基于单片机的led显示技术

目录

摘要----------------------------------------------------------------------------------------3

引言----------------------------------------------------------------------------------------4

第一章 VISUAL BASIC 中串口通讯的应用------------------------------------------5 1．1 通讯基础知识-----------------------------------------------------------------------5 1．2 Mscomm通讯控件简介------------------------------------------------------------5 1．2．1 MSComm控件的主要属性和方法--------------------------------------6 1．2．2 CommEvent属性-----------------------------------------------------------6 1．3 Mscomm控制使用示例------------------------------------------------------------8 1．3．1 数据的发送-----------------------------------------------------------------8 1．3．2 数据的接收-----------------------------------------------------------------9 第二章基于PC机控制的LED显示系统设计-----------------------------------------10 2．1 系统设计---------------------------------------------------------------------------10 2．1．1 LED显示屏模块技术指标---------------------------------------------10 2．1．2 系统总体设计思想------------------------------------------------------10 2．2 下位机（单片机）部分的开发------------------------------------------------11 2．2．1 下位机的设计及总体结构---------------------------------------------11 2．2．2 LED显示屏的工作原理------------------------------------------------12 2．2．3 计算机通讯---------------------------------------------------------------12 2．2．4 单片机串口通讯---------------------------------------------------------13 2．2．5 数据存贮------------------------------------------------------------------15 2．2．6 列数据锁存---------------------------------------------------------------15 2．2．7 行扫描输出---------------------------------------------------------------16 2．3 LED显示屏的驱动方案---------------------------------------------------------17 2．3．1 方案比较------------------------------------------------------------------18 2．3．2 达林顿管的原理及应用------------------------------------------------19

第三章软件设计---------------------------------------------------------------------------22 3．1 单片机显示控制的软件设计---------------------------------------------------22 3．1．1 编程思想------------------------------------------------------------------25 3．1．2 字模处理------------------------------------------------------------------26 3．1．3 ‘左移’效果编程------------------------------------------------------26 3．1．4 ‘上升’效果编程------------------------------------------------------28 3．1．5 ‘掉下’效果编程------------------------------------------------------31 3．1．6 ‘上铺’效果编程------------------------------------------------------33

3．1．7 ‘下铺’显示效果编程------------------------------------------------36 3．2 上位机软件设计------------------------------------------------------------------40 3．2．1 设计概述------------------------------------------------------------------40 3．2．2 人性化智能化高级人机接口设计------------------------------------40 3．2．3 上位机串口通讯软件---------------------------------------------------41

第四章系统设计总结---------------------------------------------------------------------47

参考文献---------------------------------------------------------------------------------------48

附录1------------------------------------------------------------------------------------------49

摘要

本文主要介绍了一种基于PC机控制的以单片机AT89S52为核心的LED显示系统。用户可以根据需要把要显示的内容通过本系统所配带的PC机软件，直接重计算机下载到LED显示系统，同时可以设置显示系统显示的颜色、显示内容的移动方式、移动速度等。本系统主要应用于厅堂、车站、广场等公共场所；并详细介绍了在硬件上和软件上的实现过程。

【关键词】 AT89S52 ，单片机，Mscomm控件 74HC273，LED显示屏，达林顿管

Abstract

This artile mainly introduce a kind of LED display system that base on PC control and according to AT89S52 as its core's singlechip .Consumers can foundation their need to hold the content they must display through the PC software that is qualified by this system,download directly from computer to LED display system, at the same time ,It can set the color of the screen、move fashion of the display content、speed and so on.The system mostly apply to hall、station、square etc; and particularly introduce the realization course in hardware and software .

