点阵显示原理简述

1、本文提出了一种以单片机 SPCE061A 为控制核心的点阵电子显示屏设计思想，该显示屏能够实现图形和字符混合动态显示、键盘显示模式设置、计算机操作、快速刷新等功能，同时具有语音播报、语音控制和屏幕亮度调节功能，介绍了系统的软、硬件设计方案。关键词: SPEC061A；电子显示屏；点阵；驱动1 引言在车站、商场、证券交易所、厂矿企业等一些公共场所，经常需要由 LED(发光二极管)电子显示屏发布实时多变的信息或进行广告宣传，要求 LED电子显示屏具有修改方便、实时图形和字符混合动态显示、亮度可调等功能。应用计算机对其进行操作和键盘进行设置就显得十分重要。为了解决以往以 8 位单片机为核心的LED本

2、系统采用高速 SPCE061A 单片机，既提高了扫描速度，又保证了动态屏幕字符显示、图形显示、语音播报和语音控制等功能的实现。尤其是本系统增添了屏幕亮度可调功能后，限制了 LED中通过的平均电流；又因为 SPCE061A 的供电电源为3.35.0V，这样既可降低功耗、保护，又可延长点阵电子显示屏的使用寿命。2 电子显示屏功能本文设计的基于 SPCE061A 的点阵电子显示屏实现了汉字、字符、数字、实时时间 LED显示亮度。通过计算机人机界面和控制屏键盘可以随时设置系统的显示模式。本系统具有掉电信息保存功能。掉电后主控制器可将显示内容和显示模式等信息保存在 Flash 中，再次上电后可以继续显示

3、。3 显示屏硬件电路设计LED点阵显示由 8*8 共 64 个发光二极管组成。控制时，分别控制阳极8 个行控制口和阴极8 个列控制口。,再送选通信号,再送第二行的字模和选通信号，循环扫描 8 次, 16*16 LED,所以一个显示单元由 4 块8*8 点阵组成。一次送两个字节的字模,16 列选通信号。该点阵显示系统以凌阳 16 位单片机SPCE061A 为控制核心,由LED点阵电子显示器，电源,电流驱动电路,地址译码电路,串行接口电路,键盘,时钟模块和计算机控制界面组成，系统框图如图 1 所示。图 1 点阵电子显示屏系统框图3.1 主控制器功能本设计采用 16 位 SPCE061A单片机。该单

4、片机主频最高可达 49MHz，处理速度很快，且主频可通过软件调整，能有效解决闪屏问题。硬件资源丰富，内部拥有 32KB flash闪存和 2KB RAM，在不外扩存储器的情况下就能完成较大的数据存储，大大简化了外围接口电路； 32 个通用 I/O 口，专为低功耗设计，在省电模式下，时钟停止，耗电仅为 2uA/3.6V。另外,该芯片支持在线仿真,编程接口,可方便实现在线调试。SPCE061A 1 个10 位的DAC（数模转换器），麦克输入通道内置麦克风放大器和自动1增益（）功能 ；其集成开发环境还配有丰富的语音接口函数 API。为本系统扩展语音功能提供了丰富的软硬件环境。3.2 驱动电路驱动电路

5、分为行驱动电路和列驱动电路，行驱动电路如图 2所示。图 2 行驱动电路行驱动即 LED的阳极，原理是送出电流使二极管发亮，由74HC595 和驱动芯片 ULN2803组成。主控制器将字模通过串行方式送给控制阳极的串转并器件 74HC59574HC595 是 CMOS 型 TTL器件，功耗低，且2速度可达到 100MHz,适合作 LED的显示驱动 ,由两片 74HC595 级联控制一个显示单元需两片 74HC595,时钟等控制信号则通过同一个 I/O 口同时送出。这样既能避免互相干扰,又能灵活控制。TTL电平的驱动能力有限，只能驱动 8 个 TTL器件，当显示单元配置较多时，驱动能力不够，信号可

