6×16点阵LED室内电子显示屏的设计与应用

【摘 要】LED显示屏作为一种新型的显示器件，是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通常用来显示时间、图文等信息。本设计是基于ATS52单片机的16×16显示屏，其中包含了硬件、软件、调试等方案的设计。此外，该设计只需简单的级联就能实现显示屏的拓展，但级联时要注意不要超过驱动负载范围。

【关键词】ATS52；LED；单片机

1 设计意义

LED显示屏是―种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂；以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。

它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。

2 系统功能要求

设计―个能显示16×16点阵图文LED显示屏，要求能显示图文或文字，显示图文或文字应稳定、清晰，图文或文字显示，以卷帘形式向上滚动显示。

3 方案设计

3.1 总体设计

3.2 设计论证

一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，如本设计中16×16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是16×16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。

动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用―套驱动器。具体就16x16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在―起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄 火；以此类推，第16行之后，义重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。

采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把―行和各列的数据都传送到相应的 列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。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，并列传输的方案是不可取的。

3.3 点阵及其驱动部分

点阵显示用是动的态扫描来实现的。在采用扫描方式显示时，由于每行要带动十六个二极管，每行电流较大。若每个二极管安5mA计算，十六个二极管就得80mA电流，超出单片机管脚的承受范围，因此每行都加有一个驱动器，本设计的行驱动用的是十六个pnp型三极管。二极管的发射极接5V电压，集电极接点阵的行线，而其基级本应接单片机，但该接线方式占用为了16个单片机管脚，为了节省单片机管脚，用了一片74LS154译码器这样就只需要3个管脚了。

4 软件设计

本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以―定速度上升滚动显示。

显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。

4.1 显示驱动程序

显示驱动程序在进人中断后首先要对定时器TO重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下：刷频率（帧频）二1/16xT0溢=l/16Xf/12（65536-t）。其中f位晶振频率，t为定时器TO初值（工作在16位定时器模式）。

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―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。

4.2 系统主程序

本设计的系统软件能使系统LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移人移出等显示方式。

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，停留约几秒；接着向上滚动显示“――”这几个汉字及一个图形，然后以“卷帘人”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。单元显示屏可以接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容。

如果想改变些事内容，先用字模产生字代码，将用这段代码覆盖原来的代码，即可显示你想要的内容。

5 设计总结

本文设计的16×16的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示的图形和文字较稳定、清晰。图形或文字向上滚动显示。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

在此次设计中，我们得到以下体会：（1）在这次点阵设计的过程让我进一步熟悉KEIL及Proteus的使用。（2）本次设计结果仍有缺陷，有―行总是全亮，干扰显示。（3）通过这次点阵设计，重新复习并进一步学习了MCS-52优点，明确了研究目标。（4）本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字以移人移出方式显示。（5）在后的设计中，既要想到电路器件的联合使用，又要灵活变通，举一反三。在焊接方面，我们了解到焊接某些器件时，要先消去电烙铁上的静电，防止静电对芯片特别是放大器件造成伤害，焊接二极管、三极管等芯片要快，防止持续高温损坏芯片。