單片機的LED漢字條屏顯示技術的工作原理綜述

文中設計了一種基于單片機動態(tài)掃描控制的16x16LED漢字顯示條屏，簡單分析了漢字顯示的原理，并對LED顯示模塊單元如何進行行列信號控制及信號傳輸中的驅(qū)動問題進行了研究。結(jié)果表明采用并行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)輸出的專用電路可大大減少CPU的輔助時間，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速度。

LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，有可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應能力強、價格性能比高、使用成本低等特點。在短短的幾十年中，技術、產(chǎn)業(yè)都取得了長足的進步，已經(jīng)發(fā)展成為重要的現(xiàn)代信息發(fā)布媒體手段，在證券交易、金融、交通、體育、廣告等領域得到廣泛應用，隨著社會信息化的進程，LED顯示屏在信息顯示領域的應用愈加寬廣。

目前LED顯示屏的種類越來越多，從使用場合及亮度考慮可分為室內(nèi)和室外屏，從掃描方式可分為動態(tài)掃描顯示屏和靜態(tài)掃描顯示屏。室外使用的交通誘導屏，通常采用計算機同步控制的靜態(tài)掃描顯示，每個像素由幾個高亮的LED發(fā)光管組成，可做成多色或全色。其優(yōu)點在于播放的內(nèi)容信息量大，實時性強，且由于采用靜態(tài)顯示，亮度高;其缺點是硬件電路復雜，成本高。室內(nèi)使用的由8x8LED點陣拼成的顯示屏也有同步和異步之分，同步控制顯示屏由計算機作為主控器，異步控制顯示屏的主控器可采用單片機。單片機控制的單色顯示屏由于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，深受人們的喜愛。設計一個室內(nèi)用16x16點陣LED圖紋顯示屏，要求在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。

1 漢字顯示的基本原理

16x16的點陣共有256個發(fā)光二極管，用各個位的亮暗來表示一個字，凡是筆畫經(jīng)過的地方都為1(亮)，沒有筆畫的地方都為0(暗)，這樣就可以表示不同的漢字。從理論上說，不論顯示圖像還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動方式。在計算機中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，按不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。而對于中文顯示操作，就是將ASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。這樣就可以用一組數(shù)字來表示漢字的內(nèi)碼，數(shù)字的各位信息來記載漢字的形狀，即：字模。只要將漢字的相應字模信息文件存入ROM，形成漢字編碼;在使用時，先根據(jù)漢字編碼組成語句，添加到程序的相應位置，即可顯示相應的漢字。

2 硬件電路組成及工作原理

該LED漢字條屏采用以AT89C51單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由AT89C51芯片、時鐘電路、復位電路、列掃描驅(qū)動電路(74HC154)、16x16LED點陣5部分組成。其中，AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1 000次寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。它是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在智能化電子設計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片。

2.1 列驅(qū)動電路設計

列驅(qū)動電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且一位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達到重疊處理的目的。

列驅(qū)動電路如圖1所示。一個模塊有4片74HC595，8塊LED點陣，每一片74HC595限流電阻后接2塊LED點陣，圖中只畫出了部分電路。DATA IN和DATA OUT分別為模塊的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，RCLR為74HC595移位寄存器信號索入輸出所存器的時鐘信號，CLK為同步時鐘。將模塊中前一片8位移位寄存器74HC595的數(shù)據(jù)輸出(07)與下一片的輸入(SER)相連接組成32位的串行數(shù)據(jù)鏈，每一位控制一列發(fā)光管，若顯示方式為1/16占空比的動態(tài)掃描方式，則每一列控制16個方光管。當74HC595的某一輸出引腳為低電平時，該列上對應行掃描選中行的像素點亮。由于吸收電流的能力相對較強，且為動態(tài)掃描，因此在74HC595的輸出腳上只需串接一個47 Ω的限流電阻而不需要再用列驅(qū)動也能得到滿意的亮度效果。