LED点阵显示屏初探

宋世彦

[摘 要]LED电子显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者。本文设计的点阵LED显示屏控制系统以51单片机为基础，可实现汉字、字符和数字等的动态显示，可直接运用于实际场合。

[关键词]LED电子显示屏；发光二极管；点阵；动态显示

一、系统方案及电路设计

本文设计的是一个16×32点阵LED电子显示屏，以51单片机为核心，通过该芯片控制一个行驱动器 74HC154和四个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示2个汉字，采用8块8×8点阵LED显示模块来组成16×32点阵显示模式。显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。

1.系统方案。汉字点阵指示牌分成屏体和控制器两大部分。屏体的主要部分是LED点阵屏，还有行列驱动电路。LED点阵屏采用8x8单色LED显示模块拼接而成。扫描驱动电路采用多行的同名列共用一套驱动器，行驱动器一行的行线连接到电源的一端，列驱动器一列的列连接线连到电源的另一端。控制电路负责有序地选通各行，选通每一行之前，还要把该行该列的数据准备好，一旦该行选通，这一行上的LED发光器件就可以根据列数据进行显示。

汉字点阵指示牌的控制电路采用单片机方案，硬件电路大体上分为单片机控制电路、LED显示屏行列驱动电路、LED点阵屏三部分，如图1所示：

图1 汉字点阵显示系统方案

2.汉字显示的原理。每一个汉字由16行16列的点阵组成显示，如果用8位的单片机控制扫描显示，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8x16点阵组成，下部也由8x16点阵组成。扫描时，上半部第1列完成后，继续扫描下半部的第1列；然后单片机转向上半部第2列，这一列完成后继续扫描下半部第2列......继续进行下面的扫描就可以得到显示的汉字了。

单片机控制系统程序通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。从理论上讲，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形的或文字的各个点所在位置相对的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果。具体来说就是把所有同1行的发光管点亮灭的数据锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮的同时，然后燃灭；……第十六行之后，又从新燃亮第一行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。

3.显示驱动电路74HC595和74HC154。为解决串行传输中列数据准备和列数据显示之间的矛盾问题，采用74HC595作为列驱动。因为74HC595具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，这使列数据的准备和列数据的显示可以同时进行。该移位寄存器接收串行数据和提供串行输出，同时移位寄存器还向8位锁存器提供并行数据。

74HC154为4-16线译码器，A、B、C、D为译码的输入端，Y1～Y15使对应A、B、C、D四个输入引脚的输出脚，其中选中的线用输出低电平，没有选中的输出高电平，同时使能端必须有效才能使译码器正常工作。

4.电路设计。该电路采用AT89C51单片机最小化应用设计，P3口作为I/O口，输出列数据和控制信号，P2口作为I/O口，输出行扫描信号，LED显示采用动态扫描方式实现。

5.主程序设计。编程思路为：

（1）先对变量初始化。

（2）循环扫描点亮16行LED（称点亮一帧图像）。

（3）16行扫描结束后，列指针向右移动1位，再扫描下一帧图像。为了控制汉字滚动的速度，有时候对一帧图像扫描数次后才将列指针移位。这样，主观上感觉到图像向左滚动。依此类推，列指针共向右移动16位（即一个汉字）。

（4）移动一个汉字后，字指针指向下一个汉字。再重复上述步骤，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。主程序流程图如图2：

图2 主程序流程图

二、结语

点阵显示汉字的原理其实就是在相应的位置点亮发光二极管，利用发光二极管的亮灭区别来静态显示汉字，而汉字在屏幕上的移动，则是不断更新向左（向右、向上、向下）显示在每个16*16单元点阵上的代码，从而看上去就实现了汉字的移动。

参考文献：

[1]李全利 编著 ：《单片机原理及接口技术》（第2版）.北京：高等教育出版社，2004 .

[2]李光飞 编著 ：《单片机课程设计实例指导》（第2版）. 北京：北京航空航天出版社，2004.

[3]李 华 主编：《MCS-51单片机实用接口技术》.北京：北京航空航天出版社，1997.