6、能误传，解决的方法是加一级 74HC245，将一路信号变成8路输出，提高了驱动能力，保证信号的准确性。由于动态扫描的扫描速度心须达到60HZ ,否则会产生闪烁现象,因此提高扫描速度至关重要。在程序中将缓冲区内各个单元的字模整合成为一个数并行送出,可以提高扫描速度。74HC595 将字模送给 ULN2803 驱动 LED的阳极。ULN2803是 8 路达林顿管，驱动能力较强，单路最大输入电流可达 ；由于 ULN2803 不能输出高电平，驱动时须加上合适的上拉电阻以获得合适的驱动电流。列驱动即控制 LED的阴极，原理是输入电流也采用 ULN2803 做列驱动器。点阵显示必须用动态显示，任,这样扫描

7、一个显示单元的周期就完成了整个显示屏扫描,提高了扫描速度。一个显示单元的 16 路选通信号首先由4-16 译码器74154 送出，再送给列驱动器，由于 ULN2803 ,故在 74154 和 ULN2803 之间加7406 作为反向。3.3 亮度调节电路显示屏的亮度调节是通过改变 VCC 的电压，从而调整流经 LED的电流来实现的。亮度自动调节是利用光敏电阻或光电三极管来检测外部的光强，根据光强来自动调节 LED亮度。亮度可调电路如图 3 所示。图 3 亮度可调电路第一部分是亮度自动调节电路。RW1/ RW2 控制自动调节的最高/最低输出电压。RW3 控制对外界感光的灵R2C2组成一阶低通滤波

8、器，滤除外界干扰光线（如日光灯）对系统的高频干扰。第二部分是手动亮度调节电路。RW5 为后面的 LM317 调整段提供一个可调的电压。第三部分是最高输出电压保护电路调节 RW4 设定最高的输出电压。用一个三态开关 SW1 做两种工作方式的切换。选择工作方式 1 时，可以对亮度进行手动调节；选择工作方式2 LM317 输出最大电压，此时亮度最亮；选择工作方式 3 时，进行亮度自动调节。3.4 时钟模块时钟模块采用 DS1302。这是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它提供秒、分、小时、日、星期、月、年（带闰年）等信息。能够以 24 小时或12 小时模式工作，并且提供AM/PM 指示。与

9、单片机间通过简单串行接口通信，只需 3 根线便可以和单片机以同步串行方式通信。该芯片同时提供了对后备电3源进行涓流充电的能力 ，可以掉电保存时间。4 程序设计整个软件分为三部分，即显示部分、控制部分和通信部分。通信部分采用Visual C+编程语言。VC 在标准串口通信方面提供功能强大的通信控件 MSCOMM,该控件可设置串行通信的数据发送和接收,对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置,直接利用PC 机的 RS-232 串口发送数据。为实现单片机与PC 机的可靠通信,须保证双方具有相同的数据格式和波特率,这里波特率设为 115200bps。程序组成框图如图 4 所示。图 4 程序组成框图

10、显示电路部分程序如下：void display(unsigned int key) unsigned int i,k,temp4,dd,data_high4,data_low4;for(k=0;k10;k+)*P_Watchdog_Clear=0 x01;for(i=0;i8;data_low0=temp0&0 x00ff;shiftbit(data_high0); /8 位数据串行输出到74595 上shiftbit(data_low0);oe154=1;latch0=1; /74595 的数据并行送出使能latch0=0;dd= *P_IOA_Data;dd=dd&0 xff0f;*P_I

11、OA_Data=(i4)ⅆ /74154的译码程序oe154=0;/打开74154 的使能oe154=1; /return to main,close 74154 display / end of display5 结论此电子点阵显示屏采用性能优越的 SPCE061A 单片机为控制核心，实现汉字、字符及数字的预存显示，同时完成按键多功能切换，实现左右滚动控制，预存数据显示。具有亮度连续可调、亮度感光可调、计算机控制、掉电保护和语音识别等功能。显示 8 个汉字时显示扫描频率可达120Hz，显示质量良好。在系统设计中还加强了驱动的可靠性，稳定性，能够有效地保护系统运行。本文作者创新点：以单片机 SPCE061A为控制核心以及廉价可靠的驱动电路实现了能图形和字符混合动态显示等多种功能的显示系统，可语音控制，并设计实现了屏幕亮度可调电路。参考文献：1 黄涛