【Keywords】 AT89S52 、 singlechip、 Mscomm control、74HC273、LED display screen、dalindun canal

作者简介: 姚建杰（1981—）,男(汉族),中国广东清远市人,韶关学院机电系学生,大专,从事计算机软件及硬件接口开发。

引言

LED显示屏已经广泛应用在信息显示系统中，LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。目前大多数的LED点阵显示系统自带字库。其显示和动态效果(主要是显示内容的滚动)的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行。而实际上经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。这时一般的显示系统就很难达到要求。另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。本文提出一种利用PC机和单片机控制的LED显示系统通讯方法。该方法可以对显示内容(包括汉字和特殊图符)进行实时控制，从而实现诸如左移、掉下、上升、上铺、下铺、打字等多种动态显示效果。该方法同时还可以调节动态显示的速度，同时也可以任意选择显示显示的颜色（红、黄、绿），显示内容亦可以即时修改。另外，通过标准的RS232/485转换模块还可以实现对显示系统的远程控制。LED显示系统上位机软件的编程可以利用目前最流行的开发软件：Visual Basic 6.0 ，VB是由BASIC发展而来的，对于Windows应用程序而言，VB是目前所有开发言语中最简单、最容易使用的言语。LED显示屏由于使用环境和用途的不同，有户内显示屏和户外显示屏之分，按大小的不同，又有小型条屏到大面积视频显示屏之分。小型的条形显示屏，一般采用单片机来控制，它具有结构简单、成本低、编程容易的特点。硬件上一般采用扫描显示的方法，只要扫描场频高于50帧／秒，就可得到稳定的显示图像。在软件设计上，扫描由单片机定时中断来完成，假如扫描中断周期时间为t而输出一行数据的操作时间为t1那么单片机在一个扫描周期里进行数据处理的时间为t2=t-t1为了得到稳定的显示效果．就要保持足够的扫描频率，如果t不变，在显示面积增大的情况下，时间t1也增大，这样，时间t2必然减少，即造成系统处理数据的速度下降。要有效提高系统的性能．就必须提高单片机的速度和设计合理的硬件系统。本文介绍的LED显示屏的列数据传输是采用并行数据串行方式传输，这样可以大大提高数据的传输速度，从而可以降低对单片机速度的要求。

第一章 Visual Basic 中串口通讯的应用

随着科技的发展，现代化的生产对智能化的要求越来越高，如何迅速获取现场数据以便及时对生产过程进行调控，是其关键所在。现在大量的智能仪器或数据采集模块都采用了RS—232或485通讯接口，通过相应的通讯协议，将测试、采集的数据传输给上位机，以满足各种形式的数据处理的要。VisualBasic6．0(以下简VB)是许多工程技术人员熟悉和常用的应用程序开发软件，VB以其简单易学、32位面向对象的程序设计等特点，倍受广大计算机开发者的青睐，已广泛地应用于各个领域；如何用VB编写数据通讯程序，并进行数据处理，意义重大。用VB开发串口通讯一般有两种方法：一是采用VB自身的标准控件Mscomm来实现；另一种是利用windows的通讯API函数。

1．1 通讯基础知识

一般来说，计算机都有一个或多个串行端口，它们依次为com1、Com2、…，这些串口还提供了外部设备与PC进行数据传输和通信的通道。这些串口在CPU 和外设之间充当解释器的角色。当字符数据从CPU发送给外设时，这些字符数据将被转换成串行比特流数据；当接收数据时，比特流数据被转换为字符数据传递给CPU，再进一步说，在操作系统方面，Windows用通信驱动程序(COMM.DRV)调用API函数发送和接收数据，当用通信控件或声明调用API函数时，它门由COMM. DRV解释并传递给设备驱动程序，作为一个vB程序员，要编写通信程序．只需知道通信控件提供给Windows通信API函数的接口即可．换句话说，只需设定和监视通信控件的属性和事件即可。

1．2 Mscomm通讯控件简介

Mscomm控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能。通过此控件，PC 机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接，简单高效地实现设备之间的通讯。此控件的事件响应有两种处理方式：

1）事件驱动方式：由MSCoM控件的0nCoIm事件捕获并处理通讯错误及事件； 2）查询方式：通过检查CogMd：vent属性的值来判断事件和错误。

1．2．1 MSComm控件的主要属性和方法

1）CommPort：设置或返回串行端口号，其取值范围为1—99，缺省为1。

2）ettin8设置或返回串行端口的波特率、奇偶校验位、数据位数、停止位。如：Mscomm1.Setting=“9600， n， 8， 1”。

3）ortopen：打开或关闭串行端口。

4）RThreshold：该属性为一阀值，它确定当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后就产生Mscomm1—OnComm事件。

