最新LED显示屏驱动电路设计.docx

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最新LED显示屏驱动电路设计

LED显示屏驱动电路设计

摘要

LED显示屏具有使用寿命长、响应速度快、可视距离远、规格品种多、数字化程度高、亮度高等特点，在信息显示领域已经得到了非常广泛的应用。

它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元，组成大面积显示屏。

其显示方法有静态显示和动态扫描显示。

动态扫描显示耗用硬件资源少，但软件要不断处理，耗CPU。

静态显示虽然软件简单但硬件价格稍贵。

LED显示屏主要包括发光二极管构成的阵列、驱动电路、控制系统及传输接口和相应的应用软件。

而驱动电路设计的好坏，对LED显示屏的显示效果、制作成本及系统的运行性能起着很重要的作用。

本文介绍了点阵式电子显示屏的硬件电路设计原理与软件设计方案，采用51系列单片机芯片，得到了一个能同时显示8个汉字16×16的LED点阵式电子显示屏。

关键词：

LED显示屏动态扫描AT89S5274HC595

ABSTRACT

TheLEDdisplaymonitorhasthelongofservicelife,quackingresponsespeed,thefarofit’svisualrange,manyspecificationvariety,highofthedigitized,thebrightnesshighercharacteristic.Itintheinformationdemonstratedthedomainalreadyobtainedtheextremelywidespreadapplication.Itlatticemoduleorpictureelementunitwhichconstitutesusingthelightemitter,composesthebigareadisplaymonitor.It’sdemonstrationmethodhasthestaticdemonstrationandthedynamicscanningdemonstration.Thedynamicscanningdemonstrationconsumesthehardwareresourcestobefew,butthesoftwaremustprocessunceasingly,andconsumesCPU.Althoughthestaticstatesoftwarefordisplayissimple,thehardwarepriceisslightlyexpensive.TheLEDdisplaymonitormainlyincludethearraywhichthelightemitterdiodeconstitutes,actuatestheelectriccircuit,thecontrolsystemandthetransmissionconnectionandthecorrespondingapplicationsoftware.Butactuatesthecircuitdesignthequality,totheLEDdisplaymonitordemonstrationeffect,themanufacturecostandthesystemperformancecharacteristicisplayingtheveryvitalrole.

Keywords:

LEDdisplaymonitorDynamicscanningAT89S5274HC595

第一章绪论

LED显示屏是一种可直接播放电视、录像、VCD等视频信号及显示文字、图像的公众信息显示屏。

随着信息产业的发展,显示屏近年来发展迅猛。

一、LED显示屏的简介

（1）什么是LED显示屏

LED显示屏（LEDpanel）：

LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。

它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。

用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。

图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。

LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于金融、税务、工商、邮电、体育、广告、厂矿企业、交通运输、教育系统、车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏等无法比拟的优点。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。

这些优点概括起来是：

亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。

LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色性方向发展。

（2）LED显示屏的分类

1、按颜色基色可以分为

单基色显示屏:

单一颜色（红色或绿色）。

双基色显示屏：

红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。

全彩色显示屏：

红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。

2、按显示器件分类

LED数码显示屏：

显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。

LED点阵图文显示屏：

显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。

LED视频显示屏：

显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。

3、按使用场合分类

室内显示屏：

发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般几至十几平方米。

室外显示屏：

面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。

4、按发光点直径分类

室内屏：

Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、

室外屏：

Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ20mm、Φ21mm、Φ22mm、Φ26mm

室外显示屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发

5.显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。

单块模块控制驱动12块（最多可控制24块）8X8点阵，共16X48点阵（或32X48点阵），是单块MAX7219（或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等类似LED显示驱动模块）的12倍（或24倍）！

可采用“级联”的方式组成任意点阵大显示屏。

显示效果好，功耗小，且比采用MAX7219电路的成本更低。

二、LED显示屏的发展趋势

现代信息社会中，作为人与机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。

　　高亮度、全彩化　　蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。

基础材料的产业化。

使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。

以全彩色户外φ26显示屏为例，1996年的产品市场价格每平方米在12万元左右，1999年已降至7－8万人民币/m2，LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓虹灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。

全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。

标准化、规范化　材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。

近几年业内的发展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量，系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，业内一些骨干企业已开始在企业实施ISO9000系列标准。

行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，生产条件差、技术性不强、售后服务体系不完善的企业将受到市场的淘汰，预计今后几年内一批小规模LED显示屏厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。

产品结构多样化　　信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔。

预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。

第二章硬件设计

LED显示屏的驱动电路主要由点阵显示屏、主控制器、行驱动、列控制几部份组成。

2.1点阵显示屏

最常见的LED点阵显示单元有5X7、7X9、8X8结构，前两种主要用于显示各种西文字符,后一种常用于显示各种汉字字符，因此本设计中点阵显示屏每个单元是32个8X8点阵LED显示模块，32片LED点阵显示模块组成一个128X16的LED点阵，用于同时显示8个16X16点阵汉字。

.8X8点阵LED工作原理说明

8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮。

8X8点阵LED结构如下图所示：

8X8点阵LED外观及引脚图如下图所示

图2.28X8点阵LED外观及引脚图

图2.38X8点阵LED电路原理

2.2控制器

本设计选用12m晶振、32个I\O、8位数据总线的51类型单片机作为控制器。

在系统的设计中，选择合适的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务的关键，而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重。

