基于單片機的LED廣告信息展示屏控制電路設計

白昊，王艷榮

（內蒙古工業大學 信息工程學院，內蒙古 呼和浩特 010080）

基于單片機的LED廣告信息展示屏控制電路設計

白昊，王艷榮

（內蒙古工業大學 信息工程學院，內蒙古 呼和浩特 010080）

為了實現LED廣告信息展示屏的控制，提出了一種基于單片機的LED廣告信息展示屏控制設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統的硬件部分主要用單片機進行電路的控制，軟件部分采用keil uvision4進行編程，能夠完成廣告信息的滾動播出或多幅信息的自動切換播放，同時也可手動切換并固定在一幅信息上。電路軟硬件測試結果表明，設計方案正確可靠，檢測的結果符合設計指標。

單片機；LED顯示屏；動態掃描；顯示驅動

隨著LED的制造工藝和技術水平的不斷改進和完善，使得其在國內得到了廣泛的應用[1-3]。隨著社會文化的不斷發展，經濟水平的逐步提高，戶外的LED廣告屏更是在公共場所的宣傳中扮演著越來越重要的角色，其不僅僅是信息傳播一種不可或缺的載體，而且已然成為城市建設中信息傳播數字化和智能化的顯著標志[4-7]。

通過調查研究LED廣告信息展示屏控制電路的功能要求，設計出一款64*16大小的LED廣告信息展示屏。可實現廣告信息的滾動播出或多幅信息的自動切換播放，同時也可手動切換并固定在一幅信息上，并完成了系統軟硬件設計和測試。

1 系統硬件電路設計

控制系統功能框圖如圖1所示。主控芯片選擇STC15L2K60S2單片機，其外圍電路為單片機最小系統，包括按鍵電路模塊。LED點陣顯示屏是由8*8的LED最小單位點陣構成，而要完整顯示一個復雜的漢字，則需要4個最小單位，分別將其相同的行和列連接起來，便可組成一個16*16大小的點陣，點陣連接圖如圖2所示。再將4個16*16大小的點陣組合起來，便可構成64*16大小的點陣。具體的工作流程為：將編譯好的hex程序通過STC-icp軟件把指令代碼燒錄到單片機內，其I/O口串行輸出，通過595芯片進行串并轉換，實現列驅動；I/O口的輸出端通過74HC138和D4953芯片實現行驅動，進而達到顯示內容的要求。

圖1 系統硬件結構圖

圖2 16*16點陣連接圖

行驅動電路原理圖如圖3所示，行驅動電路中為了提高MCU的輸出端口使用率，通常使用譯碼電路。譯碼器件選用74HC138芯片，將兩個138級聯成為4-16線譯碼器，以實現16行LED的驅動。雙P溝道增強型MOS管D4953作為LED顯示器驅動器，主要用途有兩個，一是作為反相器。因為4線-16線譯碼器輸出的有效信號是低電平，而設計中LED點陣屏的行驅動電路是高電平有效。二是作為LED的電流放大器。當MOS管VGS兩端的壓降為5 V的情況時，輸出的漏極電流ID=4 A，足以保證LED顯示屏的發光且足夠亮。

圖3 行驅動電路原理圖

列驅動電路如圖4所示，列驅動電路使用8個串入并出移位寄存器74HC595器件級聯而成，實現64列LED的掃描驅動。74HC595串入并出寄存器是由兩部分構成，分別是可以完成8位串并轉換的移位寄存器和可并行鎖存8位的寄存器，這兩部分是互不影響的，保證了在驅動64列LED過程中數據并行存儲和移位輸出過程同時進行。

由于能正常顯示所有漢字的最小單元的大小為16*16，而上下兩片點陣可以用同一個595芯片來驅動，所以需要兩個595芯片的輸出來進行一個漢字的數據輸出的驅動，在設計中顯示控制電路所設計的點陣屏最多支持同時顯示4個漢字，因此需要8個74HC595來實現列驅動。這8個595共用一個SCK時鐘信號和RCK鎖存信號，在行選信號選中第一行的時候，經過64個時鐘信號（上升沿），便可將第一行64列的數據儲存到595芯片中，當RCK信號端的輸入為上升沿時，便可將這些數據并行輸出，與此同時，595芯片將進行下一組64列數據的傳送。當行選信號選中第二行，重復上述列數據的輸出過程，以此類推，當行選信號從第一行到十六行依次掃描完畢時，且掃描頻率大于24 Hz，人的視覺具有余暉效應，視覺形象并不會立即消失，這就使得人眼看到屏幕顯示的是穩定、清晰的文字或圖像。

