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点阵LED电子显示屏控制系统设计方案

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
【点阵LED电子显示屏控制系统设计方案】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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