目前各半导体公司、电气商都向市场上推出了形形色色的单片机，并提供了良好的开发环境。

选择好合适的单片机可以最大地简化单片机应用系统，而且功能优异，可靠性好，成本低廉，具有较强的竞争力。

目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。

一般来说，选择单片机需要考虑以下几个方面：

（1）单片机的基本性能参数。

例如指令执行速度，程序存储器容量，I/O引脚数量等。

（2）单片机的增强功能。

例如看门狗、多指针、双串口等。

（3）单片机的存储介质。

对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP（一次性可编程）存储器相比较，最好是Flash存储器。

（4）芯片的封装形式。

如DIP（双列直插）封装，PLCC（PLCC有对应插座）封装及表面贴附等。

（5）芯片工作温度范围符合工业级、军工级还是商业级。

如果设计户外产品，必须选用工业级。

（6）芯片的功耗。

比如设计并口加密狗时，信号线取电只能提供几毫安的电流，选用STC单片机就是因为它能满足低功耗的要求。

（7）供货渠道是否畅通、价格是否低廉。

（8）技术支持网站的速度如何，资料是否丰富。

包括芯片手册，应用指南，设计方案，范例程序等。

（9）芯片保密性能好、单片机的抗干扰性能好。

图2.4STC89C52芯片引脚及功能

STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。

它在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。

STC89系列单片机高速（最高时钟频率90MHz），低功耗，在系统/在应用可编程（ISP，IAP）,不占用户资源。

根据本系统的实际情况，选择STC89C52单片机，引脚见图2.4。

我们以前常用的89C51有以下特点：

表1：

51单片机的优点

兼容MCS-51微控制器

8K字节FLASH存贮器

外部可扩展RAM达64K字节

支持在系统编程ISP

1000次擦写周期

工作电压4.0V到5.5V

全静态时钟0Hz到33MHz

4个八位可编程I/O口

3个16位定时/计数器

6个中断源

4级优先中断

全双工UART

Powerdown模式支持中断唤醒

双数据指针

STC单片机的优点:

★加密性强,很难解密或破解,解密费用很高、国内能解密的人少,一般的仿制者望而退步. 

★超强抗干扰:

1 、高抗静电（ESD保护） 

2 、轻松过 2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT 测试） 

3 、宽电压,不怕电源抖动 

4 、宽温度范围,-40℃~85℃ 

5 、I/O 经过特殊处理 

6 、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理 

7 、单片机内部的时钟电路经过特殊处理 

8 、单片机内部的复位电路经过特殊处理 

9 、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理 

★三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施:

  ——出口欧美的有力保证 

1 、禁止ALE输出; 

2 、如选 6 时钟/机器周期,外部时钟频率可降一半; 

3 、单片机时钟振荡器增益可设为 1/2Gain. 

★超低功耗:

1 、掉电模式:

典型功耗<0.1 μ A  

2 、空闲模式:

典型功耗2mA 

3 、正常工作模式:

典型功耗4mA-7mA 

4 、掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池 

  供电系统,如水表、气表、便携设备等. 

★在系统可编程,无需编程器,可远程升级 

★可送 STC-ISP 下载编程器,1 万片/人/天 

★可供应内部集成 MAX810 专用复位电路的单片机, 

只有 D 版本才有内部集成专用复位电路,原复位电路可以保留,也可以不用,不用时 RESET 脚直接短到地 

★STC单片机直接替换ATMELPHILIPSWinbon产品 

STC89C516RD+取代 P89C51RD2/RD+/RD,W78E516 

STC89C516RD+取代 AT89C51RD2 

STC89C58RD+取代 PHILIPS P89C51RC2/RC+/RC 

STC89C58RD+取代 AT89C51RC2/RC,89C55 

STC89C54RD+,取代 AT89C55,89S52/53,89S8252 

STC89C54RD+,STC89C53RC取代 W78E54,W78E58 

2.3行选和列选

2.3.1列信号控制

由于LED点阵与数码管相似，有共阴和共阳之分，因此下面以列为共阴极、行为共阳极的点阵为例．存实际应用中为了结构上安装、诎J试方便，可将8个8×8LED点阵做在一块电路板上，组成一块32×16点阵的模块：

块与块相串联就组成r一个大屏幕，列驱动电路如图l所示：

一个模块有4片74Hc595，8块LED点阵，每一片74Hc595限流电阻后接2块LED点阵，图中只画出了部分电路。

DATAIN和DATAOUT分别为模块的数据输入和数据输出，RCLA为7495移位寄存器信号锁入输出锁存器的时钟信号，CLK为同步时钟。

将模块中前一片8位移位寄存器74HC595的数据输出（Q7）与下一片的输入（SER）相连接组成32位的串行数据链，每一位控制一列发光管．若显示方式为l／16占空比的动态扫描方式，则每一列控制16个发光管。

当74Hc595的某一输出引脚为低电平时，该列上对应行扫描选中行的像素点亮。

由于吸收电流的能力相对较强，且为动态扫描，因此在74HC595的输出脚上只需串接一个10～20n的限流电阻而不需再用列驱动也能得到满意的亮度效果。

2.3．2行信号控制

按照逐行扫描的方式，当全部列信号准备就绪后，控制列信号锁存器输出，相应的行信号应同时跟上。

因采用点阵的行为共阳极，所以行选的作用就是为待点亮行提供电源。

图2为采片j8位移f市寄存器方法的行选电路。

该电路中MR为74Hcl64的清零信号，Ls为串行行选信号，I上1LK为行选同步时钟．74Hcl64的输H{经反相后控制三极管的导通与截止，从而分别控制第一74Hc244或74H晓45进行驱动，也可采用斯密特触发时间的情况下每秒最大的刷新次数为200000，21504，反相器74Hcl4在模块的输入及输出进行二次驱动。