基于单片机的LED广告信息展示屏控制电路设计

白昊，王艳荣

（内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古 呼和浩特 010080）

基于单片机的LED广告信息展示屏控制电路设计

白昊，王艳荣

（内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古 呼和浩特 010080）

为了实现LED广告信息展示屏的控制，提出了一种基于单片机的LED广告信息展示屏控制设计方案，并完成系统的软硬件设计。该系统的硬件部分主要用单片机进行电路的控制，软件部分采用keil uvision4进行编程，能够完成广告信息的滚动播出或多幅信息的自动切换播放，同时也可手动切换并固定在一幅信息上。电路软硬件测试结果表明，设计方案正确可靠，检测的结果符合设计指标。

单片机；LED显示屏；动态扫描；显示驱动

随着LED的制造工艺和技术水平的不断改进和完善，使得其在国内得到了广泛的应用[1-3]。随着社会文化的不断发展，经济水平的逐步提高，户外的LED广告屏更是在公共场所的宣传中扮演着越来越重要的角色，其不仅仅是信息传播一种不可或缺的载体，而且已然成为城市建设中信息传播数字化和智能化的显著标志[4-7]。

通过调查研究LED广告信息展示屏控制电路的功能要求，设计出一款64*16大小的LED广告信息展示屏。可实现广告信息的滚动播出或多幅信息的自动切换播放，同时也可手动切换并固定在一幅信息上，并完成了系统软硬件设计和测试。

1 系统硬件电路设计

控制系统功能框图如图1所示。主控芯片选择STC15L2K60S2单片机，其外围电路为单片机最小系统，包括按键电路模块。LED点阵显示屏是由8*8的LED最小单位点阵构成，而要完整显示一个复杂的汉字，则需要4个最小单位，分别将其相同的行和列连接起来，便可组成一个16*16大小的点阵，点阵连接图如图2所示。再将4个16*16大小的点阵组合起来，便可构成64*16大小的点阵。具体的工作流程为：将编译好的hex程序通过STC-icp软件把指令代码烧录到单片机内，其I/O口串行输出，通过595芯片进行串并转换，实现列驱动；I/O口的输出端通过74HC138和D4953芯片实现行驱动，进而达到显示内容的要求。

图1 系统硬件结构图

图2 16*16点阵连接图

行驱动电路原理图如图3所示，行驱动电路中为了提高MCU的输出端口使用率，通常使用译码电路。译码器件选用74HC138芯片，将两个138级联成为4-16线译码器，以实现16行LED的驱动。双P沟道增强型MOS管D4953作为LED显示器驱动器，主要用途有两个，一是作为反相器。因为4线-16线译码器输出的有效信号是低电平，而设计中LED点阵屏的行驱动电路是高电平有效。二是作为LED的电流放大器。当MOS管VGS两端的压降为5 V的情况时，输出的漏极电流ID=4 A，足以保证LED显示屏的发光且足够亮。

图3 行驱动电路原理图

列驱动电路如图4所示，列驱动电路使用8个串入并出移位寄存器74HC595器件级联而成，实现64列LED的扫描驱动。74HC595串入并出寄存器是由两部分构成，分别是可以完成8位串并转换的移位寄存器和可并行锁存8位的寄存器，这两部分是互不影响的，保证了在驱动64列LED过程中数据并行存储和移位输出过程同时进行。

由于能正常显示所有汉字的最小单元的大小为16*16，而上下两片点阵可以用同一个595芯片来驱动，所以需要两个595芯片的输出来进行一个汉字的数据输出的驱动，在设计中显示控制电路所设计的点阵屏最多支持同时显示4个汉字，因此需要8个74HC595来实现列驱动。这8个595共用一个SCK时钟信号和RCK锁存信号，在行选信号选中第一行的时候，经过64个时钟信号（上升沿），便可将第一行64列的数据储存到595芯片中，当RCK信号端的输入为上升沿时，便可将这些数据并行输出，与此同时，595芯片将进行下一组64列数据的传送。当行选信号选中第二行，重复上述列数据的输出过程，以此类推，当行选信号从第一行到十六行依次扫描完毕时，且扫描频率大于24 Hz，人的视觉具有余晖效应，视觉形象并不会立即消失，这就使得人眼看到屏幕显示的是稳定、清晰的文字或图像。

