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点阵
一种低廉的16x64点阵LED显示屏的设计介绍
2019-11-28 14:19
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NXP MCU
16126
5
1277
<p> 作者:詹新生,张江伟 徐州工业职业技术学院</p><p> 0 引言</p> <p>LED</p><p>点阵显示屏是一种简单的汉字显示器,具有价廉、易于控制、使用寿命长等特点,可广泛应用于各种公共场合,如车站、码头、银行、学校、火车、公共汽车显示等。本文详细介绍了一种低廉的16x64点阵LED显示屏的设计过程。</p><br> <br> <p><br></p>
5条回答
60user90
2019-11-28 19:40
2 LED点阵显示器的扫描驱动
LED显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器,然后通过行驱动管的分时工作,来使每行LED的点亮时间占总时间的1/16。只要每行的刷新速率大于50 Hz,利用人眼的视觉暂留效应,人们就可以看到一幅完整的文字或画面。
AT89S52单片机有四个I/O口(P0、P1、P2、P3),每个I/O口有8位,如果都采用并行输出,显然不能满足要求,因此,本设计中的行扫描驱动采用并口输出,而场扫描驱动采用串口输出。
2.1 行扫描驱动
由于16x64点阵显示器有16行,为充分利用单片机的接口,本电路中加入了一个4-16线译码器74LS154,其输入是一个16进制码,解码输出为低态扫描信号,它们的管脚示意图如图4所示。把74LS154的G1和G2引脚接地,然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态,分别为0000~1111,然后使每种状态只控制一路输出,即会有16路输出。
如果一行64点全部点亮,则通过74LS154的电流将达640 mA,而实际上,74LS154译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮,因此,应在74LS154每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大,本文选用的是达林顿三极管TIP127。这样,74LS154某一输出脚为低电平时,对应的三极管发射极为高电平,从而使点阵显示器的对应行也为高电平。
2.2 场扫描驱动
本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器,其管脚见图4所示,其中SI是串行数据的输入端,RCK是存储寄存器的输入时钟,SCK是移位寄存器的输入时钟,QH是串人数据的输出,G是对输人数据的输出使能控制,QA~QH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中。并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中,这样,当G为低电平时,数据便可并行输出。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰,也可使用模拟串口P1.4~P1.7来分别输出串行数据、移位时钟SCK、存储信号RCK和并行输出的使能信号G。
为了消除电源电压的波动及行扫描管压降(第一行点亮的点数不同,将引起管压降的变化,从而影响通过LED管的电流)的变化对LED显示屏亮度的影响,设计时可采用列恒流驱动电路,可选用三极管8550和外围元件构成列恒流驱动电路,并通过调整100 kΩ可调电阻使三极管处于放大状态,同时将集电极电流调整为10 mA,从而使点亮对应点阵时通过LED的电流不变。
2.3 扫描显示工作过程
将8片74HC595进行级连,可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样,当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中,此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中,并在使能信号G的作用下,使串入数据并行输出,从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大或截止状态;同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通,相当于第一行LED的正端都接高,显然,第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号;此外,在第一行LED管点亮的同时,再在74HC595中移入第二行需要显示的数据,随后将其锁存,同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行,使第二行LED管点亮,以此类推,当第十六行扫描过后再回到第一行,这样,只要扫描速度足够高,就可形成一幅完整的文字或图像。
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LED显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器,然后通过行驱动管的分时工作,来使每行LED的点亮时间占总时间的1/16。只要每行的刷新速率大于50 Hz,利用人眼的视觉暂留效应,人们就可以看到一幅完整的文字或画面。
AT89S52单片机有四个I/O口(P0、P1、P2、P3),每个I/O口有8位,如果都采用并行输出,显然不能满足要求,因此,本设计中的行扫描驱动采用并口输出,而场扫描驱动采用串口输出。
2.1 行扫描驱动
由于16x64点阵显示器有16行,为充分利用单片机的接口,本电路中加入了一个4-16线译码器74LS154,其输入是一个16进制码,解码输出为低态扫描信号,它们的管脚示意图如图4所示。把74LS154的G1和G2引脚接地,然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态,分别为0000~1111,然后使每种状态只控制一路输出,即会有16路输出。
如果一行64点全部点亮,则通过74LS154的电流将达640 mA,而实际上,74LS154译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮,因此,应在74LS154每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大,本文选用的是达林顿三极管TIP127。这样,74LS154某一输出脚为低电平时,对应的三极管发射极为高电平,从而使点阵显示器的对应行也为高电平。
2.2 场扫描驱动
本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器,其管脚见图4所示,其中SI是串行数据的输入端,RCK是存储寄存器的输入时钟,SCK是移位寄存器的输入时钟,QH是串人数据的输出,G是对输人数据的输出使能控制,QA~QH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中。并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中,这样,当G为低电平时,数据便可并行输出。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰,也可使用模拟串口P1.4~P1.7来分别输出串行数据、移位时钟SCK、存储信号RCK和并行输出的使能信号G。
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