基于51单片机的LED点阵显示屏的设计

【摘 要】本文主要介绍了基于51单片机为核心的LED点阵显示屏控制系统的设计，在对LED点阵显示屏做了简单介绍的基础上，详细阐述了LED点阵显示屏的控制系统的主要框架结构，通过译码电路和驱动电路来完成显示屏的控制和数据传输，同时根据控制系统的主体结构框架，对系统的控制流程进行设计，从而完成LED点阵显示屏的信息的显示。

【关键词】51单片机；LED点阵显示屏；译码电路；驱动电路；数据显示

一、概述

随着科学技术的不断发展，人类社会已经步入了信息时代，LED点阵显示屏作为新一代的视觉传播媒体已经在全球迅速发展起来。尤其是伴随着电子技术和产品制作工艺的不断提升，LED点阵显示屏拥有了亮度高、功耗小、工作电压低、占用面积小、寿命长、性能稳定等优点，在步入二十一世纪后智能触屏电子终端等数码产品的发展更是推动了LED显示屏的广泛应用。所以，对于51单片机以及LED点阵显示屏学习和深入研究对于推动LED显示技术的发展具有非常重要的现实意义。

二、51单片机控制LED点阵显示屏的设计

（一）LED点阵显示屏

LED点阵显示屏是由有多个发光二级管点阵构成的，通过控制特定二极管的亮灭来显示人眼能够识别的信息的一种显示屏幕。一般的LED显示屏在制作工艺上有两种构成方式，一是有单个的发光二级管逐个点连接起来构成，另一种是选用单个发光二级管来构成LED点阵子模块的大显示屏，所以我们可以根据自己的设计需求来选择相关的LED点阵显示屏。同时，LED点阵显示屏提供数据输入输出接口，能够与来自单片机的扩展端口进行数据通信，从而实现51单片机通过向LED点阵显示屏按照特定顺序和规则发送显示数据来进行信息显示。

（二） 51单片机控制LED点阵显示屏系统框图

单片机是以超大规模集成电路技术为基础的将具有数据处理能力的CPU中央处理器、存储器RAM和ROM、数据交互I/O端口、定时器/计时器以及中断系统于一身的集成电路芯片，51单片机是单片机家族中兼容了intel8031的指令系统的较为典型的单片机系列，它拥有128字节的数据存储RAM供用户使用，32条数据I/O端口为单片机提供数据输入输出以及存储器地址寻址，加上51系列的单片机结构简单，成本较低，易于控制，通过简单编程即可控制译码电路和显示驱动电路来控制LED点阵显示屏工作来进行信息显示。

如图1.所示，51单片机为LED显示屏的控制核心，常用的51单片机为AT98C51芯片，通过程序编程，用户即可将显示信息的数据以及电路和LED点阵显示屏的控制写入到单片机内，由AT89C51单片机按照程序进行对电路和LED点阵显示屏的控制。译码电路主要组成部分为74LS373锁存器，由于AT89C51单片机自身I/O端口不足，需要通过专门的端口扩展芯片来增加单片机I/O端口的数据传输能力，由于LED点阵显示屏端口单一，数据处理简单，所以可以采用多个74LS373锁存器来同时连接到一个数据输出端口，通过锁存器使能来控制相应芯片工作。驱动电路主要芯片为ULN2803，通过它即可为LED点阵显示屏提供适当的电能来驱动其正常显示。LED点阵显示屏来负责信息显示，当有数据通过译码电路发送至LED显示器时，通过LED显示屏内部译码电路来选择相应的二极管亮灭，通过整体组合来进行信息显示。

（三）控制流程设计

基于51单片机的LED点阵显示屏的控制流程主要是数据初始化，控制译码电路、驱动电路各个芯片的工作顺序以及相应数据的传输的过程。所以对于AT98C51控制LED点阵显示屏的控制流程首先要对完成数据初始化的工作，包括对单片机各个工作端口、定时器、内部数据以及在RAM存储器中的显示数据定义，然后对单片机控制I/O端口的地址进行幅值译码电路芯片的使能端，使其控制译码电路相应的芯片停止和工作，然后通过另一个单片机I/O端口进行数据传输，工作的锁存器即可得到相应的数据来控制驱动电路工作并锁存在芯片内部使驱动电路一直处在工作状态。然后再通过单片机控制I/O端口的地址进行幅值进行幅值译码电路芯片的使能端，选择新的译码电路芯片使其处在工作状态，而后通过数据I/O端口向工作的译码电路芯片进行显示信息数据的传0输，此时LED点阵显示屏即可获取传输的显示信息数据，通过内部的译码电路来控制显示屏内的二极管点阵亮灭，从而通过显示屏即可得到信息的显示。经过定时器一段时间的定时后，单片机即又通过数据I/O端口发送下一个显示数据，此时负责存储显示信息数据的锁存器会自动清除之前的存储数据，而保存新的显示数据，并将其发送至LED点阵显示屏，LED点阵显示屏获取后又重新控制二极管点阵的亮灭。当所有的显示数据发送完后，单片机会自动回到显示数据开会周而复始地将信息在LED点阵显示屏上进行显示。

三、总结

基于51单片机的LED点阵显示屏控制系统的设计，是在对LED点阵显示屏的电路结构研究的情况下，按照特定的顺序来有序地发送控制数据和显示数据来完成对译码电路、驱动电路的控制以及对LED点阵显示屏的显示数据的传输，实现LED显示屏上的数据信息显示，从而使LED点阵显示屏作为新媒介来完成宣传和信息宣告的效果。

参考文献：

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基金项目：

北京农业职业学院中青年骨干教师培养计划资助项目。

作者简介：

曹旻罡（1982- ），男，内蒙古集宁人，北京农业职业学院信息技术系讲师，硕士。研究方向：嵌入式技术应用。