电源电压的波动及行扫描管压降(第一行点亮的点数不同,将引起管压降的变化,从而影响通过LED管的电流)的变化对LED显示屏亮度的影响,设计时可采用列恒流驱动电路,可选用三极管8550和外围元件构成列恒流驱动电路,并通过调整100 k可调电阻使三极管处于放大状态,同时将集电极电流调整为10 mA,从而使点亮对应点阵时通过LED的电流不变。23 扫描显示工作过程 将8片74HC595进行级连,可
16、共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样,当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中,此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中,并在使能信号G的作用下,使串入数据并行输出,从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大或截止状态;同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通,相当于第一行LED的正端都接高,显然,第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号;此外,在第一行LED管点亮的同时,再在74HC595中移入第二行需要显示的数据,随后将其锁存,同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行,使第二行LED管点
17、亮,以此类推,当第十六行扫描过后再回到第一行,这样,只要扫描速度足够高,就可形成一幅完整的文字或图像。 3 软件系统设计 本系统的软件设计流程图如图5所示,该显示程序以常用的左移为例来进行设计。4 结束语 经过实际应用证明,本显示屏可以作为信息显示装置。用于公共场所来进行信息显示,而且具有工作稳定、字符清晰、亮度适中等特点。若所显示的信息较为简单,也可直接将信息代码拷入单片机中,还可以通过外扩储存器的方式来增加显示的信息量。(本文转自电子工程世界:http:/ 一键多功能按键识别技术 1实验任务 如图4.9.1所示,开关SP1接在P3.7/RD管脚上,在AT89S51单片机的P1端口接有四个发
18、光二极管,上电的时候,L1接在P1.0管脚上的发光二极管在闪烁,当每一次按下开关SP1的时候,L2接在P1.1管脚上的发光二极管在闪烁,再按下开关SP1的时候,L3接在P1.2管脚上的发光二极管在闪烁,再按下开关SP1的时候,L4接在P1.3管脚上的发光二极管在闪烁,再按下开关SP1的时候,又轮到L1在闪烁了,如此轮流下去。 2电路原理图 图4.9.1 3系统板上硬件连线 (1 把“单片机系统”区域中的P3.7/RD端口连接到“独立式键盘”区域中的SP1端口上; (2 把“单片机系统”区域中的P1.0P1.4端口用8芯排线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的“L1L8”端口上;要求,P1.
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