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点阵LED电子显示屏控制系统设计方案

出处:捷配电子市场网 发布于:2016-09-09 15:21:20 | 1436 次阅读

    0、引言
    LED 显示屏是在20 世纪80 年代在全球迅速发展起来的一种新型的信息显示媒体, 它利用发光二极管构成的点阵模块组成大面积显示屏幕,具有可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点,迅速成长为平板显示的主流产品之一,在广告牌、公共显示屏等信息显示领域得到了广泛的应用。
    1、LED 及LED 显示屏
    LED (Light Emitting Diode),发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。LED 的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向其PN 结的P 区,在P 区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,从使LED 发光。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。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。
    LED 显示屏(LED panel)是一种由半导体发光二极管构成的点阵模块组成的显示屏幕, 它是通过控制半导体发光二极管的亮灭情况来显示的方式,根据要显示的文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息来选择相应的发光二极管的亮灭, 从而实现显示各种信息的目的。LED 显示屏具有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内室外环境适应能力强等优点, 随着LED 制造技术的不断完善,在国内外得到了很大的推广,广泛应用于大型剧场、商城、酒店的出入口及洗手间的标示牌等各种室内、户外显示屏。
    2、点阵LED 电子显示屏系统组成
    通过对LED 主控电路、亮度连续可调电路、驱动电路、键盘电路等硬件电路做全面的分析,选择出比较适合的方案,从而实现对16*16 点阵显示屏的驱动, 完成电子显示屏的电路设计方案。本设计电子显示屏系统的由AT89S52 单片机及相关外围电路具体包括时钟电路、复位电路、键盘模块、显示控制电路和电子显示屏等部分组成,具体如图1 所示:


    图1 系统总体框图


    3、点阵LED 电子显示屏系统硬件电路及工作原理
    3.1 采用8 个LED8*8 显示屏,构成16 行*32 列点阵显示
    由8 个8*8 点阵LED 显示模块组成点阵显示屏。8 片8*8点阵LED 显示模块利用总线形组成一个16*32 的LED 点阵,用于同时显示2 个16*16 点阵汉字或4 个16*8 点阵的字母、字符或数字。根据实际需要,显示板可扩展至更多的显示单元,从而显示更多的内容。
    3.2 LED 显示屏驱动电路
    本设计的点阵显示屏电路是以AT89S52 单片机作主控器,结合74LS154 和74LS595 进行扩展。选择了共阴的行列扫描方式,单片机P0,P2 口输出的高电平对应字模的亮点,低电平对应字模的暗点,以九字为例,如图2 所示。


    图2 ‘ 九’ 字字模


    但是P0,P2 口一次总共只能传送16 位的数据, 因此要对字模数据进行扫描。扫描后的高电平作为点阵显示管的行输入,列输入则由74LS154 的低电平控制,74LS154 接在单片机P1.0 到P1.3 口上,如图3 所示。


    图3 九字第一列显示


    图4 ‘九’ 字第二列显示


    从图3 中我们可以看出, 要把‘ 九’ 字显示出来, 先显示‘九’ 字的第一列, 就是让P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应的列上,74LS154 输出低电平,即P1 口输出00H,然后保持显示1MS。
    如下面的程序:
    MOV A,00H
    MOV P1,A :00H 送P1 锁存
    MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存
    MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存
    DELAY 1MS ;延时1MS
    然后显示第二列,P0 口输出00001000,P2 口输出00000001,对应第二列低电平输出,也就是P1 口输出01H,同样保持显示1MS.显示情况如图4 所示。
    程序如下:
    INC A
    MOV P1,A ;P1 锁存加1
    MOV P0,00H ;00H 送P0 锁存
    MOV P2,00H ;00H 送P2 锁存
    DELAY 1MS ;延时1MS
    程序执行16 次后用时0.016S 左右, 由于人眼的视觉停留效应,我们是分辨不出闪烁的,循环100 次后,‘ 九’ 字就可以完整显示出来,持续时间1.6S 左右。
    设计中采用左移显示方式。如果把显示一次看作一桢图像,那么本设计中一桢就是显示两个字,共32 列。
    这样依次显示下去,就可以达到左移显示汉字的目的。
    列扫描电路:每个LED 管亮需要7mA 的电流,那么32 个同时亮就需要224mA 的电流,所以我们要对列进行驱动,我们采用晶体管8550 对列信号进行放大,使LED 点阵能够正常显示。
    3.3 亮度连续可调
    用一个10K 的电位器可以对LED 的压降进行调节,以达到连续改变亮度,从而实现对显示屏亮度的调节。
    3.4 刷新频率的计算
    根据人眼的视觉的暂留特性,50HZ 是适宜的刷新频率,所以CPU 的刷新频率一般不低于60HZ,但是刷新频率太高的话,会使显示屏的亮度降低,所以刷新频率有最高值要求,本设计中使用12M 晶体振荡电路,刷新频率在50HZ 以上。
    3.5 键盘
    键盘是使用比较简单的独立式键盘。编程容易控制,实现方便,如图5 所示。


    图5 键盘电路


    4、结束语
    本文主要讨论了电子显示屏系统硬件电路的具体问题,并且对如何才能实现系统功能进行了论证, 设计采用动态扫描方案,通过字模来点亮显示屏,达到显示所要求内容的目的。

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