LED显示屏驱动电路设计

摘摘 要要 LED 显示屏具有使用寿命长 响应速度快 可视距离远 规格品种多 数 字化程度高 亮度高等特点 在信息显示领域已经得到了非常广泛的应用 它 利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元 组成大面积显示屏 其显示方法 有静态显示和动态扫描显示 动态扫描显示耗用硬件资源少 但软件要不断处 理 耗 CPU 静态显示虽然软件简单但硬件价格稍贵 LED 显示屏主要包括发 光二极管构成的阵列 驱动电路 控制系统及传输接口和相应的应用软件 而 驱动电路设计的好坏 对 LED 显示屏的显示效果 制作成本及系统的运行性能 起着很重要的作用 本文介绍了点阵式电子显示屏的硬件电路设计原理与软件设计方案 采用 51 系列单片机芯片 得到了一个能同时显示 8 个汉字 16 16 的 LED 点阵式电 子显示屏 关键词 LED 显示屏 动态扫描 AT89S52 74HC595 ABSTRACT The LED display monitor has the long of service life quacking response speed the far of it s visual range many specification variety high of the digitized the brightness higher characteristic It in the information demonstrated the domain already obtained the extremely widespread application It lattice module or picture element unit which constitutes using the light emitter composes the big area display monitor It s demonstration method has the static demonstration and the dynamic scanning demonstration The dynamic scanning demonstration consumes the hardware resources to be few but the software must process unceasingly and consumes CPU Although the static state software for display is simple the hardware price is slightly expensive The LED display monitor mainly include the array which the light emitter diode constitutes actuates the electric circuit the control system and the transmission connection and the corresponding application software But actuates the circuit design the quality to the LED display monitor demonstration effect the manufacture cost and the system performance characteristic is playing the very vital role Key words LED display monitor Dynamic scanning AT89S52 74HC595 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 LED 显示屏是一种可直接播放电视 录像 VCD 等视频信号及显示文字 图像的公众信息显示屏 随着信息产业的发展 显示屏近年来发展迅猛 一 一 LEDLED 显示屏的简介显示屏的简介 1 1 什么是 什么是 LEDLED 显示屏显示屏 LED 显示屏 LED panel LED 就是 light emitting diode 发光二极管的 英文缩写 简称 LED 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式 其大 概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成 靠灯的亮灭来显示字符 用来 显示文字 图形 图像 动画 行情 视频 录像信号等各种信息的显示屏幕 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏 均由 LED 矩阵块组成 图文 显示屏可与计算机同步显示汉字 英文文本和图形 视频显示屏采用微型计算 机进行控制 图文 图像并茂 以实时 同步 清晰的信息传播方式播放各种 信息 还可显示二维 三维动画 录像 电视 VCD 节目以及现场实况 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳 立体感强 静如油画 动如电影 广泛应用于金融 税务 工商 邮电 体育 广告 厂矿企业 交通运输 教育系统 车站 码 头 机场 商场 医院 宾馆 银行 证券市场 建筑市场 拍卖行 工业企 业管理和其它公共场所 LED 