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 由于动态扫描显示 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 使用到的芯片有传入并出移位寄存器 74LS595 4 线 16 线译码器 74LS154 和三极管 8550 总体设计框图如图 2 所示 列驱动器 16 16LED 点阵显示屏 行驱动器 电源 单 片 机 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