LED電子顯示屏

蘇雪松

摘要：本文介紹了LED電子顯示屏的發展及分類、硬件電路兩大方面的內容。最后，筆者提出了在以后的研究工作中，還需要做的三點工作。

關鍵詞：LED電子顯示屏；發展；分類；硬件電路

中圖分類號：G632.0 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）09-0140

一、LED電子顯示屏的發展及分類

第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所。

第二階段是1995年到1999年，出現了64級、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術、圖像處理技術、光纖通信技術等的應用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。

第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍LED管大量涌入中國，同時國內企業進行了深入的研發工作。

本次題目的要求是設計一個16*16的點陣LED電子顯示屏，要求顯示亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示穩定清晰，無串擾，顯示方式要求有靜止和移入移出兩種顯示方式。

1. LED點陣電子顯示屏的設計方案

LED點陣電子顯示屏的設計一般有兩種方案：方案一：采用可編程邏輯器件作為核心控制器產生LED點陣的行、列驅動信號。方案二：采用單片機系統來實現。

本設計硬件方面以單片機AT89C51為主控制器，采用4塊8×8點陣LED顯示模塊來組成16×16點陣顯示模式，顯示各種文字或單色圖像。

2. LED點陣屏顯示驅動方式比較

LED點陣屏顯示電路常用的顯示驅動方式有兩種：

方案一：串行控制驅動，這種方式的好處是單元內的線路連接簡單，給印刷電路板的設計帶來方便，減少了布線的密度，方便以后的制作與調試，而且相對提高了每個單元的可靠性。

方案二：并行控制驅動，將顯示數據通過并行（一般為8位）方式送入驅動電路，這樣的好處是：相對于串行控制而言，數據的刷新速度快，在處理同等數量的數據時，對處理速度要求可以大大降低，從而提高了系統的穩定性，但也正因為“并行”使單元內的數據線路的連接更加復雜，布線后的排錯難度大大增加。

二、關于硬件電路

1. 硬件電路設計基本思路

點陣式漢字顯示屏的電路包含電源電路、復位電路、時鐘電路、驅動電路、單片機控制電路和LED點陣屏顯示電路等六大部分：（1）電源電路通過變壓元件為整個電路提供5V的工作電位。（2）復位電路可在需要時為單片機手動復位清零，使整個電子顯示屏初始化。（3）時鐘電路是單片機的工作驅動電路；單片機內的程序控制著整個電路，其輸出通過譯碼器SN74LS154譯碼作為點陣屏的驅動。（4）驅動電路，我們采用串行控制驅動方式。

2. 本系統所采用的硬件電路

系統所采用的硬件電路大致上可以分成單片機系統及外圍電路、列驅動電路和行驅動電路三部分。

（1）外圍電路

電源電路通過變壓元件為整個電路提供 5V的工作電位 。

時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端（XTAL1及XTAL2）以及12MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內振蕩方式。

（2）列驅動電路

列驅動器由集成電路74HC595構成。

（3）行驅動電路

單片機P1口低4位輸出的行號經4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號線，再經過驅動器驅動對應的行線。一條行線上要帶動16列的LED進行顯示，按每一LED器件20mA電流計算，16個LED同時發光時，需要320mA電流，選用三極管TIP127作為驅動管可滿足要求。

3. 硬件電路所需器件介紹

（1）ULN2803A達林頓管陣列

達林頓管就是兩個三極管接在一起，極性只認前面的三極管。

具體接法如下：以兩個相同極性的三極管為例，前面為三極管集電極跟后面三極管集電極相接，前面為三極管射極跟后面三極管基極相接，前面三極管功率一般比后面三極管小，前面三極管基極為達林頓管基極，后面三極管射極為達林頓管射極，用法跟三極管一樣，放大倍數是兩個三極管放大倍數的乘積。達林頓管又稱復合管。它將二只三極管適當的連接在一起，以組成一只等效的新的三極管。這等于效三極管的放大倍數是二者之積。

（2）74HC595芯片簡述

①74HC595概述

74HC595是硅結構的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數據在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關斷狀態。

②74HC595 芯片驅動LED的特點

74HC595 芯片驅動LED有以下特點：速度較快，功耗較小，LED 的數目多少隨意，既可以控制共陰極的LED顯示器，也可以控制共陽極的LED 顯示器，可以軟件控制LED 的亮度，還可以在必要的時候關斷顯示（數據保留），以減小功耗，并可隨時喚醒顯示。

（3）關于軟件

軟件編程方面采用匯編語言編程，涉及了單片機的時鐘、中斷和復位的使用。

設計基本思路：①先對相關變量進行初始化。②循環掃描亮 16行 LED 稱點亮一幀圖象。③一幀圖象掃描完畢后，列指針向右移動1位 ，再掃描下一幀圖象。為了控制漢字共動的速度，有時候要對一幀圖象掃描數次后才將列指針移位。依次類推，列指針共向右移動 16位。這樣，主觀上感覺到圖象（下轉第145頁）（上接第140頁）向左滾移動。④移動一個漢字 列指針右移 16位后，字指針向下一個漢字。再重復 2～4過程。這樣，我們就能在顯示屏上看到持續不斷的滾動漢字信息了。

三、總結

該顯示系統已能實現LED顯示的基本功能，但由于作者水平和制作時間有限，距離一個完全實用的，能完全符合市場需求的顯示系統還有一定的差距。因此，在以后的研制過程中，還需要做大量的工作，比如：1. 在系統抗干擾方面，都還必須在工作現場根據時間情況進行大量的實驗、數據分析，才能最終實現LED顯示系統的可靠工作。2. 在增強圖文屏顯示效果上，可使用雙色或多色顯示屏，以滿足顯示更加豐富多彩的圖形和文字。3. 可將顯示屏接如網絡，每一個LED顯示器可作為一個網絡節點，用一個主機來維護。

（作者單位：遼寧省盤錦市盤山縣高級中學 124100）