点阵LED电子显示屏控制系统设计与实现

　　摘要：利用AT89S52 作为主控制芯片， 给出简单实用的外围电路来驱动16*16 的点阵LED 显示屏的设计方案，包括系统具体的硬件设计方案和各个外围电路部分的设计等方面。

　　0、引言

　　LED 显示屏是在20 世纪80 年代在迅速发展起来的一种新型的信息显示媒体， 它利用发光二极管构成的点阵模块组成大面积显示屏幕，具有可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，迅速成长为平板显示的主流产品之一，在广告牌、公共显示屏等信息显示领域得到了广泛的应用。

　　1、LED 及LED 显示屏

　　LED （Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向其PN 结的P 区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，从使LED 发光。LED 发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。

　　LED 显示屏（LED panel）是一种由半导体发光二极管构成的点阵模块组成的显示屏幕， 它是通过控制半导体发光二极管的亮灭情况来显示的方式，根据要显示的文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息来选择相应的发光二极管的亮灭， 从而实现显示各种信息的目的。LED 显示屏具有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点， 随着LED 制造技术的不断完善，在国内外得到了很大的推广，广泛应用于大型剧场、商城、酒店的出入口及洗手间的标示牌等各种室内、户外显示屏。

　　2、点阵LED 电子显示屏系统组成

　　通过对LED 主控电路、亮度连续可调电路、驱动电路、键盘电路等硬件电路做全面的分析，选择出比较适合的方案，从而实现对16*16 点阵显示屏的驱动， 完成电子显示屏的电路设计方案。本设计电子显示屏系统的由AT89S52 单片机及相关外围电路具体包括时钟电路、复位电路、键盘模块、显示控制电路和电子显示屏等部分组成，具体如图1 所示：

图1 系统总体框图

　　3、点阵LED 电子显示屏系统硬件电路及工作原理

　　3.1 采用8 个LED8*8 显示屏，构成16 行*32 列点阵显示

　　由8 个8*8 点阵LED 显示模块组成点阵显示屏。8 片8*8点阵LED 显示模块利用总线形组成一个16*32 的LED 点阵，用于同时显示2 个16*16 点阵汉字或4 个16*8 点阵的字母、字符或数字。根据实际需要，显示板可扩展至更多的显示单元，从而显示更多的内容。

　　3.2 LED 显示屏驱动电路

　　本设计的点阵显示屏电路是以AT89S52 单片机作主控器，结合74LS154 和74LS595 进行扩展。选择了共阴的行列扫描方式，单片机P0,P2 口输出的高电平对应字模的亮点，低电平对应字模的暗点，以九字为例，如图2 所示。

图2 ' 九' 字字模

　　但是P0,P2 口总共只能传送16 位的数据， 因此要对字模数据进行扫描。扫描后的高电平作为点阵显示管的行输入，列输入则由74LS154 的低电平控制，74LS154 接在单片机P1.0 到P1.3 口上，如图3 所示。

图3 九字列显示

图4 '九' 字第二列显示

　　从图3 中我们可以看出， 要把' 九' 字显示出来， 先显示'九' 字的列， 就是让P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应的列上，74LS154 输出低电平，即P1 口输出00H,然后保持显示1MS。

　　如下面的程序：

　　MOV A,00H

　　MOV P1,A :00H 送P1 锁存

　　MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存

　　MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存

　　DELAY 1MS ;延时1MS

　　然后显示第二列，P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应第二列低电平输出，也就是P1 口输出01H,同样保持显示1MS.显示情况如图4 所示。

　　程序如下：

　　INC A

　　MOV P1,A ;P1 锁存加1

　　MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存

　　MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存

　　DELAY 1MS ;延时1MS

　　程序执行16 次后用时0.016S 左右， 由于人眼的视觉停留效应，我们是分辨不出闪烁的，循环100 次后，' 九' 字就可以完整显示出来，持续时间1.6S 左右。

　　设计中采用左移显示方式。如果把显示看作一桢图像，那么本设计中一桢就是显示两个字，共32 列。

　　这样依次显示下去，就可以达到左移显示汉字的目的。

　　列扫描电路：每个LED 管亮需要7mA 的电流，那么32 个同时亮就需要224mA 的电流，所以我们要对列进行驱动，我们采用晶体管8550 对列信号进行放大，使LED 点阵能够正常显示。

　　3.3 亮度连续可调

　　用一个10K 的电位器可以对LED 的压降进行调节，以达到连续改变亮度，从而实现对显示屏亮度的调节。

　　3.4 刷新频率的计算

　　根据人眼的视觉的暂留特性，50HZ 是适宜的刷新频率，所以CPU 的刷新频率一般不低于60HZ,但是刷新频率太高的话，会使显示屏的亮度降低，所以刷新频率有值要求，本设计中使用12M 晶体振荡电路，刷新频率在50HZ 以上。

　　3.5 键盘

　　键盘是使用比较简单的独立式键盘。编程容易控制，实现方便，如图5 所示。

图5 键盘电路

　　4、结束语

　　本文主要讨论了电子显示屏系统硬件电路的具体问题，并且对如何才能实现系统功能进行了论证， 设计采用动态扫描方案，通过字模来点亮显示屏，达到显示所要求内容的目的。