2 系統軟件設計

系統的軟件部分主要由4個部分組成，分別為字模提取、數據處理、顯示驅動和顯示效果。系統軟件設計流程圖如圖5所示。HZDotReaderV2.0是一款字模提取軟件，支持提取漢字和英文字符，同時還支持用戶自己創建字符。在取模字體設置中可以進行字體效果的選擇和點陣大小的選擇，用戶可以根據自己的需求進行調整和修改。在本設計中，字體樣式選擇為宋體，點陣大小選擇為16*16，無特殊顯示效果（如:粗體、斜體、加下劃線等），與此同時，設置輸出字符的取點方式為8位橫向取模、左邊為高位，字節輸出方式為從左到右，從上到下取字。該字模軟件由于不支持多個漢字同時逐行取模，只支持多個漢字單獨分開取模，即每個漢字所生成的字模數據順序存放在內存單元中。所以在編程中必須加入數據處理部分，使其按行存放到顯示緩沖區中。如果軟件支持多個漢字同時逐行取模的話，將會很大程度上減少工作量。

圖4 列驅動電路原理圖

軟件設計首先進行系統初始化設置，然后讀取字模中的代碼完成顯示所需格式的調整，接著調用不同顯示效果的子程序，將所需顯示的數據送到顯示緩沖區，通過顯示驅動子程序將數據送給LED點陣顯示屏并將其點亮。在廣告信息的顯示效果中，主要實現了最為常用的上移顯示和左移動態顯示。系統軟件設計流程圖如圖5所示。在數據處理子程序中，字模中的每一個漢字需要32Byte的內存，并且順序存放在內存單元中。在數據讀取到緩沖區時，為了滿足顯示驅動（發送列信號）的要求，故要進行數據處理，分別讀取4個漢字取模后的第一行數據，存放在顯示緩沖區的第一行，接著讀取其第二行數據，放在顯示緩沖區的第二行，以此類推，完成16行的數據處理。再將顯示緩沖區中所需顯示的每行數據依次送給595芯片。先關閉138譯碼器使能，目的是為了消影，然后等待所需顯示的一行數據發送完畢，595的RCK信號的下降沿到來，將輸出的邏輯狀態鎖存，與此同時使138譯碼器使能，即輸出行選信號，便可將該行點亮。循環16次后，依次點亮每一行，即可顯示一個漢字。

圖5 系統軟件設計流程圖

根據實際需求，要求實現廣告信息的滾動播出或多幅信息的自動切換播放，同時也可手動切換并固定在一幅信息上。因此，加入按鍵來實現手動切換廣告信息的功能。當沒有按下任何按鍵的時候，多幅信息自動切換播放，當有按鍵按下的時候，改變寄存器中的數值并進行判斷，進入相對應的顯示效果子程序的循環之中。本設計中只設置了兩幅信息文字，而且顯示效果分別為上移顯示和左移動態顯示，故在編程上設置了3個模式。

3 硬件測試結果

圖6 信息上移圖（左）及左移圖（右）

圖6 為硬件電路測試結果示意圖。系統電路實現了上移顯示和左移動態顯示兩種效果，完成了廣告信息的滾動播出和多幅信息的自動切換播放，達到了預期要求的效果。

4結 論

完成了基于單片機控制的64*16單色LED廣告信息展示屏的軟硬件設計和硬件電路測試。結果表明硬件電路的顯示效果良好，電路拓展性高，系統穩定可靠。此系統可廣泛運用于實際生活中的各種公共場合，如公交車、銀行、火車、學校等進行信息公布和文字廣告宣傳。在進一步的研究工作中，與網絡技術結合還可實現廣告信息的遠程控制。

[1]和倩，趙敏，徐立生.LED應用產品的平均壽命評估方法[J].微納電子技術，2013，50（7）:466-469.

[2]郭夢霞.會展用大屏幕LED顯示系統的設計與實現[J].電子設計工程，2014，22（18）:135-137.

[3]諸昌鈐.LED顯示屏系統原理與工程技術[M].成都：電子科技大學出版社，2000.

[4]張鑫.單片機控制LED圖文顯示屏的電路設計[J].青島大學學報，1998，13（1）:39-42．

[5]馮月芹.基于P89V51RD2單片機LED點陣顯示屏的實現[J].電子設計工程，2012，20（6）:143-148.

[6]韓團軍.基于單片機的LED點陣顯示控制的設計[J].電子設計工程，2011，19（5）:180-182.

[7]李秀忠.大屏幕LED顯示屏控制系統設計[J].現代電子技術，2012，35（19）:135-138.

Design of control circuit for LED advertising information display screen based on MCU

BAI Hao，WANG Yan-rong
（Information Engineering College of Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010080，China）

In order to realize the control of LED advertising information display screen，a LED advertising information display screen control design scheme based on MCU is proposed，and the hardware and software design of the system is completed.The hardware of the system mainly by single chip computer circuit control，part of the software using keil uvision4 programming，to complete the advertisement information broadcast of a rolling or more pieces of information automatically play，also can be manually switched and fixed on a piece of information.The results of the system show that the design scheme is correct and the results are in line with the design target.

single chip microcomputer；LED screens；dynamic scanning；display driver

TN79

A

1674－6236（2016）18-0175-03

2015-09-25 稿件編號：201509177

白 昊（1994—），男，內蒙古巴彥淖爾人。研究方向：物聯網技術與應用。