5）Input：从接收缓冲区移走一串字符。

6）0utput：向发送缓种区传送一字符串。

1．2．2 CommEvent属性

如果在通讯过程中发生错误或事件，就会引发0nCoIm事件并由CoBndBvent 属性代码反映错误类型，可根据该属性值来执行不同的程序操作或数据处理。 1） ommEvent属性为通信事件或错误返回下列值之一：

ComEventBreak：其值为1001，收到了断开信号

ComEventCTSTO：其值为1002，Clear To Send Timeout。在发送字符时，在系统指定的

事件内，CTS（Clear To Send）线是低电平

ComEventDSRTO：其值为1003，Data Set Ready Timeout。在发送字符时，在系统指定的

事件内，DSR（Data Set Ready）线是低电平

ComEventFrame：其值为1004，数据帧错误。硬件检测到一个数据帧错误ComEventOverrun ：其值为1006，端口溢出。硬件中的字符尚未读，下一个字符又到达，并且丢失

ComEventCDTO：其值为1007，Carrier Detect Time。在发送字符时，在系统指定的事件

内CD（Carrier Detect）线是低电平。CD也称为RLSD（Receive Line Singal Detect，接线信号检测）

ComEventRxOver：其值为1008，接收缓冲区溢出。在接收缓冲区中没有空间ComEventRxParity：其值为1009，奇偶校验错。硬件检测到奇偶校验错误7 ComEventTxFull：其值为1010，发送缓冲区满。在对发送字符排队时，发送

缓冲区满

ComEventDCB：其值为1011，检取端口DCB（Device Control Blick）时发生了没有预到的错误

2）信事件包含了下面的设置：

ComEvSend：其值为1，发送缓冲区中的字符数比Sthreshold值低

ComEvReceive：其值为2，接收到了Rthreshold个字符。持续产生该事件，直到使用了Input属性删除了接收缓冲区中的数据

ComEvCTS：其值为3，CTS（Clear To Send）线改变

ComEvDSR：其值为4，DSR（Data Set Ready）线改变。当DSR从1到0改变时，该事件发生

ComEvCD：其值为5，CD（Carrier Detect）线改变ComEvRing6检测到响铃信号。一些URAT（Universal AsynchronousReciver--Transmitters,通用异步收发器）不支持该事件

ComEvEOF：其值为7，收到了EOF字符（ASCII字符26）

3) MSComm控件可捕获的错误消息：

常量 值描述ComInvalidPropertyValue 380 无效的属性值ComSetNotSupported 383 属性只读

ComGetNotSupported 394 属性只读

ComPortOpen 8000 端口打开时该存在无效

8001 超时设置必须比0值大ComPortInvalid 8002 无效的端口号

8003 属性只在运行时有效

8004 属性在运行时是只读的ComPortAleadyOpen 8005 端口已经打开

8006 设备标识符无效或不支持

8007 不支持设备的波特率

8008 指定的字节大小无效

8009 缺省参数错误

8010 硬件不可用（被其他设备锁住）

8011 函数不能分配队列ComNoOpen 8012 设备没有打开

8013 设备已经打开

8014 不能使用通信通知ComSetCommStateFailed 8015 不能设置通信状态

8016 不能设置通信事件屏蔽ComPortNotOpen 8018 该存在只在端口打开是有效

8019 该存在只在端口打开是有效ComReadError 8020 通信设备读错误

ComDCBError 8021 检取端口设备控制块时出现内部错误

1．3 Mscomm控制使用示例

1．3．1 数据的发送

VB发送数据有两种：一、发送字符数据；二、发送二进制数据。

1）发送字符数据

在通讯中以单字符方式逐个发送数据时，每一个数据范围是：0—128。如发送58给单片机则可以这样表示：

Mscomm1.Output=Chr(50) ‘发送数据（16进制）在通讯中以多字符方式发送数据时，发送的是Ascii码值。如发送“LED显示屏”则可以这样表示：

