LED显示屏的的工作原理及驱动电路.pdf

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LED点阵显示控制
1原理与方案
1.1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24Hz，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点阵屏上以左移方式显示文字。
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。

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列驱动器
单
电源

片

行
机驱16×16LED点
动阵显示屏
器

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12MHz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24MHz，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30pF的电容耦合到地，如图
3所示。

图3时钟脉冲电路

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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24MHz的时钟脉冲为例，每个时钟
脉冲为05μs，两个机器周期为1μs，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，电阻选择10kΩ，电容选择10μF，如图4所示。

图4复位电路
2.4点阵显示驱动电路设计
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
3系统软件设计
显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使
屏幕按设计的要求显示。
根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是
底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向点阵
屏传送特定组合的显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成
LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由显示子程序实现；系统环境设置
（初始化）由系统初始化程序完成；显示效果处理等工作，则由主程序通过调用
子程序来实现。

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3.1显示驱动程序
显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏
刷新率的稳定。16行扫描格式的显示屏刷新率（帧频）的计算公式如下：

其中：F为晶振频率；T为定时器T0初值（工作在16位定时器模式）。
其次，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时产生的拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即
消隐，等显示数据输入输出锁存器后，再输出新的行号，重新打开显示。图6
所示为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图。

图6显示驱动程序流程图
3.2系统主程序
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、端口。然后以“卷帘出”效果显示文字或图案，停留几秒钟，接着向上滚动
显示汉字或图形，停留几秒后，再左移显示汉字或图形、右移显示等。最后以“卷
帘入”效果隐去文字。图7所示为系统主程序的流程图。

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图7系统主程序的流程图
4软件仿真与硬件实现