单片机控制led点阵显示屏设计

单片机控制led点阵显示屏设计内容摘要：

种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在 LED 显示技术中被广泛使用。 以 8 8 点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。 图 中，红色水平线Y0、 Y1„„ Y7 叫做行线，接内 部发光二极管的阳极，每一行 8个 LED的阳极都接在本行的行线上。 相邻两行线间绝缘。 同样，蓝色竖直线 X0、 X1„„ X7 叫做列线，接内部每列 8个 LED的阴极，相邻两列线间绝缘。 在这种形式的 LED 点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“ 1”表示），在某列线上施加低电平（用“ 0”表示）。 则行线和列线的交叉点处的 LED 就会有电流流过而发光。 比如， Y7 为 1， X0为 0,则右下角的 LED 点亮。 再如 Y0 为 1， X0到 X7均为 0，则最上面一行 8个 LED全点亮。 ６ Proteus 中只有 5 7 和 8 8等 LED 点阵，并没有 16 16LED 点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个汉字，则至少需要 16 16点阵。 下面我们就首先介绍使用 8 8点阵构建 16 16点阵的方法，并构建一块 16 16LED 点阵，用于本次设计。 首先，从 的元件库中找到“ MATRIX8X8RED”元器件，并将四块该元器件放入 Proteus 文档区编辑窗口中。 此时需要注意 ,如果该元器件保持初始的位置（没有转动方向），我们要首先将其左转 90176。 ，使其水平放置，那么此时它的左面 8 个引脚是其行线，右边 8个引脚是其列线（当然，如果你是将右转，则右边 8个引脚是 行线）。 然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行 16个 LED，列线也相同。 并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。 连接好的 16 16点阵如图。 成如上图的 16 16点阵只是第一步，这样分开的数块并不能达到好的显示效果 ,下面我们要将其进一步组合。 组合实际上很简单，首先选中如上图中右侧的两块 8 8 点阵，然后拖动并使其与左侧的两块相并拢，如图 所示。 图 点阵模块组合 ７ 第 3章 方案实现 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的位置相对应的 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。 5ｘ 7的点阵共有 35 个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按 8位的锁存器来计算， 5ｘ 7的点阵需要 35/8=5 个锁存器。 这个数字比较大，因为我们仅仅是 5ｘ 7 的点阵，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，而采用另外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 7 行）的同名列共用一套驱动器。 具体就 5ｘ 7 的点阵来说，把所有同 1 行的发光管的阳极连在一起，把所有同 1 列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第 2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第 7 行之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。 当这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，就能够看到显示屏上 稳定的图形了。 采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。 显示数据通常存储在单片机的存储器中，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列方式或串行方式。 显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。 当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。 采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，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列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，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）和列数据显示两部分。 对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行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。 即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。 为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。 经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。 对于列数据准备来说，它应能 实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。 这样，本行已准备好的数据打入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。 图 1为显示屏电路实现的结构框图。 ８ 图 1，显示屏电路框图 系统硬件电路的设计 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三部分。 单片机采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定。 单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。 P1口低4 位与行驱动器相连，送出行选信号； ～ 口则用来发送控制信号。 P0 口和 P2口空着，在有必要的时候可以扩展系统的 ROM 和 RAM。 5ｘ 7的点阵显示屏的 硬件原理图如图 2 所示（在附录 A）。 列驱动电路有集成电路 74HC595 构成。 它具有一个 8位串入并出的移位寄存器和一个 8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，既达到重叠处理的目的。 74HC595 的外形及内部结构如图 3 所示。 它的输入侧有 8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。 引脚 SI 是串行数据的输入端。 引脚 SCK 是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SI的下一个数据打入最低 位。 移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。 RCK 是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。 引脚 G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高组态。 SCLR 信号是移位寄存器清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。 由于 SCK和 RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。 芯片的输出端为QA～ QH，最高位 QH 可作为多片 74HC595 级联应用时，向上一。