String ‘定义发送数据变量

as

data

Dim

data=” LED显示屏” ‘给变量赋值

Mscomm1.Output=data ‘发送数据

2）发送二进制数据

以发送字符方式时，发送的数据范围只能是：0—128，而单片机经常处理的数据范围是0—255，那么怎么样发送大于128的数据呢？方法是采用二进制方式发送数据。首先定义一个二进制类型的数组，然后把要发送的数值赋给二进制数组，再通过Mscomm发送。如发送数值220的具体过程如下：

byte ‘定义发送数据数组

as

data(0)

Dim

‘给数组赋值

Data(0)=220

Mscomm1.output=data(0) ‘发送数据

1．3．2 数据的接收

接收数据有两种方式，一、以文本方式接收（InputMode=0）；二、以二进制方式接收（InputMode=1）。

1）以文本方式接收数据

在InputMode=0的模式下，是以文本方式接收数据，在接收数据之前，我们必须先定义一个字符串变量，用以接收数据缓冲区里的数据，具体过程如下：Dim receive As String * 1 ‘定义接收数据变量

Select Case https://www.360docs.net/doc/c315197897.html,mEvent ‘判断事件类型

‘事件类型为接收数据

comEvReceive

Case

MSComm1.Input ‘接收数据

receive

=

End Select

2）以二进制方式接收数据

在InputMode=1的模式下，是以二进制方式接收数据，在接收数据之前，我们必须先义一个二进制类型的数组，用以接收数据缓冲区里的数据，过程如下：

Byte ‘定义接收数据变量

As

receive(n)

Dim

Select Case https://www.360docs.net/doc/c315197897.html,mEvent ‘判断事件类型

comEvReceive

‘事件类型为接收数据Case

‘接收方式为二进制方式Mscomm1.InputMode=1

For k=0 to n

Receive(k) = MSComm1.Input ‘接收数据

Next k

End Select

第二章基于PC机控制的LED显示系统设计

本章针对LED显示屏的应用领域广泛，采用模块化、规范化设计方案，边设计边试验和仿真设计策略，从基本的显示功能入手，逐步完成系统各部分的设计。在设计过程中既保证实施上可行、运行上可靠，又运用专家控制、实时数据库等先进技术提高系统性能，使系统智能化，并充分考虑到应用上的灵活性，系统实现的经济性，使之成为一个实用的、有效益的系统。

2．1 系统设计

2．1．1 LED显示屏模块技术指标

LED显示屏模块技术指标参数一览表：

规格（mm）φ5

显示像素/平米 17300

模块 1R1YG（绿红）

像素点数 64*16=1024 显示屏

尺寸(mm) 480*120

面积(㎡) 0.576 最大功耗(瓦/平方米)100（单）/200（双）

扫描速度大于75Hz

视角水平视觉160℃，垂直视觉160℃

环境要求 -20℃—60℃

供电要求 220V AC±10% 50Hz

驱动方式 1/16扫描

使用寿命 10万小时

2．1．2 系统总体设计思想

为了设计并开发出高性能、高可靠性、可行实用的显示系统，采用以下的设计思想：

1) 在系统总体设计中将贯彻学术性与实用性相结合、先进性与可行性相结合、

功能性与经济性相结合的原则，尽量采用成熟的技术和已有的科研积累，在关键难点问题上尝试采用相关学科的最新成果，使系统既具有稳定可靠的运行性能又有一定的技术含量和创新价值；

2) 在硬件上采用了完全模块化设计思想，选用通用IC芯片，所有电气连线采用

接插方式，并各模块都有独立的电源，以保证系统安装方便、运行可靠、维

护简单；

3) LED显示屏的下位机控制用8位微处理器(MPC)AT89S52做控制器，完成字

模数据的接收和LED显示屏的动态扫描显示，在整个系统中处于下位机的地位；中央控制计算机由通用PC机实现，实现显示内容的输入、显示模设置、显示颜色设置和字模数据的传输；中央控制器与下位机的通讯采用成熟的RS232接口标准；

