LED顯示屏的的工作原理及驅(qū)動電路

1、LED點陣顯示控制1原理與方案1.1原理對于點陣型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。當行上有一正選通信號時，列選端四位數(shù)據(jù)為0的發(fā)光二極管便導(dǎo)通點亮。這樣只需要將圖形或文字的顯示編碼作為列信號跟對應(yīng)的行信 號進行逐次掃描，就可以逐行點亮點陣。只要掃描速度大于24Hz，由于掃描時間很快，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)計要完成基于單片機的LED點陣顯示控制的設(shè)計，總體方案是以單 片機為控制核心，通過行列驅(qū)動電路，在 LED點陣屏上以左移方式顯示文字。 在設(shè)計過程中驅(qū)動電路運用動態(tài)掃描顯示，動態(tài)掃描簡單地說就是逐

2、行輪流點 亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16行）的同名列共用一套列驅(qū)動 器。由于動態(tài)掃描顯示（并行傳輸）的局限性，故采用動態(tài)掃描顯示（串行傳輸）， 顯示模式用LED點陣屏模塊作顯示屏。1.2總體方案本次設(shè)計單片機采用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的點陣LED組成的點陣模塊。 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?？傮w設(shè)計框圖如圖2所示。2系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件電路大致上可以分成單片機系統(tǒng)及外圍電路、 列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路 以及LED點陣陣列3部分，用到

3、的芯片有單片機 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單片機系統(tǒng)及外圍電路單片機采用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。單片價的串口與列驅(qū)動器相連，用來送顯示數(shù)據(jù)。 P1 口低4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號，P1.5P1.7 口則用來發(fā)送控制 信號。P0和P2 口空閑，在必要時可以擴展系統(tǒng)的 ROM和RAM。2.2時鐘脈沖電路AT89C51的最高時鐘脈沖頻率已經(jīng)達到 24MHz，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振蕩 電路，只要在AT89C51的兩個引腳（即19、18腳）連接到簡單的石英

4、振蕩晶 體的2個管腳即可，同時晶體的2個管腳也要用30pF的電容耦合到地，如圖3 所示。圖3時鐘脈沖電路2.3復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位引腳（RESET）是第9腳，當此引腳連接高電平超過 2 個機器周期時，即可產(chǎn)生復(fù)位的動作。以 24MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈 沖為05ys,兩個機器周期為1ys,因此，在第9腳上連接1個2“的高電平 脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動作。最簡單的就是只有 1個電阻跟1個電容就可構(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點陣顯示驅(qū)動電路設(shè)計采取分立元件三極管作驅(qū)動電路，驅(qū)動電路如圖5所示。圖5點陣顯示驅(qū)動電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計

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，使 屏幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，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)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負責向點陣 屏傳送特定組合的顯示數(shù)據(jù)，并負責產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號， 配合完成 LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動程序由顯示子程序?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 子程序來實現(xiàn)。3.1顯示驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序在進入中斷后首先要對定時器 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、的計算公式如下：劇新輟靑xJiSi出軋護逖念馮知號,其中：F為晶振頻率；T為定時器T0初值（工作在16位定時器模式）。 其次，顯示驅(qū)動程序查詢當前點亮的行號， 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)時產(chǎn)生的拖尾現(xiàn)象， 驅(qū)動程序先要關(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，重新打開顯示。圖6所示為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。圖6顯示驅(qū)動程序流程圖3.2系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、 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 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軟件仿真與硬件實現(xiàn)4.1軟件仿真本設(shè)計的核心單元是單片機AT89C51，所以選用單片機仿真軟件 Proteus7.O 和Keil對整體設(shè)計進行軟件仿真。運行Proteus中的ISIS模塊對設(shè)計好的原理圖進行布圖，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，運行調(diào)試。把編譯好的源 程序加載到仿真電路圖中，運行程序，在點陣顯示屏上按設(shè)計的顯示效果依次以 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)計方案進行硬 件電路的搭建并進行調(diào)試。結(jié)果正確如下圖9所示。圖9硬件實物圖5結(jié)束語本文通過設(shè)計基于單片機的LED點陣