显示屏可以显示变化的数字 文字 图形图像 不仅可以用于室内环 境还可以用于室外环境 具有投影仪 电视墙 液晶显示屏等无法比拟的优点 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展 是与它本身所具有的优点分不开 的 这些优点概括起来是 亮度高 工作电压低 功耗小 小型化 寿命长 耐冲击和性能稳定 LED 的发展前景极为广阔 目前正朝着更高亮度 更高耐 气候性 更高的发光密度 更高的发光均匀性 可靠性 全色性方向发展 2 2 L LE ED D 显显示示屏屏的的分分类类 1 按颜色基色可以分为 单基色显示屏 单一颜色 红色或绿色 双基色显示屏 红和绿双基色 256 级灰度 可以显示 65536 种颜色 全彩色显示屏 红 绿 蓝三基色 256 级灰度的全彩色显示屏可以显 示一千六百多万种颜色 2 按显示器件分类 LED 数码显示屏 显示器件为 7 段码数码管 适于制作时钟屏 利率 屏等 显示数字的电子显示屏 LED 点阵图文显示屏 显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的 点阵显示模块 适于播放文字 图像信息 LED 视频显示屏 显示器件是由许多发光二极管组成 可以显示视频 动画等各种视频文件 3 按使用场合分类 室内显示屏 发光点较小 一般 3mm 8mm 显示面积一般几至十 几平方米 室外显示屏 面积一般几十平方米至几百平方米 亮度高 可在阳光下 工作 具有防风 防雨 防水功能 4 按发光点直径分类 室内屏 3mm 3 75mm 5mm 室外屏 10mm 12mm 16mm 19mm 20mm 21mm 22mm 26mm 室外显示屏发光的基本单元为发光筒 发光筒的原理是将一组红 绿 蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发 5 显示方式有静态 横向滚动 垂直滚动和翻页显示等 单块模块控制 驱动 12 块 最多可控制 24 块 8X8 点阵 共 16X48 点阵 或 32X48 点阵 是单块 MAX7219 或 PS7219 HD7279 ZLG7289 及 8279 等类似 LE D 显示驱动模块 的 12 倍 或 24 倍 可采用 级联 的方式组成任意点 阵大显示屏 显示效果好 功耗小 且比采用MAX7219 电路的成本更低 二 二 LEDLED 显示屏的发展趋势显示屏的发展趋势 现代信息社会中 作为人与机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速 发展 进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代 LED 显示屏作为平板 显示的主导产品之一无疑会有更大的发展 并有可能成为二十一世纪平板显示 的代表性主流产品 高亮度 全彩化 蓝色及纯绿色 LED 产品自出现以 来 成本逐年快速降低 已具备成熟的商业化条件 基础材料的产业化 使 LED 全彩色显示产品成本下降 应用加快 以全彩色户外 26 显示屏为例 1996 年的产品市场价格每平方米在 12 万元左右 1999 年已降至 7 8 万人民币 m2 LED 产品性能的提高 使全彩色显示屏的亮度 色彩 白平衡均达到比 较理想的效果 完全可以满足户外全天候的环境条件要求 同时 由于全彩色 显示屏价格性能比的优势 预计在未来几年的发展中 全彩色 LED 显示屏在户 外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱 霓虹灯 磁翻板等产品 体育场 馆的显示方面全彩色 LED 屏更会成为主流产品 全彩色 LED 显示屏的广泛应 用会是 LED 显示屏产业发展的一个新的增长点 标准化 规范化 材料 技术的成熟及市场价格的基本均衡之后 LED 显 示屏的标准化和规范化将成为 LED 显示屏发展的一个新趋势 近几年业内的发 展 市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段 几番价格回落 调整达到基本均衡 产品质量 系统的可靠性等将成为主要的竞争因素 这就 对 LED 显示屏的标准化和规范化有了较高要求 业内一些骨干企业已开始在企 业实施 ISO9000 系列标准 行业规范和标准体系的形成 对产品的检测有了相 对统一的认识和评判依据 生产条件差 技术性不强 售后服务体系不完善的 企业将受到市场的淘汰 预计今后几年内一批小规模 LED 显示屏厂商会逐步淡 出 行业的发展趋于有序 产品结构多样化 信息化社会的形成 信息领域愈加广泛 LED 显示屏 的应用前景更为广阔 预计大型或超大型 LED 显示屏的主流产品局面将会发生 改变 适合于服务行业特点和专业性要求的小型 LED 显示屏会有较大提高 面 向信息服务领域的 LED 显示屏产品门类和品种体系将更加丰富 部分潜在市场 需求和应用领域将会有所突破 如公共交通 停车场 餐饮 医院等综合服务 方面的信息显示屏需求量将有更大的提高 大批量 小型化的标准系统 LED 显 示屏在 LED 显示屏市场总量中将会占有多数份额 第第二二章章 硬硬件件设设计计 LED 显示屏的驱动电路主要由点阵显示屏 主控制器 行驱动 列控 制几部份组成 2 2 1 1 点点阵阵显显示示屏屏 最常见的 LED 点阵显示单元有 5X7 7X9 8X8 结构 前两种主要用于显示 各种西文字符 后一种常用于显示各种汉字字符 因此本设计中点阵显示屏每个 单元是 32 个 8X8 点阵 LED 显示模块 