LED顯示屏的的工作原理及驅(qū)動(dòng)電路

1、LED點(diǎn)陣顯示控制1原理與方案1.1原理對(duì)于點(diǎn)陣型LED顯示可以采用共陰極或共陽極，本系統(tǒng)采用共陽極，其硬 件電路如圖1所示。當(dāng)行上有一正選通信號(hào)時(shí)，列選端四位數(shù)據(jù)為0的發(fā)光二極管便導(dǎo)通點(diǎn)亮。這樣只需要將圖形或文字的顯示編碼作為列信號(hào)跟對(duì)應(yīng)的行信 號(hào)進(jìn)行逐次掃描，就可以逐行點(diǎn)亮點(diǎn)陣。只要掃描速度大于24Hz，由于掃描時(shí)間很快，人眼的視覺有暫留效應(yīng)，就可以看到顯示的是完整的圖形或文字。圖1硬件電路本次設(shè)計(jì)要完成基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示控制的設(shè)計(jì)，總體方案是以單 片機(jī)為控制核心，通過行列驅(qū)動(dòng)電路，在 LED點(diǎn)陣屏上以左移方式顯示文字。 在設(shè)計(jì)過程中驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)用動(dòng)態(tài)掃描顯示，動(dòng)態(tài)掃描簡(jiǎn)單地說就是逐

2、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）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng) 器。由于動(dòng)態(tài)掃描顯示（并行傳輸）的局限性，故采用動(dòng)態(tài)掃描顯示（串行傳輸）， 顯示模式用LED點(diǎn)陣屏模塊作顯示屏。1.2總體方案本次設(shè)計(jì)單片機(jī)采用AT89C51，行電路使用逐行掃描的方式，列電路使用 串入并出的數(shù)據(jù)傳輸方式，顯示屏使用由 16x16的點(diǎn)陣LED組成的點(diǎn)陣模塊。 使用到的芯片有傳入并出移位寄存器 74LS595、4線-16線譯碼器74LS154 和三極管8550。總體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路大致上可以分成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、 列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路 以及LED點(diǎn)陣陣列3部分，用到

3、的芯片有單片機(jī) AT89C51 ，4線-16線譯碼 器74LS154，帶鎖存功能的串入并出移位寄存器 74LS595。2.1單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路單片機(jī)采用AT89C51。系統(tǒng)采用12MHz或更高頻率的晶振，以獲得較高 的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片價(jià)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來送顯示數(shù)據(jù)。 P1 口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)，P1.5P1.7 口則用來發(fā)送控制 信號(hào)。P0和P2 口空閑，在必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM和RAM。2.2時(shí)鐘脈沖電路AT89C51的最高時(shí)鐘脈沖頻率已經(jīng)達(dá)到 24MHz，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振蕩 電路，只要在AT89C51的兩個(gè)引腳（即19、18腳）連接到簡(jiǎn)單的石英

4、振蕩晶 體的2個(gè)管腳即可，同時(shí)晶體的2個(gè)管腳也要用30pF的電容耦合到地，如圖3 所示。圖3時(shí)鐘脈沖電路2.3復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位引腳（RESET）是第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以 24MHz的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈 沖為05ys,兩個(gè)機(jī)器周期為1ys,因此，在第9腳上連接1個(gè)2“的高電平 脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。最簡(jiǎn)單的就是只有 1個(gè)電阻跟1個(gè)電容就可構(gòu)成可 靠復(fù)位的電路，電阻選擇10kQ，電容選擇10yF,如圖4所示。圖4復(fù)位電路2.4點(diǎn)陣顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)采取分立元件三極管作驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。圖5點(diǎn)陣顯示驅(qū)動(dòng)電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5、顯示屏軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數(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。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：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)向點(diǎn)陣 屏傳送特定組合的顯示數(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)程序由顯示子程序?qū)崿F(xiàn)；系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）由系統(tǒng)初始化程序完成；顯示效果處理等工作，則由主程序通過調(diào)用 子程序來實(shí)現(xiàn)。3.1顯示驅(qū)動(dòng)程序顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器 T0重新賦初值，以保證顯示屏 刷新率的穩(wěn)定。16行掃描格式的顯示屏刷新率（幀頻）

6、的計(jì)算公式如下：劇新輟靑xJiSi出軋護(hù)逖念馮知號(hào),其中：F為晶振頻率；T為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。 其次，顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前點(diǎn)亮的行號(hào)， 從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯 示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的拖尾現(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)輸入輸出鎖存器后，再輸出新的行號(hào)，重新打開顯示。圖6所示為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。圖6顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖3.2系統(tǒng)主程序系統(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、端口。然后以 卷簾出”效果顯示文字或圖案，停留幾秒鐘，接著向上滾動(dòng) 顯示漢字或圖

7、形，停留幾秒后，再左移顯示漢字或圖形、右移顯示等。最后以 卷 簾入”效果隱去文字。圖7所示為系統(tǒng)主程序的流程圖。圖7系統(tǒng)主程序的流程圖4軟件仿真與硬件實(shí)現(xiàn)4.1軟件仿真本設(shè)計(jì)的核心單元是單片機(jī)AT89C51，所以選用單片機(jī)仿真軟件 Proteus7.O 和Keil對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件仿真。運(yùn)行Proteus中的ISIS模塊對(duì)設(shè)計(jì)好的原理圖進(jìn)行布圖，仿真電路如圖8所示。圖8仿真電路將完整的源程序Copy到Keil仿真開發(fā)環(huán)境里，運(yùn)行調(diào)試。把編譯好的源 程序加載到仿真電路圖中，運(yùn)行程序，在點(diǎn)陣顯示屏上按設(shè)計(jì)的顯示效果依次以 卷簾入”、左卷簾”、右卷簾”、卷簾出”顯示結(jié)果正確。4.2硬件實(shí)現(xiàn)軟件仿真通過后，充分證明了方案的正確性與可行性。 按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行硬 件電路的搭建并進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果正確如下圖9所示。圖9硬件實(shí)物圖5結(jié)束語本文通過設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