16×16点阵LED电子显示屏的设计

摘 要： 整机以ATMEL 公司生产的单片机AT89S52为核心，介绍了LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制两个行驱动器 74LS164和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。用C语言进行编程，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。

关键词：AT89S52单片机；LED；点阵显示；动态显示；C语言

1 系统整体设计方案

1.1 需要实现的功能

要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀充足，可显示图形和文字。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。

1.2 LED显示特点

LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。

用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上都布置了LED器件，不同的场合，不同的显示特点和格式可以分别采用数码管器件或点阵显示方式，有的情况可以采用两者搭配的混合屏显示方式。

1.3 设计方案论证

⑴显示模式方案。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式。

⑵数据传输方案。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，串行传输过程较长，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换。列数据准备时间可能相当长，解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。

2 系统硬件部分设计

2.1 电源设计

⑴稳压电源技术指标。稳压电源的主要指标有电压、输出电滤及电压调节范围，从以下四个方面对它的性能加以改善：增加放大环节，提高稳定性，使输出电压可调，用复合管做调整管，使输出电流增大，增加保护电路，使电源工作安全可靠。

⑵系统电压选择。本系统电源采用了AC适配器为系统提供。AC适配器具有以下优点：耐热、耐湿、可靠、具有电流保护和短路保护功能。

2.2 单片机系统及电路

⑴单片机系统。单片机采用89S52或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行，这里我们选择了内含4K字节Flash的AT89S52，因为我们只需要显示特定的图形和文字，无需庞大的字库。

⑵单片机系统电路。单片机振荡器反相放大器的输入端（XTAL1）和输出端（XTAL2）之间接上12MHz或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。电容C1、C2是晶振的负载电容，主要起频率微调和稳定的作用。

2.3 LED显示屏电路

LED显示屏是将发光二极管按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。本文使用4块SBM1388型号的实验模块组成16×16点阵，以满足汉字显示的要求。

3 系统软件部分设计

3.1 系统主程序

系统的主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，然后LED显示屏进入开机状态，转入正常的显示。系统程序结构属中断方式，根据总体结构，可将程序划分为几个功能化模块：串行口中断服务程序、多字滚动显示子程序、单字显示子程序、扫描程序。

3.2 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。

4 调试及性能分析

4.1 软件调试

调试可按下列步骤进行：⑴目标程序纠错。仿真器软件能给用户输入的程序指令纠错。⑵子程序功能调试。调试时可对一个个子程序分别进行调试，看程序执行结果是否符合设计要求。⑶整体程序综合调试。把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的功能显示。

4.2 硬件调试

调试工作可以分为四步：⑴目测检查。仔细检查样机线路是否连接正确。⑵电源调试。若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。⑶通电检查。在电源与其余电路之间串接一个电流表。若接通后电流很大，说明电路中有短路或故障。⑷检查相应芯片的逻辑关系。加电后检查各芯片插座上相关引脚的电位。

4.3 性能分析

系统通过调试组装后一般即可正常工作。LED显示屏的刷新频率及显示显示效果是主要的性能指标。显示屏刷新率由定时器T0的溢出率和单片机的晶振频率决定。

[参考文献]

[1]李全利，编著.《单片机原理及接口技术》（第2版）.

[2]诸昌钤，编著.《LED显示屏系统原理及工程技术》.

[3]梅开乡，主编.《数字逻辑电路》（第2版）.