32 片 LED 点阵显示模块组成一个 128X16 的 LED 点阵 用于同时显示 8 个 16X16 点阵汉字 8X8 点阵 LED 工作原理说明 8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成 且每个发光二极管是放置在行线和 列线的交叉点上 当对应的某一列置 1 电平 某一行置 0 电平 则相应的二极 管就亮 8X8 点阵 LED 结构如下图所示 8X8 点阵 LED 外观及引脚图如下图所示 图 2 2 8X8 点阵 LED 外观及引脚图 图 2 3 8X8 点阵 LED 电路原理 2 22 2 控制器控制器 本设计选用 12m 晶振 32 个 I O 8 位数据总线的 51 类型单片机作 为控制器 在系统的设计中 选择合适的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务 的关键 而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重 目前各半导体公 司 电气商都向市场上推出了形形色色的单片机 并提供了良好的开发环境 选择好合适的单片机可以最大地简化单片机应用系统 而且功能优异 可靠性 好 成本低廉 具有较强的竞争力 目前 市面上的单片机不仅种类繁多 而 且在性能方面也各有所长 一般来说 选择单片机需要考虑以下几个方面 1 单片机的基本性能参数 例如指令执行速度 程序存储器容量 I O 引脚数量等 2 单片机的增强功能 例如看门狗 多指针 双串口等 3 单片机的存储介质 对于程序存储器来说 Flash 存储器和 OTP 一 次性可编程 存储器相比较 最好是 Flash 存储器 4 芯片的封装形式 如 DIP 双列直插 封装 PLCC PLCC 有对应插座 封装及表面贴附等 5 芯片工作温度范围符合工业级 军工级还是商业级 如果设计户外产 品 必须选用工业级 6 芯片的功耗 比如设计并口加密狗时 信号线取电只能提供几毫安的电流 选用 STC 单片 机就是因为它能满足低功耗的要求 7 供货渠道是否畅通 价格是否低廉 8 技术支持网站的速度如何 资料是否丰 富 包括芯片手册 应用指南 设计方案 范例程 序等 9 芯片保密性能好 单片机的抗干扰性能 好 STC89 系列单片机是 MCS 51 系列单片机的派生 产品 它在指令系统 硬件结构和片内资源上与标准 8052 单片机完全兼容 DIP40 封装系列与 8051 为 pin to pin 兼容 STC89 系列单片 机高速 最高时钟频率 90MHz 低功耗 在系统 在应用可编 程 ISP IAP 不占用户资源 根据本系统的实际情况 选择 STC89C52 单片机 引脚见图 2 4 我们以前常用的 89C51 有以下特点 表 1 51 单片机的优点 兼容 MCS 51 微控制器8K 字节 FLASH 存贮器 外部可扩展 RAM 达 64K 字节支持在系统编程 ISP 1000 次擦写周期工作电压 4 0V 到 5 5V 全静态时钟 0 Hz 到 33 MHz4 个八位可编程 I O 口 3 个 16 位定时 计数器6 个中断源 4 级优先中断全双工 UART 图 2 4 STC89C52 芯片引脚及功能 Power down 模式支持中断唤醒双数据指针 STC 单片机的优点 加密性强 很难解密或破解 解密费用很高 国内能解密的人少 一般的仿制者 望而退步 超强抗干扰 1 高抗静电 ESD 保护 2 轻松过 2KV 4KV 快速脉冲干扰 EFT 测试 3 宽电压 不怕电源抖动 4 宽温度范围 40 85 5 I O 经过特殊处理 6 单片机内部的电源供电系统经过特殊处理 7 单片机内部的时钟电路经过特殊处理 8 单片机内部的复位电路经过特殊处理 9 单片机内部的看门狗电路经过特殊处理 三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施 出口欧美的有力保证 1 禁止 ALE 输出 2 如选 6 时钟 机器周期 外部时钟频率可降一半 3 单片机时钟振荡器增益可设为 1 2Gain 超低功耗 1 掉电模式 典型功耗 0 1 A 2 空闲模式 典型功耗 2mA 3 正常工作模式 典型功耗 4mA 7mA 4 掉电模式可由外部中断唤醒 适用于电池 供电系统 如水表 气表 便携设备等 在系统可编程 无需编程器 可远程升级 可送 STC ISP 下载编程器 1 万片 人 天 可供应内部集成 MAX810 专用复位电路的单片机 只有 D 版本才有内部集成专用复位电路 原复位电路可以保留 也可以不用 不用 时 RESET 脚直接短到地 STC 单片机直接替换 ATMEL PHILIPS Winbon 产品 STC89C516RD 取代 P89C51RD2 RD RD W78E516 STC89C516RD 取代 AT89C51RD2 STC89C58RD 取代 PHILIPS P89C51RC2 RC RC STC89C58RD 取代 AT89C51RC2 RC 89C55 STC89C54RD 取代 AT89C55 89S52 53 89S8252 STC89C54RD STC89C53RC 取代 W78E54 W78E58 2 3 行选和列选行选和列选 2 3 12 3 1 列信号控制列信号控制 由于 LED 点阵与数码管相似 有共阴和共阳之分 因此下面以列为共阴极 行为共阳极的点阵为例 存实际应用中为了结构上安装 诎 J 试方便 可将 8 个 8 8LED 点阵做在一块电路板上 组成一块 32 16 点阵的模