LED电子显示屏

苏雪松

摘要：本文介绍了LED电子显示屏的发展及分类、硬件电路两大方面的内容。最后，笔者提出了在以后的研究工作中，还需要做的三点工作。

关键词：LED电子显示屏；发展；分类；硬件电路

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）09-0140

一、LED电子显示屏的发展及分类

第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所。

第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。

第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作。

本次题目的要求是设计一个16*16的点阵LED电子显示屏，要求显示亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示稳定清晰，无串扰，显示方式要求有静止和移入移出两种显示方式。

1. LED点阵电子显示屏的设计方案

LED点阵电子显示屏的设计一般有两种方案：方案一：采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号。方案二：采用单片机系统来实现。

本设计硬件方面以单片机AT89C51为主控制器，采用4块8×8点阵LED显示模块来组成16×16点阵显示模式，显示各种文字或单色图像。

2. LED点阵屏显示驱动方式比较

LED点阵屏显示电路常用的显示驱动方式有两种：

方案一：串行控制驱动，这种方式的好处是单元内的线路连接简单，给印刷电路板的设计带来方便，减少了布线的密度，方便以后的制作与调试，而且相对提高了每个单元的可靠性。

方案二：并行控制驱动，将显示数据通过并行（一般为8位）方式送入驱动电路，这样的好处是：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量的数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性，但也正因为“并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂，布线后的排错难度大大增加。

二、关于硬件电路

1. 硬件电路设计基本思路

点阵式汉字显示屏的电路包含电源电路、复位电路、时钟电路、驱动电路、单片机控制电路和LED点阵屏显示电路等六大部分：（1）电源电路通过变压元件为整个电路提供5V的工作电位。（2）复位电路可在需要时为单片机手动复位清零，使整个电子显示屏初始化。（3）时钟电路是单片机的工作驱动电路；单片机内的程序控制着整个电路，其输出通过译码器SN74LS154译码作为点阵屏的驱动。（4）驱动电路，我们采用串行控制驱动方式。

2. 本系统所采用的硬件电路

系统所采用的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三部分。

（1）外围电路

电源电路通过变压元件为整个电路提供 5V的工作电位 。

时钟电路由AT89C51的18，19脚的时钟端（XTAL1及XTAL2）以及12MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。

（2）列驱动电路

列驱动器由集成电路74HC595构成。

（3）行驱动电路

单片机P1口低4位输出的行号经4/16线译码器74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。一条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20mA电流计算，16个LED同时发光时，需要320mA电流，选用三极管TIP127作为驱动管可满足要求。

3. 硬件电路所需器件介绍

（1）ULN2803A达林顿管阵列

达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。

具体接法如下：以两个相同极性的三极管为例，前面为三极管集电极跟后面三极管集电极相接，前面为三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等于效三极管的放大倍数是二者之积。

（2）74HC595芯片简述

①74HC595概述

74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。

②74HC595 芯片驱动LED的特点

74HC595 芯片驱动LED有以下特点：速度较快，功耗较小，LED 的数目多少随意，既可以控制共阴极的LED显示器，也可以控制共阳极的LED 显示器，可以软件控制LED 的亮度，还可以在必要的时候关断显示（数据保留），以减小功耗，并可随时唤醒显示。

（3）关于软件

软件编程方面采用汇编语言编程，涉及了单片机的时钟、中断和复位的使用。

设计基本思路：①先对相关变量进行初始化。②循环扫描亮 16行 LED 称点亮一帧图象。③一帧图象扫描完毕后，列指针向右移动1位 ，再扫描下一帧图象。为了控制汉字共动的速度，有时候要对一帧图象扫描数次后才将列指针移位。依次类推，列指针共向右移动 16位。这样，主观上感觉到图象（下转第145页）（上接第140页）向左滚移动。④移动一个汉字 列指针右移 16位后，字指针向下一个汉字。再重复 2～4过程。这样，我们就能在显示屏上看到持续不断的滚动汉字信息了。

三、总结

该显示系统已能实现LED显示的基本功能，但由于作者水平和制作时间有限，距离一个完全实用的，能完全符合市场需求的显示系统还有一定的差距。因此，在以后的研制过程中，还需要做大量的工作，比如：1. 在系统抗干扰方面，都还必须在工作现场根据时间情况进行大量的实验、数据分析，才能最终实现LED显示系统的可靠工作。2. 在增强图文屏显示效果上，可使用双色或多色显示屏，以满足显示更加丰富多彩的图形和文字。3. 可将显示屏接如网络，每一个LED显示器可作为一个网络节点，用一个主机来维护。

（作者单位：辽宁省盘锦市盘山县高级中学 124100）