摘要：信息产业的快速发展，带动着LED显示屏成为了现代信息传输的重要工具。当前LED电子显示屏的显示效果也在向更高的台阶迈进，致力于追求高亮度、匀称发光、高可靠性的目标。此外，体系的运转和运行维护也向智能化方向发展。为此，文章主要围绕基于单片机的LED电子显示屏系统设计方面展开分析，希望能够促使LED显示屏实现汉字的动态显示和实时时间显示的同时，又能在正常的照明情况下显示亮度，最终能够为相关人士提供重要的参考价值。
关键词：单片机；LED点阵屏；系统设计
引言
文章主要以STC89C52单片机为控制核心的LED显示屏系统展开分析，经过实践证实，该LED显示屏系统能够动态显示中文文字和字符。从设计结果来看，基本实现了系统所要求的功能指标。
一、LED电子显示屏内容分析
（一）功能
LED显示屏以其超大画面、超强视觉、亮度高、寿命长以及灵活多变的显示方式等优势，成为目前国际上使用广泛的显示系统。随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。显然，LED显示已成为现代化和信息化社会的一个重要标志。有着巨大的社会效益和丰厚的经济效益。研究利用单片机控制LED的文字显示对于学习单片机的基本原理和程序设计具有重要的作用和意义。
（二）显示驱动模块的方案论证
常用的显示驱动方式有三种：第一，串行控制驱动，这种方式的好处是单元内的线路连接简单，给印刷电路板的设计带来方便，减少了布线的密度，方便以后的制作与调试，而且相对提高了每个单元的可靠性；第二，并行控制驱动，将显示数据通过并行（一般为8位）方式送入驱动电路，它的好处是：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量的数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性，但也正因为“并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂，布线后的排错难度大大增加；第三，采用专用集成电路（ASIC）直接驱动，由于这种专用集成电路是集行控制、列控制和外围驱动于一体，使系统的稳定性更为可靠，特别适合户外的大型或者超大型显示屏。本次设计的显示屏仅为8行*128列，更适合采用串行控制这种方式，这样做既省去了并行控制驱动在制版过程中十分复杂的布线，又因为没有采用专用集成电路在一定程度上降低了整个系统的成本。
（三）控制系统的方案论证
LED点阵电子显示屏的设计一般有两种方案：第一，采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号由于该系统需要用到中大规模的PLD，设计多个接口电路，开发周期长，不易进一步扩展，同时系统的成本会急剧上升（相对于第二种方案）。第二，采用单片机系统来实现传统的51系列8位单片机具有丰富的资源，而且数据处理速度快，同时单片机最小系统电路外还包括有电源电路、复位电路等，体积小，可靠性高。
（四）接口方式选择
我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。在这个例子里，由于一共用到16行，16列，如果将其全部接入89C51单片机，一共使用32条I/O口，这样造成了I/O资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。实际应用中我们使用74LS138译码器来完成控制行选信号，而每个8*8LED列信号8条线则接在74HC595上，再通过三极管的驱动来达到显示效果。这样节省了I/O口，电路也变简单。实际应用更广泛。
二、系统组成及硬件电路设计
（一）系统组成
基于单片机的点阵LED显示屏系统所要实现的功能包括显示汉文和字符，能滚屏，可以实时显示。系统的基本组成是单片机最小系统、按键电路、时钟电路、行驱动电路、列驱动电路以及LED点阵等。
（二）硬件电路设计
首先，16*32LED显示屏设计采用8个8*8点阵按照两排四列的顺序组成所需的16*32LED显示屏。行译码用串并联转换器74HC154，它拥有16个输出引脚，正好对应点阵的16个行。四个74HC595分别对应点阵的32个列，74HC595作为一种串行输入、并行输出的列译码器件，其优点是可以以少量的线路输出大量的数据。另外，行、列驱动单元设计行译码用74HC154，列译码用74HC595。行、驱动电路如图1、2所示。
图1 行驱动电路：
三、系统软件设计
该LED点阵电子显示屏各模块的显示方式分为静态和动态两种。其中静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，通常是一帧画面输入以后便可永久显示，如果我们需要改变显示内容，就必须重新输出新的点阵数据，这样不便于大屏幕的制造，成本高，可靠性低，而且需要的译码驱动装置也很多，因此，在实际应用中一般采用动态显示方式。动态显示采用扫描的方式工作，把整个LED屏幕分为若干部分，每一幅画面的显示是显示完一部分后，又显示第二部分……直到显示完成最后一部分又重新开始显示第一部分，重复循环进行，在重复扫描速度足够快的情况下，由于视觉暂留效应，我们看到的就是一幅稳定的画面，也就是说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新，在这种方式下其显示驱动电路可重复利用，引线也大大减少，从而使硬件成本降低，且显示屏幕的发光二极管轮流发光，使耗电量大大降低，大屏幕的制造、维护更容易，并且能够增加可靠性。该点阵式LED显示屏采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的、相对静止的画面。根据程序设计的结构和思路，把单片机AT89C52在点阵电子屏的显示任务中的工作量分为以下两个部分[1]。
（一）中断扫描显示任务
扫描显示任务负责把数据依次发送到列驱动器74HC595，并按严格的时序低电平选通16根行扫描线，使每一列数据对应着一个行线状态，部分中断程序如图3所示。
图3 中断处理程序：
（二）移动处理任务
移动处理任务负责完成显示字符逐点阵向左移动的算法处理，这是最基本的显示效果。其他大部分显示效果如左移几个汉字后暂停，全屏定格显示等都是以逐位左移为基础。对显示字符的移动，实质上是对显示缓冲区BufferDat内数据的移动。其中，实现汉字上移的程序如图4所示[2]。
图4 汉字上移程序：
结论
简而言之，文章主要介绍了一种16*32LED点阵显示屏，该点阵屏由单片机STC89C52作为核心控制器，LED点阵的行驱动电路采用74HC154芯片，列驱动电路采用74HC595芯片，以达到中文文字和字符的动态显示，时钟电路采用时钟芯片DS1302，主要实现实时时间的显示。仿真和实物结果显示，该系统具有实用性强，应用范围广这两大特点，具有很好的实用价值和应用前景[3]。
参考文献：
[1]陈忠平．基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].电子工业出版社，2018．
[2]王全．AT89S51单片机原理及应用技术[M].机械工业出版社，2017．
[3]诸昌钤．LED显示屏系统原理与工程技术[M]．成都：电子科技大学出版社，2017．
论文作者:李庆
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/16
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