金柱

【摘 要】LED顯示屏作為一種新型的顯示器件，是由多個發(fā)光二極管按矩陣形式排列封裝而成，通常用來顯示時間、圖文等信息。本設(shè)計是基于ATS52單片機的16×16顯示屏，其中包含了硬件、軟件、調(diào)試等方案的設(shè)計。此外，該設(shè)計只需簡單的級聯(lián)就能實現(xiàn)顯示屏的拓展，但級聯(lián)時要注意不要超過驅(qū)動負(fù)載范圍。

【關(guān)鍵詞】ATS52；LED；單片機

1 設(shè)計意義

LED顯示屏是—種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂；以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。

它的優(yōu)點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)功能要求

設(shè)計—個能顯示16×16點陣圖文LED顯示屏，要求能顯示圖文或文字，顯示圖文或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰，圖文或文字顯示，以卷簾形式向上滾動顯示。

3 方案設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

3.2 設(shè)計論證

一般有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方案，靜態(tài)方案雖然設(shè)計簡單，但其使用的管腳太多，如本設(shè)計中16×16的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，16×16的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是16×16的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。

動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用—套驅(qū)動器。具體就16x16的點陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在—起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄 火；以此類推，第16行之后，義重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。

采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把—行和各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的 列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?/p>

3.3 點陣及其驅(qū)動部分

點陣顯示用是動的態(tài)掃描來實現(xiàn)的。在采用掃描方式顯示時，由于每行要帶動十六個二極管，每行電流較大。若每個二極管安5mA計算，十六個二極管就得80mA電流，超出單片機管腳的承受范圍，因此每行都加有一個驅(qū)動器，本設(shè)計的行驅(qū)動用的是十六個pnp型三極管。二極管的發(fā)射極接5V電壓，集電極接點陣的行線，而其基級本應(yīng)接單片機，但該接線方式占用為了16個單片機管腳，為了節(jié)省單片機管腳，用了一片74LS154譯碼器這樣就只需要3個管腳了。

4 軟件設(shè)計

本軟件要求實現(xiàn)如下要求：漢字要穩(wěn)定、明亮并且文字要以—定速度上升滾動顯示。

顯示屏軟件模塊：初始化程序、主程序、多字滾動、顯示程序、掃描程序。顯示程序的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。軟件設(shè)計中，顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動器程序由定時器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。

4.1 顯示驅(qū)動程序

顯示驅(qū)動程序在進(jìn)人中斷后首先要對定時器TO重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計算公式如下：刷頻率（幀頻）二1/16xT0溢=l/16Xf/12（65536-t）。其中f位晶振頻率，t為定時器TO初值（工作在16位定時器模式）。

然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下—行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。

4.2 系統(tǒng)主程序

本設(shè)計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移人移出等顯示方式。

系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約幾秒；接著向上滾動顯示“——”這幾個漢字及一個圖形，然后以“卷簾人”效果隱去圖形。由于單片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。

如果想改變些事內(nèi)容，先用字模產(chǎn)生字代碼，將用這段代碼覆蓋原來的代碼，即可顯示你想要的內(nèi)容。

5 設(shè)計總結(jié)

本文設(shè)計的16×16的點陣LED圖文顯示屏，能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示的圖形和文字較穩(wěn)定、清晰。圖形或文字向上滾動顯示。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。

在此次設(shè)計中，我們得到以下體會：（1）在這次點陣設(shè)計的過程讓我進(jìn)一步熟悉KEIL及Proteus的使用。（2）本次設(shè)計結(jié)果仍有缺陷，有—行總是全亮，干擾顯示。（3）通過這次點陣設(shè)計，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MCS-52優(yōu)點，明確了研究目標(biāo)。（4）本文設(shè)計的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字以移人移出方式顯示。（5）在后的設(shè)計中，既要想到電路器件的聯(lián)合使用，又要靈活變通，舉一反三。在焊接方面，我們了解到焊接某些器件時，要先消去電烙鐵上的靜電，防止靜電對芯片特別是放大器件造成傷害，焊接二極管、三極管等芯片要快，防止持續(xù)高溫?fù)p壞芯片。

[責(zé)任編輯：丁艷]