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LED显示屏的的工作原理及驱动电路


LED 点阵显示控制 1 原理与方案 1.1 原理 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 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 24 Hz,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 硬件电路 本次设计要完成基于单片机的 LED 点阵显示控制的设计,总体方案是以单 片机为控制核心,通过行列驱动电路,在 LED 点阵屏上以左移方式显示文字。 在设计过程中驱动电路运用动态扫描显示,动态扫描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 16 行)的同名列共用一套列驱动 器。 由于静态扫描显示 (并行传输) 的局限性, 故采用动态扫描显示 (串行传输) , 显示模式用 LED 点阵屏模块作显示屏。 1.2 总体方案 本次设计单片机采用 AT89C51,行电路使用逐行扫描的方式,列电路使用 串入并出的数据传输方式,显示屏使用由 16x16 的点阵 LED 组成的点阵模块。 使用到的芯片 4 线-16 线译码器 74LS154 和三极管 8550。 总体设计框图如图 2 所示。

单 片 机
驱 动 器

列驱动器



16×16LED 点 阵显示屏

2 系统硬件设计 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 3 部分,用到的芯片有单片机 AT89C51,4 线-16 线译码 器 74LS154,带锁存功能的串入并出移位寄存器 74LS595。 2.1 单片机系统及外围电路 单片机采用 AT89C51。系统采用 12 MHz 或更高频率的晶振,以获得较高 的刷新频率,使显示更稳定。单片价的串口与列驱动器相连,用来送显示数据。 P1 口低 4 位与行驱动器相连,送出行选信号,P1.5~P1.7 口则用来发送控制 信号。P0 和 P2 口空闲,在必要时可以扩展系统的 ROM 和 RAM。 2.2 时钟脉冲电路 AT89C51 的最高时钟脉冲频率已经达到 24 MHz,它内部已经具备了振荡 电路,只要在 AT89C51 的两个引脚(即 19、18 脚)连接到简单的石英振荡晶 体的 2 个管脚即可,同时晶体的 2 个管脚也要用 30 pF 的电容耦合到地,如图 3 所示。

图 3 时钟脉冲电路

2.3 复位电路 AT89C51 的复位引脚(RESET)是第 9 脚,当此引脚连接高电平超过 2 个机器周期时,即可产生复位的动作。以 24 MHz 的时钟脉冲为例,每个时钟 脉冲为 05?s,两个机器周期为 1 ?s,因此,在第 9 脚上连接 1 个 2?s 的高电 平脉冲,即可产生复位动作。最简单的就是只有 1 个电阻跟 1 个电容就可构成 可靠复位的电路,电阻选择 10 k?,电容选择 10?F,如图 4 所示。

图 4 复位电路 2.4 点阵显示驱动电路设计 采取分立元件三极管作驱动电路,驱动电路如图 5 所示。

图 5 点阵显示驱动电路 3 系统软件设计 显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据,并产生各种控制信号,使 屏幕按设计的要求显示。 根据软件分层次设计的原理,可把显示屏的软件系统分成两大层:第一层是 底层的显示驱动程序,第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向点阵 屏传送特定组合的显示数据,并负责产生行扫描信号和其他控制信号,配合完成 LED 显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由显示子程序实现;系统环境设置 (初始化)由系统初始化程序完成;显示效果处理等工作,则由主程序通过调用 子程序来实现。

3.1 显示驱动程序 显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 T0 重新赋初值,以保证显示屏 刷新率的稳定。16 行扫描格式的显示屏刷新率(帧频)的计算公式如下:

其中:F 为晶振频率;T 为定时器 T0 初值(工作在 16 位定时器模式)。 其次,显示驱动程序查询当前点亮的行号,从显示缓存区内读取下一行的显 示数据,并通过串口发送给移位寄存器。 为消除在切换行显示数据时产生的拖尾现象,驱动程序先要关闭显示屏,即 消隐,等显示数据输入输出锁存器后,再输出新的行号,重新打开显示。图 6 所示为显示驱动程序(显示屏扫描函数)流程图。

图 6 显示驱动程序流程图 3.2 系统主程序 系统主程序开始以后,首先是对系统环境初始化,包括设置串口、定时器、 中断、端口。然后以“卷帘出”效果显示文字或图案,停留几秒钟,接着向上滚动 显示汉字或图形, 停留几秒后, 再左移显示汉字或图形、 右移显示等。 最后以“卷 帘入”效果隐去文字。图 7 所示为系统主程序的流程图。

图 7 系统主程序的流程图 4 软件仿真与硬件实现 4.1 软件仿真 本设计的核心单元是单片机 AT89C51, 所以选用单片机仿真软件 Proteus 7.O 和 Keil 对整体设计进行软件仿真。 运行 Proteus 中的 ISIS 模块对设计好的原理图进行布图, 仿真电路如图 8 所示。

图 8 仿真电路 将完整的源程序 Copy 到 Keil 仿真开发环境里,运行调试。把编译好的源 程序加载到仿真电路图中,运行程序,在点阵显示屏上按设计的显示效果依次以 “卷帘入”、“左卷帘”、“右卷帘”、“卷帘出”显示结果正确。 4.2 硬件实现 软件仿真通过后,充分证明了方案的正确性与可行性。按照设计方案进行硬 件电路的搭建并进行调试。结果正确如下图 9 所示。

图 9 硬件实物图 5 结束语 本文通过设计基于单片机的 LED 点阵显示控制的设计, LED 显示模块单 对 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。 给出了硬件的原 理以及连接的方法,软件的设计流程以及部分代码,并给出了完整的电路图,结 果可以正常显示汉字、图片信息,并且可动态显示。


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