LED显示屏的的工作原理及驱动电路

1、LED 点阵显示控制1 原理与方案1.1 原理对于点阵型 LED 显示可以采用共阴极或共阳极，本系统采用共阳极，其硬 件电路如图 1 所示。当行上有一正选通信号时，列选端四位数据为 0 的发光二 极管便导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信 号进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。只要扫描速度大于 24 Hz ，由于扫描 时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字。图1 硬件电路本次设计要完成基于单片机的 LED 点阵显示控制的设计，总体方案是以单 片机为控制核心，通过行列驱动电路，在 LED 点阵屏上以左移方式显示文字。 在设计过程中驱动电路运用

2、动态扫描显示，动态扫描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）的同名列共用一套列驱动 器。由于动态扫描显示 （并行传输）的局限性，故采用动态扫描显示 （串行传输）， 显示模式用 LED 点阵屏模块作显示屏。1.2 总体方案本次设计单片机采用 AT89C51 ，行电路使用逐行扫描的方式，列电路使用 串入并出的数据传输方式，显示屏使用由 16x16 的点阵 LED 组成的点阵模块。 使用到的芯片有传入并出移位寄存器 74LS595 、 4 线-16 线译码器 74LS154 和三极管 8550 。总体设计框图如图 2 所示。行驱动列驱动器电源16 16LED 点

3、阵显示屏2 系统硬件设计硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路以及 LED 点阵阵列 3 部分，用到的芯片有单片机 AT89C51 ，4 线 -16 线译码 器 74LS154 ，带锁存功能的串入并出移位寄存器 74LS595 。2.1 单片机系统及外围电路单片机采用 AT89C51 。系统采用 12 MHz 或更高频率的晶振， 以获得较高 的刷新频率，使显示更稳定。单片价的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。 P1 口低 4 位与行驱动器相连，送出行选信号， P1.5 P1.7 口则用来发送控制 信号。 P0和 P2口空闲，在必要时可以扩展系统的 ROM 和RAM

4、。2.2 时钟脉冲电路AT89C51 的最高时钟脉冲频率已经达到 24 MHz ，它内部已经具备了振荡 电路，只要在 AT89C51 的两个引脚（即 19 、18 脚）连接到简单的石英振荡晶 体的 2 个管脚即可，同时晶体的 2 个管脚也要用 30 pF 的电容耦合到地，如图 3 所示。图 3 时钟脉冲电路2.3 复位电路AT89C51 的复位引脚（ RESET ）是第 9 脚，当此引脚连接高电平超过 2 个机器周期时，即可产生复位的动作。以 24 MHz 的时钟脉冲为例，每个时钟 脉冲为 05s，两个机器周期为 1 s，因此，在第 9 脚上连接 1 个 2s的高电 平脉冲，即可产生复位动作。

5、最简单的就是只有 1 个电阻跟 1 个电容就可构成 可靠复位的电路，电阻选择 10 k ，电容选择 10F，如图 4 所示。图 4 复位电路2.4 点阵显示驱动电路设计采取分立元件三极管作驱动电路，驱动电路如图5 所示。图5 点阵显示驱动电路3 系统软件设计显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据， 并产生各种控制信号， 使 屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理， 可把显示屏的软件系统分成两大层： 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点阵 屏传送特定组合的显示数据， 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

6、工作。显示驱动程序由显示子程序实现；系统环境设置 （初始化） 由系统初始化程序完成； 显示效果处理等工作， 则由主程序通过调用 子程序来实现。3.1 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。 16 行扫描格式的显示屏刷新率（帧频）的计算公式如下：其中： F为晶振频率； T为定时器 T0 初值（工作在 16 位定时器模式）。 其次，显示驱动程序查询当前点亮的行号， 从显示缓存区内读取下一行的显 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时产生的拖尾现象， 驱动程序先要关闭显示屏， 即 消隐，等显示数据输入输出锁存器后，再

7、输出新的行号，重新打开显示。图 6 所示为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图。图 6 显示驱动程序流程图3.2 系统主程序 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、端口。然后以 “卷帘出 ”效果显示文字或图案，停留几秒钟，接着向上滚动 显示汉字或图形， 停留几秒后，再左移显示汉字或图形、 右移显示等。最后以 “卷 帘入 ”效果隐去文字。图 7 所示为系统主程序的流程图。图7 系统主程序的流程图4 软件仿真与硬件实现4.1 软件仿真本设计的核心单元是单片机 AT89C51 ，所以选用单片机仿真软件 Proteus 7.O 和 Keil 对整体设计进行软件仿真。运行 Proteus 中的 ISIS 模块对设计好的原理图进行布图， 仿真电路如图 8 所示。图 8 仿真电路将完整的源程序 Copy 到 Keil 仿真开发环境里，运行调试。把编译好的源 程序加载到仿真电路图中， 运行程序，在点阵显示屏上按设计的显示效果依次以 “卷帘入”、“左卷帘 ”、“右卷帘 ”、“卷帘出 ”显示结果正确。4.2 硬件实现软件仿真通过后， 充分证明了方案的正确性与可行性。 按照设计方案进行硬 件电路的搭建并进行调试。结果正确如下图 9 所示。图 9 硬件实物图5 结束语本文通过设计基于单片机的 LE