单片机的点阵显示

1、摘要本文阐明用单片机控制单色显示屏的方法，对LED显示模块单元如何进行行列信号控制及信号传输中的驱动问题进行了研究。讨论了单片机控制系统中关键的数据处理以及发送问题，结果表明采用并行数据输入、串行数据及同步时钟输出的专用电路可大大减少CPU的辅助时间，提高数据的发送速度。关键词 LED；单片机；显示屏；驱动；扫描A LED Display System Control Base On MCUStudent: ZHANG Tao Teacher: CHEN Xiao-qinAbstract：This text clarifies to use a singlechip control monochrome manifestation to hold of method, show the mold piece how the unit carry on the row or column signal control and signal to deliver to the LED medium of drove a problem to research. Discussing a p

2、roblem of singlechip in a control system how dose it processing the key data and sending out, result indicate adoption parallel communication, string data in line and synchronous the clock outputs appropriation electric circuit can reduce CPU assistant time consumedly, the exaltation data sends out speed.Keywords：LED；Surface Mount Assemblies；Display；Driver；Scan目次摘要IAbstractII1引言11.1 广告屏的现状11.2 设计任务11.3 数学模型21.4 方案论证32 系统硬件设计62.1 电源电路62.2 单片机系统及外围电路72.3 列驱动电路92.4 行驱动电路112.5 小结143 系统软件设计153.1 显示驱动

3、程序153.2 系统主程序153.3 部分源程序164 结论20致谢21参考文献22附录123附录224千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。1引 言1.1 广告屏的现状随着社会文化的不断发展，人们的消费标准不断改变，户外灯箱广告更是扮演着越来越重要的宣传角色，不论是汽车站，火车站，股市交易市场，还是学校都离不开它，然而传统的霓虹灯广告牌不论是在显示效果、耗电量还是可修改性上都无法满足当前社会的需求，传统的霓虹灯广告亟待改进。由于单片机技术的不断发展和高亮度LED发光管的出现使得大屏幕高亮度LED电子广告屏成为可能，与传统的霓虹灯广告在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的优势，而且单片机的日益平民化以及LED技术的不断创新，使得高亮度高清晰的LED点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。另外，SMT技术的飞速发展，开关电源的大规模使用，使其无论在体积上还是在可靠性上都比传统的霓虹灯广告有明显的优势，为其在特殊领域的应用奠定了基础。这种新兴的大屏幕显示技术成为众人目光的焦点。与传统的显示设备相比，首先，LED 显示屏色彩丰富，3基

4、色的发光管的可以显示全彩色，显示显示方式变化多样（文字、图形、动画、视频、电视画面等）、亮度高，是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。其次，LED 显示屏的象素采用LED发光二极管，将多个发光二极管以序列的形式构成LED显示阵列，这种显示屏具有耗电省、成本低、亮度清晰度高、寿命长等优点，而且 LED 显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，是信息传播设施划时代的产品。再次，LED 显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，显示效果清晰稳定，越来越多的地方开始使用LED电子显示屏，有巨大的社会效益和经济效益。它以其超大画面、超宽视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。1.2 设计任务设计一个室内用32*64点阵LED单色图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀，充足，可显示图形和文字，显示图形或文字稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止和移入移出等显示方式。本文重点介绍了基于单片机系统的单色LED显示屏的控制电

5、路、驱动电路的设计方法，并针对一个32x64屏的显示特点，对其软件实现的算法给出了具体的分析。1.3 数学模型对于点阵型LED显示可以采用共阴极或共阳极，本系统采用共阳极，其硬件电路如图1.1所示。当行上有一正选通信号时，列选端四位数据为0的发光二极管便导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信号进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。只要扫描速度大于24Hz，由于扫描时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字。图1.1 4*4共阳极LED点阵例如，若要图中所示16个LED显示一个“口”字的方框，则首先在列1上写入列编码信号，接着应将对应的行上加选通信号，即在行、列的信号端分别加上如表1.1所示数据：列1列2列3列4行10000行20110行30110行40000表1.1 在点阵上所加的行信号以及列选择信号这样，当第一行选通时列信号为0000；第二行选通时列信号为0110；第三行选通时列信号为0110；第四行选通时列信号为0000；再选通第一行送列信号0000如此循环下去，当刷新频率足够高时（大于24Hz），由于人眼的视觉暂留特性，便可观察到稳定

6、的方框。1.4 方案论证从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。32*64的点阵共有2048个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，32*64的点阵需要256个锁存器。这个数字很庞大，而且成本很昂贵，我们仅仅是32*64的8个汉字点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如8行)的同名列共用一套列驱动器。具体就32*64的点阵来说，把所有同一列的发光管的阴极连在一起，再去驱动这一列LED (共阳接法)，每一列先送出对应第1行发光管对应的数据并锁存，再选通第1行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2行的数据并锁存，再选通第2行使其点亮相同的时间，然后熄灭第8行之后，又重新点亮第1行，反复轮回。当这

7、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。采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的程序存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。采用并行方式时，32*64的LED点阵有8列8*8的点阵，需要8*8=64个列数据输入口，而一个89C51只有32个I/O接口，还要同时驱动行数据，根本不够用；并且从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多，由此可以得出，当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用2根线：数据线、时钟线。将行数据一位一位传往行驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给行驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备(传输)和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数

8、据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行数据的同时，传送下一行的数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示驱动电路就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能：对数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打人并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。同时为了LED显示的亮度，采用8行扫描，每个汉字上面有2个16列驱动器驱动，列驱动器的位置应该是在第1行跟第9行，即每个16*16的汉字点阵是有4个8*8的点阵组成的阵列，扫描的时候同时扫描显示第1行跟第9行，第二次扫描的时候显示第2行跟第10行，以此类推，最后显示第8行跟第16行，如图1.2所示：第1行全亮 | 第2行不亮 | 第3行不亮 | 第4行不亮 | 第5行不亮 | 第6行不亮 | 第7行不亮 | 第8行不亮 | 第9行全亮 | 第10行不亮 | 第11行不亮 | 第12行不亮 | 第13行不亮 | 第14行不亮 | 第15行不亮 | 第16行不亮 | 图1.2综合上述可以看出整个点阵显示的实现电路结构应该如图1.3所示： 图1.3 显示屏电路框图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以及LED点阵阵列三大部分。在实际应用中的大屏幕LED点阵显示屏，都是采用很多的显示模块组成，每个模块一般是有32*64个点阵组成，每个模块负责自己那部分LED的显示；有电脑通过统一的协议发送数据到每个控制单片机，行选是统一的；而且控制模块也是分开的，一个控制模块上面有很多的RAM芯片，控制芯片接收从主控电脑发送过来的数据，并将其保存在RAM中，之后不需要电脑

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