4) 在软件编制上，采用结构化设计思想，下位机采用适应于MCS-51系列单片

机的C51语言进行编程，中央控制计算机程序的编制采用面向对象的可视化编程言语VB。

2．2 下位机（单片机）部分的开发

2．2．1 下位机的设计及总体结构

LED显示系统框图（图2.1），由单片机构成主控部分，主要负责数据接收、数据处理和扫描显示。总体可以分为四部分：计算机通讯、数据存贮、列数据锁存、行扫描输出。

图2.1 下位机系统框图

2．2．2 LED显示屏的工作原理

图2.2 下位机主控原理图

整个显示系统，由微机和LED点阵显示屏组成，LED显示屏主控部分原理图(图2.2)，，微机通过串行口传送显示内容。点阵显示屏接收微机传送的数据，并控制LED点阵显示屏的显示。由于AT89S52片内只有8K的EEPROM，无法存贮大量的汉字点阵字模。因此，本系统采用由微机传送汉字或字符的点阵字模的方式来控制显示屏的显示内容。微机传送的点阵字模经过计算机的处理后以8*16的方式传输给单片机，单片机接收到后再保存到数据存贮器6264中。数据接收正确并处理存入显示缓冲区后，即控制显示屏的显示。显示方式采用逐行扫描方式，单片机首先从显示缓冲区中取出第一行点阵数据，通过数据口(P0)口写入LED显示屏的列锁存器74HC273，由于74HC273是采用了首尾级联的方式连接，所以数据的传输属于并行数据的串行传输。送数据的顺序是，先送该行数据的最后一个，最后送第一个。一行的数据写完后，再启动74LS154（4-16译码器）点亮相应的行。

2．2．3 计算机通讯

LED显示屏和电脑的通讯方式采用了标准RS232接口，电路原理图(图2.3)，通讯方式为10位的异步通讯。RS232接口实际上是一种串行通信标准，是由美

国EIA （电子工业联合会）和BELL 公司一起开发的通讯协议，它对信号线的功能、电气特性、连接器等都有明确的规定。由于RS-232接口的EIA 是用正负电平表示逻辑关系的(-3V—-15V 为1、+3V—+15V 为0)。与TTL 以高低电平表示逻辑关系不同，因此，为了能够和计算

机接口通信，必须在EIA 电平和TTL 电平之间进行电平转换。MAX232芯片可完成TTL-EIA 电平转换，且只用单一+5V 电源，因此得到广泛应用。由于采用的是标准RS232接口，所以传输距离不能很远，当传输距离超过15M，就要采用422或485接口，则只要加上一块RS232转422/485

电路模块就可以了。 2．2．4 单片机串口通讯 一、串行口的控制寄存器 1．1串行口的控制寄存器SCON

89C51串行通信的方式选择，接收和发送控制及串行口的标志均由专用寄存器SCON 控制和指示，其格式如下：

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 方式选择

多机控制

接收允许/禁止

欲发的第九位

收到的第九位

发送中

断有/无 接收中

断有/无

SM0，SM1：串行口工作方式控制位

00方式0，

01方式1，

10方式2，

11方式3

REN ：串行接收允许位。

0——禁止接收

1——允许接收

TB8：在串行方式2、3中，TR8是发送机要发送的第九位数据。

RB8：在串行方式2、3中，RB8是接收机接收到的第九位数据，该数据来自发送机的TB8。

TI ： 发送中断标志位。发送前必须用软件清零，发送过程中TI 保持低电平，

发送完一帧数据后，由硬件自动置1。如果再发送，必须用软件再清零。

RI：接收中断标志位。接收前必须用软件清零，接收过程中RI保持低电平，接收完一帧数据后，由片内硬件自动置1。如果再接收，必须用软件再清零。SM2：仅用于方式2、方式3的多机通信控制位。当选择方式2或3时，发送机设置SM2=1，以发送第九位TB8为1作为地址寻找从机，以TB8=0作为数据进行通信。从机初始化时设置SM2=1，若接收到的RB8=1，置位RI，引起接收中断，中断程序中判断所接收的地址和本机的地址是否符合，如果不符合，则维持SM2=1，继续监听，如果符合，则清SM2，接收发送方发来的后续信息。综上所述，SM2的作用为：

在方式2或3中发送机SM2=1（程序设置）

接收机SM2=1，如果RB8=1，激活RI，引起接收中断。 RB8=0，不激活RI，不引起接收中断。SM2=0，无论RB8=0还是1都激活RI，引起接收中断。在方式1中，当接收时，SM2=1，则只有收到有效停止位才激活RI。在方式0中，SM2应置为0。