2 系统软件设计

系统的软件部分主要由4个部分组成，分别为字模提取、数据处理、显示驱动和显示效果。系统软件设计流程图如图5所示。HZDotReaderV2.0是一款字模提取软件，支持提取汉字和英文字符，同时还支持用户自己创建字符。在取模字体设置中可以进行字体效果的选择和点阵大小的选择，用户可以根据自己的需求进行调整和修改。在本设计中，字体样式选择为宋体，点阵大小选择为16*16，无特殊显示效果（如:粗体、斜体、加下划线等），与此同时，设置输出字符的取点方式为8位横向取模、左边为高位，字节输出方式为从左到右，从上到下取字。该字模软件由于不支持多个汉字同时逐行取模，只支持多个汉字单独分开取模，即每个汉字所生成的字模数据顺序存放在内存单元中。所以在编程中必须加入数据处理部分，使其按行存放到显示缓冲区中。如果软件支持多个汉字同时逐行取模的话，将会很大程度上减少工作量。

图4 列驱动电路原理图

软件设计首先进行系统初始化设置，然后读取字模中的代码完成显示所需格式的调整，接着调用不同显示效果的子程序，将所需显示的数据送到显示缓冲区，通过显示驱动子程序将数据送给LED点阵显示屏并将其点亮。在广告信息的显示效果中，主要实现了最为常用的上移显示和左移动态显示。系统软件设计流程图如图5所示。在数据处理子程序中，字模中的每一个汉字需要32Byte的内存，并且顺序存放在内存单元中。在数据读取到缓冲区时，为了满足显示驱动（发送列信号）的要求，故要进行数据处理，分别读取4个汉字取模后的第一行数据，存放在显示缓冲区的第一行，接着读取其第二行数据，放在显示缓冲区的第二行，以此类推，完成16行的数据处理。再将显示缓冲区中所需显示的每行数据依次送给595芯片。先关闭138译码器使能，目的是为了消影，然后等待所需显示的一行数据发送完毕，595的RCK信号的下降沿到来，将输出的逻辑状态锁存，与此同时使138译码器使能，即输出行选信号，便可将该行点亮。循环16次后，依次点亮每一行，即可显示一个汉字。

图5 系统软件设计流程图

根据实际需求，要求实现广告信息的滚动播出或多幅信息的自动切换播放，同时也可手动切换并固定在一幅信息上。因此，加入按键来实现手动切换广告信息的功能。当没有按下任何按键的时候，多幅信息自动切换播放，当有按键按下的时候，改变寄存器中的数值并进行判断，进入相对应的显示效果子程序的循环之中。本设计中只设置了两幅信息文字，而且显示效果分别为上移显示和左移动态显示，故在编程上设置了3个模式。

3 硬件测试结果

图6 信息上移图（左）及左移图（右）

图6 为硬件电路测试结果示意图。系统电路实现了上移显示和左移动态显示两种效果，完成了广告信息的滚动播出和多幅信息的自动切换播放，达到了预期要求的效果。

4结 论

完成了基于单片机控制的64*16单色LED广告信息展示屏的软硬件设计和硬件电路测试。结果表明硬件电路的显示效果良好，电路拓展性高，系统稳定可靠。此系统可广泛运用于实际生活中的各种公共场合，如公交车、银行、火车、学校等进行信息公布和文字广告宣传。在进一步的研究工作中，与网络技术结合还可实现广告信息的远程控制。

[1]和倩，赵敏，徐立生.LED应用产品的平均寿命评估方法[J].微纳电子技术，2013，50（7）:466-469.

[2]郭梦霞.会展用大屏幕LED显示系统的设计与实现[J].电子设计工程，2014，22（18）:135-137.

[3]诸昌钤.LED显示屏系统原理与工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2000.

[4]张鑫.单片机控制LED图文显示屏的电路设计[J].青岛大学学报，1998，13（1）:39-42．

[5]冯月芹.基于P89V51RD2单片机LED点阵显示屏的实现[J].电子设计工程，2012，20（6）:143-148.

[6]韩团军.基于单片机的LED点阵显示控制的设计[J].电子设计工程，2011，19（5）:180-182.

[7]李秀忠.大屏幕LED显示屏控制系统设计[J].现代电子技术，2012，35（19）:135-138.

Design of control circuit for LED advertising information display screen based on MCU

BAI Hao，WANG Yan-rong
（Information Engineering College of Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010080，China）

In order to realize the control of LED advertising information display screen，a LED advertising information display screen control design scheme based on MCU is proposed，and the hardware and software design of the system is completed.The hardware of the system mainly by single chip computer circuit control，part of the software using keil uvision4 programming，to complete the advertisement information broadcast of a rolling or more pieces of information automatically play，also can be manually switched and fixed on a piece of information.The results of the system show that the design scheme is correct and the results are in line with the design target.

single chip microcomputer；LED screens；dynamic scanning；display driver

TN79

A

1674－6236（2016）18-0175-03

2015-09-25 稿件编号：201509177

白 昊（1994—），男，内蒙古巴彦淖尔人。研究方向：物联网技术与应用。