LED屏幕顯示系統的設計與研究

海南師范大學 林明祥

LED屏幕顯示系統的設計與研究

海南師范大學 林明祥

本文設計了一個8×8點陣LED顯示屏的顯示系統，重點介紹了LED屏幕的動態顯示方法，分別使用了兩個定時器來控制顯示屏的亮度及顯示字符的動態移位速度。設計了LED屏幕顯示系統的電路原理圖，顯示的字符的取模，以及軟件流程設計。在系統的設計時，根據實際的LED屏幕類型及電路連接設置，選擇了適合的陰極取模方式。

LED屏幕；顯示系統；電路原理；字符模型

大屏幕顯示，在我們生活中越來越多被采用的，具有很好的體積小、方便簡單、顯示效果佳、投入低等優點。是我們不可或缺的產品。它可以通過屏幕讓你獲得，中英文、圖像和動畫的顯示，逐漸的替代傳統數碼管CRT顯示器。

1.研究概述

LED顯示屏的研究采用屏幕為8×8的點陣顯示，側重于動態處理方法，由于顯示屏幕的局限性，在此次的研究設計中只能顯示英文和數字。一個基本的LED屏幕由8行×8列點共64個LED組成[2]，顯示屏有共陰和共陽兩種連接方式。

每一列的所有LED的陰極連接在一起，每一行的所有LED的陽極連接在一起。這樣每塊屏幕在外部具有8個陽極和8個陰極，以共陰極LED屏幕為例，陽極端為數據端，陰極端為選通端，當數據端為高電平而選通端為低電平時，交叉點的LED就被點亮。

表1 Atmega16資源分配

圖1 獨立選通方式

圖3 硬件線路系統圖

2.設計思路分析

對由8×8點陣構成的LED顯示屏而言，一般數據端連接微處理器的8位并行數據口，而選通端則逐一使能（選通），選擇需要點亮的某一列，通過分時復用方式實現動態顯示效果。選通方式一般有兩種：獨立選通和譯碼選通。

如果屏幕較小，處理器有足夠的I/O口可用，則可以每個I/O口連接一個選通端，如圖1所示；如果屏幕較大，或者處理器的I/O口不是非常豐富，則可以通過譯碼方式來選通，如圖2所示。例如當8片8×8點陣的LED組成一個8×128點陣的LED屏幕時，直接選通方式需要64個I/O口，而譯碼選通方式只需要6個I/O口。

本文研究的LED屏幕顯示設計，是演示一種循環移位顯示效果，上電后，Atmega16首先對8×8點陣LED屏幕進行自檢，依次點亮所有的LED，然后在LED屏幕上循環顯示“A LED TEST”字符。

表2 LED屏幕移位顯示原理

圖2 譯碼選通方式

圖4 LED字模生長

圖5 Timer0中斷處理流程圖6 Timer1中斷處理流程

3.硬件電路設計

8×8點陣LED顯示屏系統所需要的資源如表1所示。電路原理中，主要是利用Atmega16單片機的數據端口、選通端口、中斷端口[3]進行LED的控制設計。

在LED顯示系統中，用到一個8×8的顯示屏，所以采用8個選通I/O口，選通方式采用獨立選通方式。通過軟件Atmega16的I/O口來提供給選通的信號。Atmega16不需附加其的驅動線路，軟件atmega16具有直接驅動的能力。顯示屏系統電路圖如圖3所示。

原理圖中，用單片機的PA[7..0]端口去控制LED的D7—D0接口，用PD[7..0]去控制S7—S0接口，實現LED與單片機之間的數據與控制信號交換。圖3中Y1為單片機的晶體振蕩器，它與電容C2、C3共同組成了單片機的外部振蕩電路；而電容C1與單片機的RESET端口形成了單片機的復位電路。

設計完硬件電路圖，需要再對單片機芯片進行程序的編輯和設計，配合軟件程序功能的運行，才能完整實現LED屏幕顯示系統功能。

4.系統軟件設計

本節對LED屏幕顯示系統進行軟件設計。

4.1 顯示字模

8×8點陣LED屏顯示的字符需要通過取模的方式轉換成實際的顯示數據，這個過程可以通過Pcto LCD 2002軟件[6]來實現，如圖4所示，Pcto LCD 2002是一種LCD字模生成軟件，同樣適合于為點陣LED屏幕進行字模生成。

在這里選擇生成的英文字符的規格為8×8點陣，同時設置取模方式為陰極（點亮的位為1）、逐列式及順向（高位在前）。

4.2 顯示控制

顯示控制需要關注兩個方面：字符的正常顯示和字符的移位顯示。

字符的正常顯示原理同數碼管顯示一樣，為分時顯示方式。T/C0的定時中斷用來控制顯示掃描頻率，可以通過調整T/C0的周期來調節LED屏幕的顯示亮度。

為了進行移位顯示，設置了一個8位的顯示數據緩沖區，移位顯示的原理如表2所示，字符A的8個字節的顯示數據每間隔1秒依次從最右邊的移位到最左邊，當8個字節顯示完畢時，A字符的第1個數據移出而B字符的第1個顯示數據移入，從而實現移位顯示。

4.3 中斷處理

Timer0的1ms中斷服務程序處理緩沖區顯示流程如圖5所示，Timer0中斷服務處理程序只需要完成執行選通和送數據這兩項。

Timer1的1s中斷服務程序處理顯示字符更新，其處理流程如圖6所示，從第一個字符開始顯示，直到字符的位數移動8位后，顯示下一位，直到字符串結束，返回第一個字符循環下去。

5.結束語

通過研究LED顯示屏的顯示系統，重點了解LED屏幕的顯示動態的方法，分別使用了兩個定時器來控制顯示屏的亮度及顯示字符的動態移位速度。LED屏幕顯示系統的原理圖在DXP 2004下設計，顯示的字符可以通過Pcto LCD 2002軟件來取模，在系統的設計時，根據實際的LED屏幕類型及電路連接設置，選擇了適合的陰極取模方式。

[1]王洪博.基于嵌入式技術的LED屏幕控制系統[D].濟南:山東大學,2007:32-33.

[2]袁勝臣.基于ATmega128單片機的LED屏幕顯示系統[D].合肥:合肥工業大學,2006:24-25.

[3]馬潮.高檔8位單片機ATmega128原理與開發應用指南[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009:78-79.

[4]傅為忠,張小莉.LED屏幕顯示系統應用研究[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2008,17(12):158-159.

[5]曹彩萍,李鋼.基于單片機的LED屏幕顯示系統的設計與實現[J].電腦知識與技術,2006(9):105-112.

[6]楊秀鳳,李志剛.雙路可控電源驅動電路設計研究[D].中國電工技術學會低壓電器專業委員會第十三屆學術年會,2007.