1．2电源控制寄存器PCON

PCON的字节地址为87H，无位地址，PCON的格式如下图所示。串行通信中只用了其中的最高位SMOD，在初始化时，SMOD=0。

SMOD ×××××××

SMOD：波特率加倍位。在串行方式1、2、3的波特率时：0——不加倍；1——加倍。

二、串行口工作方式

2．1方式0

串行数据通过RXD输入或输出，TXD输出频率为f osc /12的时钟脉冲。方式0的数据格式为8位，低位在前，高位在后，波特率固定为f osc /12（f osc 为单片机外接的晶振频率）。发送过程以写SBUF寄存器开始，当八位数据传输完，TI被置为1方可再发送下一数据。接收必须预先置REN=1（允许接收）和RI=0，当八位数据接收完之后，RI被置为1 时，可通过读SBUF指令，将串行数据读入。

2．2 方式1

方式1为10位异步通信方式，即每帧数据由1个起始位‘0’、八个数据位

和1个停止位‘1’构成。其中起始位和停止位在发送时自动插入的。方式1以TXD为发送端，RXD为接收端。由T1提供移位时钟，是波特率可变方式，计算公式为：

波特率=2SMOD×f osc /32×12（256-X） 其中X为T1的初值（T1都设为方式2） 2．2．5 数据存贮

本LED显示系统的一个特点是，不带字库。要显示的内容直接从PC机上下载点阵数据。所以扩展了一块8KByte数据存贮器,用于存点阵数据，和作显示缓冲区。显示缓冲区又要分为两个，每个的大小和屏幕大小一样，屏幕最大是：（48*128）Bit 等于768Byte 一共有两个则为：1.5Kbyte，那么就只剩下6.5Kbyte 的空间用来存贮点阵数据。一个汉字(16*16)的点阵数据为32个字节，则最多可以存208个汉字的字模。

2．2．6 列数据锁存

刷新的状态下，整个屏幕分为16行扫描显示，以屏最大时为例：一屏可以显示24个字，在一行中，每个字占两个字节数据，则扫描一行的时候要传输48个字节的数据，而扫描行与行之间的时间间隔不能大于1.25ms（刷新率50Hz）。为了保证LED的显示亮度，则传完数据后要有时间让LED发亮，所以传输数据的时间最好不能大于行与行之间的扫描间隔时间的一半。因此数据的传输速度直接影响到LED显示屏的面积大小和显示的好坏，同时考虑到主机和显示模块的连接，和显示模块之间的级联，连线越少越好，针对这种情况，本系统的采用了并行数据串行传输的方案(图2.4)。数据锁存器取用74HC273（为了电路板简洁美观，74HC273采用的是贴片封装），真值表(图2.5)。74HC273是采用首尾相连

下一块74HC273的数据输入来源。其中第一块74HC273的输入端是通过一片总线驱动器74HC245直接挂在单片机的数据口（P0口）上，单片机把74HC273作为外部存贮器一样的访问(只写，不读)，为了不存储器的地址混淆，由于外部存储器为8Kbyte，所以74HC273的地址不能低于8Kbyte，即要在：0x2000（2000H）以上；访问时都是用语句：MOVX @DPTR，A

，为了区分是写存储器操作还是写74HC273操作，每一块74HC273的时钟（CLK）端相连在一齐连到或门的输出端（图2.6），或门的输入端接单片机的P3.3口和写信号P3.6口，其中P3.3口作为或门的控制信号，当P3.3口为高电平时，或门关闭，此时写存储器时就不会干扰74HC273；当P3.3为低电平时，或门打开，此时CLK 和 P3.6口相通，此时就可以写74HC273，由于写之前已经把它的地址定为8Kbyte 以上，所以也不会影响存储器。经过这样处理后，CPU向74HC273每写一个字节的数据只占用两个机械周期，不用等待，速度可以

