LED点阵显示屏控制与设计

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【摘 要】本文设计了以单片机为微控制器，以32×32点阵led组成显示模块，结合行、列扫描驱动逻辑电路，实现信息输入和LED屏显示控制。

【关键词】LED点阵显示屏；光电书写笔；微亮扫描；光敏检测

整个系统以控制计算机为中心，控制、处理、编辑、传输、采集播放内容，不论是自己制作的动画片、广告，还是局域网及互联网传输来的信息，或是设备播放的内容，经过专用传输系统，显示在 LED 显示屏上。在有多个显示屏联网使用的系统中需要一台编辑电脑，作为所有显示屏时间和空间使用的总导演。整个系统由编辑计算机、显示屏体、控制机系统、信号传输系统、音视频设备、供电系统、软件、固定框架部分组成.

1 电路设计

基于上述原理分析，各部分电路设计如下。

1.1 微控制器单元设计

单片机应用简单，软件编程灵活，因而采用单片机作为系统的控制器，能够满足本系统的应用需要。同时，该型号单片机具有功能强大的位操作指令，大大方便系统的调试，微控制器单元包括单片机、晶振电路、复位电路。复位电路由RC充电网络构成，开机上电时在电容负极性端产生至少2个机器周期的高电平输入RST完成复位。为了定时准确，晶振电路选12MHz，可产生精确到μs级的时隙，方便定时操作。另外，本系统通过I /O口驱动按键用于清屏操作。

1.2 X/Y轴扫描逻辑单元

通常LED点阵显示屏采用74LS595进行扫描驱动，每片可驱动8列，驱动32列需要4片，同时每列数据串行输入，逻辑电路移位造成速度过低。因此，本设计中采用4片74LS373锁存器对LED点阵X轴方向进行列扫描，将LED点阵显示屏作为外部RAM驱动，以MOVX指令对总线操作一次完成一列扫描，指令执行占用2个机器周期，对于12MHz晶振，在2 μs刷新一次列扫描数据，可保证每点点亮48μs，达到书写流畅的要求。

2 系统设计

单片机在LED点阵显示系统中主要负责数据的接收、存储和扫描显示 LED点阵屏三大主要功能。串行移动的子程序设计是一个通用子程序，在显示子程序中都要被调用，功能是移位寄存器接收单片机发出的点阵行数据，逐位移动到对应位置后再进行锁存和输出工作，同时对四六译码器进行开关工作，控制屏幕的显示。该系统软件为开发的LED显示屏的编辑和播放功能一体化的专用软件，与大屏幕密切配合，系统集图形制作播放、艺术字型制作播放、三维动画播放等强大功能于一体，界面美观，全中文菜单操作方便，总体设计思路是提供简捷方便和交互的节目制作播放环境，其功能可由用户自由组合后，进行循环播放、 多画面播放 并自动切换，且各项均可分别实行定时、定速、显示方式多种多样，具有良好的扩充性和可靠性：全中文菜单，人机直接交互，所见即所得，操作简便； 可以交互式的在显示映射区域放置各种信息对象，实时调节对象属性，支持文本、图片、动画、视频等显示。有 100 多种显示方式，可以通过键盘、鼠标、扫描仪等不同的输入手段输入文字、图象等信息；文字可放大、缩小、拷贝等编辑处理；图像可经过软件进行修改、编辑各种字体、字形、色彩选择，插入各种显示方式，各项编排可自由组合、定时，达到理想的显示效果。本软件提供五笔、拼音、区位、英文四种常用的输入方式，用户可根据需要任意选择输入方式，在 WINDOWS 、金山等任意中文系统的字体都可直接调用，并可对字的各种方向上加边修饰，字色、边色可任意选，所选字属性均有示范，客户可直观感觉所选属性是否合适， 实现最佳的艺术效果。 不同显示方式使屏体每一幅图案、单调的文字更有吸引力，增加画面的动感，本软件提供多种不同的显示方式，如循环、开帘、卷帘、中开、闪烁、旋转显示等多种显示方式。可直接显示 OFFICE2000 的文档、图表，全面支持国内最流行的办公软件文档。通过 OLE 连接可实现各种流行播放媒体文件的显示。显示屏可播放视频信号。

2.1 系统主程序

系统主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，包括设置串口、定时器、中断和端口；然后以“卷帘出”效果显示图形，停留约3s；接着向上滚动显示“我爱单片机”这5个汉字及一个图形，然后以“卷帘入”效果隐去图形。由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统程序不断的循环执行上述显示效果，

2.2 显示驱动程序

显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。

3 列驱动电路

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。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。能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端向上一级的级联输出。但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。这样的结构，使得串行移位能把显示数据依次输入到相应移位寄存器输出端，移位过程结束后，控制器各列显示数据一起打入相应的输出锁存器，通过选通相应的行，该行的各列就按照显示数据的要求进行显示。由于系统设计时采用每两行字即共用一个控制器，上下两部分各16行。当上部分1行384列的数据准备好之后，先不打入其输出锁存器，也先不选通该行，而是继续为下半部分的同名准备数据，当上下部分同名行的列数据也准备好之后，才把它们一起打入各自的输出锁存器，并发出该行的选通信号。在电路安排上，上下两部分的列串行数据输入端是并连的， 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。此控制电路部分相当每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。？

4 调试

调试主要分为硬件调试和软件调试：

（1）硬件调试：在焊接电路板的时候，应该从最基本的最小系统开始，分模块，逐个进行焊接测试。在对各个硬件模块进行测试时，要保证软件正确的情况下去测试硬件，要不然发生错误时，不知道到底是哪一方出错了。当然，在设计的过程中也存在着失误和不足。

（2）软件调试：软件部分是先参考书上的例子，然后自己根据硬件电路写程序，由于在第四学期开设（单片机技术应用与系统开发）学过汇编语言，所以这个系统在编写程序过程中都采用汇编语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经过仔细分析修改最后编译成功。但是，在实际写入S51中，LED显示屏出现各种各样的乱码，通过再次认真仔细分析多次修改程序后，程序能够正常运行。

【参考文献】

[1]张敏，任琼.LED显示屏几种控制电路及比较[J].江汉大学学报，2001（03）.