文中設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描控制的16x16LED漢字顯示條屏，簡單分析了漢字顯示的原理,，并對(duì)LED顯示模塊單元如何進(jìn)行行列信號(hào)控制及信號(hào)傳輸中的驅(qū)動(dòng)問題進(jìn)行了研究,。結(jié)果表明采用并行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)輸出的專用電路可大大減少CPU的輔助時(shí)間,，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速度,。
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體,，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，有可靠性高,、使用壽命長,、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格性能比高,、使用成本低等特點(diǎn),。在短短的幾十年中，技術(shù),、產(chǎn)業(yè)都取得了長足的進(jìn)步,，已經(jīng)發(fā)展成為重要的現(xiàn)代信息發(fā)布媒體手段，在證券交易,、金融,、交通、體育,、廣告等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,，隨著社會(huì)信息化的進(jìn)程，LED顯示屏在信息顯示領(lǐng)域的應(yīng)用愈加寬廣,。
目前LED顯示屏的種類越來越多,，從使用場合及亮度考慮可分為室內(nèi)和室外屏，從掃描方式可分為動(dòng)態(tài)掃描顯示屏和靜態(tài)掃描顯示屏,。室外使用的交通誘導(dǎo)屏,，通常采用計(jì)算機(jī)同步控制的靜態(tài)掃描顯示，每個(gè)像素由幾個(gè)高亮的LED發(fā)光管組成,，可做成多色或全色,。其優(yōu)點(diǎn)在于播放的內(nèi)容信息量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng),，且由于采用靜態(tài)顯示,，亮度高;其缺點(diǎn)是硬件電路復(fù)雜，成本高,。室內(nèi)使用的由8x8LED點(diǎn)陣拼成的顯示屏也有同步和異步之分,，同步控制顯示屏由計(jì)算機(jī)作為主控器，異步控制顯示屏的主控器可采用單片機(jī),。單片機(jī)控制的單色顯示屏由于結(jié)構(gòu)簡單,，成本低廉，深受人們的喜愛,。設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)用16x16點(diǎn)陣LED圖紋顯示屏,，要求在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字,，顯示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定,、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止,、移入移出等顯示方式,。
1 漢字顯示的基本原理
16x16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，用各個(gè)位的亮暗來表示一個(gè)字,，凡是筆畫經(jīng)過的地方都為1(亮),，沒有筆畫的地方都為0(暗)，這樣就可以表示不同的漢字,。從理論上說,，不論顯示圖像還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光,，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果,，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。在計(jì)算機(jī)中,，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的,，按不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果,。而對(duì)于中文顯示操作,，就是將ASCII表的高128個(gè)很少用到的數(shù)值以兩個(gè)為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼,。這樣就可以用一組數(shù)字來表示漢字的內(nèi)碼，數(shù)字的各位信息來記載漢字的形狀,，即：字模,。只要將漢字的相應(yīng)字模信息文件存入ROM，形成漢字編碼;在使用時(shí),，先根據(jù)漢字編碼組成語句,，添加到程序的相應(yīng)位置，即可顯示相應(yīng)的漢字,。
2 硬件電路組成及工作原理
該LED漢字條屏采用以AT89C51單片機(jī)為核心芯片的電路來實(shí)現(xiàn),，主要由AT89C51芯片、時(shí)鐘電路,、復(fù)位電路,、列掃描驅(qū)動(dòng)電路(74HC154)、16x16LED點(diǎn)陣5部分組成,。其中,，AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機(jī),。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,，能夠進(jìn)行1 000次寫/擦循環(huán),，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。它是一種高效微控制器,，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案,。因此，在智能化電子設(shè)計(jì)與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片,。
2.1 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路74HC595構(gòu)成,。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且一位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的,，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí),，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的,。
列驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示,。一個(gè)模塊有4片74HC595，8塊LED點(diǎn)陣,，每一片74HC595限流電阻后接2塊LED點(diǎn)陣,，圖中只畫出了部分電路。DATA IN和DATA OUT分別為模塊的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出,，RCLR為74HC595移位寄存器信號(hào)索入輸出所存器的時(shí)鐘信號(hào),，CLK為同步時(shí)鐘。將模塊中前一片8位移位寄存器74HC595的數(shù)據(jù)輸出(07)與下一片的輸入(SER)相連接組成32位的串行數(shù)據(jù)鏈,，每一位控制一列發(fā)光管,，若顯示方式為1/16占空比的動(dòng)態(tài)掃描方式，則每一列控制16個(gè)方光管,。當(dāng)74HC595的某一輸出引腳為低電平時(shí),，該列上對(duì)應(yīng)行掃描選中行的像素點(diǎn)亮。由于吸收電流的能力相對(duì)較強(qiáng),，且為動(dòng)態(tài)掃描,，因此在74HC595的輸出腳上只需串接一個(gè)47 Ω的限流電阻而不需要再用列驅(qū)動(dòng)也能得到滿意的亮度效果。
2.2 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
采用逐行掃描的方式,，當(dāng)全部列信號(hào)準(zhǔn)備就緒后,，控制信號(hào)鎖存器輸出，相應(yīng)的行信號(hào)應(yīng)同時(shí)跟上,。由于采用點(diǎn)陣的行為共陽極,，行選的作用就是為待點(diǎn)亮行提供電源,。8位移位寄存器方法的行選電路如圖2所示。該電路中LS為串行行選信號(hào)，MR為74HC164的清零信號(hào)，LCLK為行選同步時(shí)鐘,。74HC164的輸出經(jīng)反相后控制三機(jī)管的導(dǎo)通與截止，從而分別控制第1行LINE1至第16行LINE16與電源接通,。從極端情況來看，驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)滿足1行全部32個(gè)LED點(diǎn)亮的要求,，盡管LED點(diǎn)陣要求單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電流在10～20 mA,，但由于采用1/16占空比的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，單個(gè)LED的瞬時(shí)電流即使未100mA,，實(shí)際平均電流不到7 mA,，因此驅(qū)動(dòng)電流大于3 A即可。供方部分應(yīng)采用達(dá)林頓管或開關(guān)管,。
2.3 AT89C51單片機(jī)的外圍電路
單片機(jī)采用89C51或其兼容系列的芯片,，采用24 MHz或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率,，為了使顯示更穩(wěn)定,。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來送顯示數(shù)據(jù),。P1口低四位與行驅(qū)動(dòng)器相連,，送出行選信號(hào);P1.5～P1.7口則用來發(fā)送控制信號(hào)。P0和P2口空著,，在有必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM,。
3 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)
程序流程圖如圖3所示。
根據(jù)軟件分層次的系統(tǒng)應(yīng)用程序,。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù),，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生掃描信號(hào)和其他控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作,。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置(初始化),、顯示效果處理等工作,，由主程序來實(shí)現(xiàn)。
4 結(jié)論
LED顯示屏硬件電路只要器件質(zhì)量可靠,，引腳焊接正確,，一般無需調(diào)試即可正常工作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分,。這個(gè)方案設(shè)計(jì)的16x16點(diǎn)陣LED圖文顯示屏,，電路簡單，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏;顯示屏各點(diǎn)亮度均勻,、充足;顯示圖形或文字穩(wěn)定,、清晰無串?dāng)_;可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字,。