上到很高；同时，连接线只用到9根，而且显

示模块之间的级联变得非常简单。

2．2．7 行扫描输出

由于本系统的显示颜色有3种，可以任意选择。而改变显示屏显示颜色的方法有两种：一、列数据分为红、绿两种锁存，只要把数据锁存到红色的锁存器里，那么就显示红色，把数据锁存到绿色的锁存器里，那么就显示绿色，把数据同时锁存到红色和绿色的锁存器里，那么就显示黄色，这样就可以实现颜色的改变。

所

以这种方案的缺点是：硬件电路复杂、布线困难、电路可靠性差、成本高；二、行扫描分为红色扫描、绿色扫描，当启动红色扫描时就显示红色，当启动绿色扫描时就显示绿色，若同时启动红色、绿色扫描，就显示黄色。由于整个屏幕都是采用16行扫描的方式，所以行扫描电路（图2.7）不会受到显示屏大小的影响，经过比较后，本系统最后采用了第二种方案。

行选通信号，通过两块74LS154（4—16译码器）译码获得，一块选通红色，

另一块选通绿色。通过P3.4、P3.5口控制选择颜色：P3.4控制选择红色（低电平有效），P3.5控制选择绿色（你电平有效）。两块74LS154的数据端口分别相连后挂在单片机的P1口上（只用到低四位，高四位留空）。控制示例，如选通第

三行，颜色为黄色，那么程序为：

line(2,2); //调用子函数(参数1为行号，参数2为颜色)

//------------------------ 行选通子函数

void line(uchar k,uchar color)

{

P1=k; //输出第几行（0为第一行）,此时K的值为：2代表第三行。

(color)

Switch

{

： //红色

case 0

P3.4=0；

P3.5=1；

Break;

： //绿色

case 1

P3.4=1；

P3.5=0；

Break;

： //黄色

case 2

P3.4=0；

P3.5=0；

break;

}

}

//--------------------------

2．3 LED显示屏的驱动方案

目前以圆半导体发光器件为显示介质的大型显示屏已广泛地被应用。其控制驱动方式各种各样，也各具特色。在LED发光管的驱动设计上也有许多的方式。由于大型的点阵显示屏是由上万个或几十万个LED发光象元组成，这也就需要大量的驱动电路来支持。那么驱动电路设计的好坏就直接影响系统的生产制造成本和显示的效果及系统的运行性能。设计一个即能满足控制驱动要求，同时使用器件少成本底的单元控制驱动方案是必要的。下面我们就以LED8*8点阵模块(共阳极)为显示器件的显示屏为例，来论述一下几个驱动方案并加以比较。

2．3．1 方案比较

1）串行控制驱动方式

所谓串行控制驱动方式就是显示的数据是通过串行方式送入点(列)驱动电

路。其特点是单元内的线路连接简单，这给印刷电路板的设计带来了方便。同时也减少了印刷电路板的布线密度，从而为生产和调试带来了有利的一面。当然，单元的可靠性也相应的提高了。串行控制驱动方式可选用的芯片有：MC4094、74LS595、74HC595、6B595、9094等等。其中MC4094、74HC595均为CM05芯片，应与功串芯片结合使用；例如使用2803驱动芯片。建议采用6B595或9094(74LS595也可用)，因为这几种芯片都具有一定的驱动能力可直接驱动LED 发光管而无须另外添加驱动芯片。同时，串行移位并行功率输出的芯片(6B595、9094)自身具有级联功能，为单元的级联提供了支持。关于行的控制和驱动是相对容易的，因为行的工作方式是分时顺序工作的。由于行的组成是几个模块并联形成的，因此驱动的功率要求是比较大的。行的驱动一般是采用PNP(用于共阳方式)功率三极管，行的逻辑控制可选用三一八译码方式和直接行线控制方式。译码方式是应用三条行控制线控制一个三一八译码器(如74LS138等)，八选一顺序控制八条行线。直接行线控制方式是比较简单的，这里就不赘述了。在应用串行控制驱动系统时，尽管串行移位芯片具有级联功能，但设计时要考虑时钟信号、sB信号、行控制信号的级联驱动向题。另外为提高单元的多级级联的数量，设

计时要考感到每个信号的传输延迟，以保证控制时序的正确运行。

2）并行控制方式

并行控制驱动方式就是显示的数据是通过并行（8位）方式送人点(列)驱动电路。每送入一个字节就完成了一个模块的一个行的数据置入，其优点是数据的刷新速度块，这就威轻了上一级控制系统的压力。在同样的数据处理量的前提下，对处理速度要求的降低，就意味着对系统投入的降低。同时处理速度的降低也相应地提高了系统的稳定性。在并行控制驱动方式下，我们可以选用74LS374这样一类锁存芯片，采用首尾相连的方式将控制、驱动一并形成。也可以将这一方式称其为并行移位锁存方式。这一设计方案的特点是设计线路简洁．控制方便抉速：系统的整体投入成本比较低．这一设计方案将大大地提高系统的性能价格比。关于在并行控制驱动方式下的行控制驱动的设计可参照串行控制驱动方式设计。并行控制驱动方式的缺点是：由于数据是并行输入的，这就使得单元内的线路连接复杂。由此增加了单元的印刷线路扳的设计难度。同时提高了印刷线路扳的密度，

对生产加工和调试提出厂较高的要求。但设计难度的加大仅仅是一次性的，而生

产和调试的难度是可以提高生产的手段和使用先进的仪器设备加以克服的。由于并行控制驱动方式的自身特点，使得单元的级联不成问题。只要设计时对控制信号的级联驱动加以注意就可以了。并行控制驱动方案中也可采用总线式结构，即选用的八位锁存器不是首尾级联方式而是共用总线方式。但这种方式将增加控制逻辑的投入，也就是说每个锁存器都要有一个独立的锁存控制时钟；因此，这一

方式一般不采用。

3） 高度集成专用芯片的应用

随着微电子技术的不断发展，以及大型电子显示屏应用的日益广泛，一种高度集成的LED显示屏控制驱动专用芯片出现了，例如；ZQL9701芯片。ZQL9701芯片是集行控制、列控制和一些外围驱动电路于一身的高度集成控制驱动芯片。采用ZQL701芯片将会使单元的控制、驱动更为简单，高度的集成化也使系统的稳定性更为可靠。另外，ZQL9701芯片在单元的级联方面也提供了充分的支持。采用ZQL9701芯片将使系统的显示灰度达到256级。采用ZQL9701芯片设计显示单元时，由于ZQL9701芯片是表面封装器件，这就需要用专用的生产设备进行生产。这对一股的生产单位是要考虑的问题。总之，采用专用芯片设计的显示单元的性能得到极大的提高。但系统的成本也要提高，在应用中要给予重视。

通过以上几种方案的比较，结合本LED显示系统的要求：亮度高、模块化、可靠性高、级联方便、维护简单等特点，我们取用第二种驱动方案，即并行控制方式。同时为了保证有足够的亮度，行、列驱动器方面都采用了具有高放大系数、低压降、驱动容易的达林顿管，行采用PNP型的BD682；列采用NPN型的BD681。2．3．2 达林顿管的原理及应用

1）结构原理

达林顿管采用复合连接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。

图2.8是由两只NPN或PNP型晶体管构成的达林顿管的基本电路。设每只晶体

管的电流放大系数分别为h

FE1、h

FE2

，则总放大系数为：

h

FE≈

h

FE1

*h

FE2

值可达到几千倍，甚至几十万倍。不因此，达林顿管具有很高的放大系数，h

FE

过，这类高放大倍数的管子只能在功率为2W以下才能正常使用，当功率增大时，管子的压降造成温度上升，前级晶体管的漏电流会被逐级放大，导致整体热稳定性差，所以，大功率大林顿管内部都设有均衡电阻，这样，除了大大提高热稳定

耐压。

性外，还能有效地提高末级功率管的V

ce

由于达林顿管具有增益高、开关速度快、能简化设计电路等优点，颇受人们的欢迎。

2）典型应用

① 用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路。

② 驱动小型继电器

③ 驱动LED智能显示屏

LED智能显示屏是由微机控制，以LED矩阵板作显示的系统，可用来显示各种文字及图案。该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高β值、高速低压降的达林顿管。图2.9是用BD682（或BD677）型中功率NPN达林顿管作为列驱动器，而用BD682（或BD678）型PNP达林顿管作行驱动器，控制8*8LED矩阵板上相应的行（或列）上的像素发光。