别鹏飞
深圳市天合光电有限公司
摘要：在我国快速发展的过程中，LED显示屏由LED点阵和PC面板组成，通过各色LED灯的亮灭实时显示或循环播放文字、图像、视频信息。近年来LED显示屏技术迅速发展，在各行各业都应用比较广泛。本文研究的是STC12C5A60S2单片机控制LED显示屏的设计。LED显示屏采用STC12C系列单片机作为控制核心，分析了显示屏驱动电路的设计，应用74HC154芯片作为驱动、74HC595芯片作列驱动，配合PC机和LED显示屏实现显示功能。STC12C5A60S2驱动LED显示屏接线少、编程方便、使用简单，系统运行稳定。
关键词：LED；显示屏；驱动
引言
LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。本设计是以AVR单片机为控制核心，设计了远程LED显示屏控制系统。该设计的特点是：使用简便、稳定、可靠、使用对象广。
1LED点阵显示控制原理
采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。控制器把需要显示的数据通常按字节的形式顺序存储在其存储器中。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。在串行传输的方式中，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。然而，由于是按顺序一位一位传输的，所以传输速度慢。串行数据传输的方法在硬件控制方面比较复杂，传输比较慢，但在扩展性方面存在的很大的优势。考虑到16×16LED点阵显示器，并且采用的MSP430F147单片机有48个GPIO口可用，在设计时采用了并行控制方式。
2单片机控制LED显示屏系统设计
2.1LED显示屏关键技术
RS-232标准的全称是EIA-RS-232C，其对电气特性和逻辑电平做了规定，用正负电压来表示逻辑状态。单片机的串口是TTL电平，+5V代表逻辑1，－5V代表逻辑0，而PC机的串口是RS-232接口标准，-3V~-15V表示逻辑1，+3V~+15V表示逻辑0。为了能让二者进行数据及控制的通信，必须实现RS-232与TTL电路的电平转换。通常，采用MAX232芯片构成的接口电路实现单片机与PC机的电平转换。要经过串口初始化、串口助手调试软件，还有串口发送和串口接受都正确的情况下才能实现串口通信。点阵LED一般采用扫描式显示，分为三种方式：点扫描、行扫描、列扫描。要符合视觉暂留要求，点扫描时其扫描频率必须大于1024HZ，周期小于1ms；行扫描和列扫描的频率必须大于128HZ，周期小于7.8ms。要同时驱动一列或一行时需外加驱动电路以提高电流，不然LED亮度不足。传统的LED显示屏控制系统一般采用由单片机、闪存以及静态随机存取存储器芯片构成最小系统。LED显示屏功能需求日益增加，嵌入式技术不断发展，基于单片机的LED显示屏控制系统已无法满足市场需求，可以使用功能强大的ARM和FPGA作为LED显示屏系统的核心部分，其中LED显示屏控制系统与上位机之间的通信部分利用ARM实现，上位机与LED显示屏控制系统之间的通信可以采用标准的计算机数据串行通信方式以及以太网通信方式，在通讯方式上包括RS232、RS485、LAN、光纤传输与无线传输。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆MFC指微软基础类，是随微软VisualC++开发工具开发的一种应用框架。1992年的Microsoft16位版的C++编译器中，MFC是作为一个扩展轻量WindowsAPI面向对象的C++封装库而引入的。MFC是对API进行类封装，WindowsAPI函数按功能大体分为以下：窗口管理函数WUI、图形设备管理函数GUI、系统服务函数SUI。
2.2显示屏电路设计
显示板是由8块8×8点阵拼成16×32显示屏；行线采用2片74HC138构成4-16译码器，并用三极管进行扩流；列线采用4片74HC595进行驱动。显示模块第一行固定显示时钟和分钟；第二行左、中位置交替显示日期、实时温度及星期，右边位置固定显示秒钟，从而实现远程LED的控制。
2.3串口通信电路设计
单片机串口需要与PC机进行通信，因为现在很多计算机都已经取消串口接口，而现在USB接口应用普遍，因此这个设计用了CP2102，这是USB转串口芯片。这个串口芯片是一个高度集成的USB到UAＲT桥，可以提供一个简单的解决方案，使用最小的组件和PCB空间来实现ＲS232。CP2101具有USB全速功能控制器，振荡器、USB收发器和异步串行数据总线(UAＲT)具有所有调制解调器控制信号，所有功能都集成在IC中，无需其他的外部USB元件。EEPＲOM在应用板上进行编程可以通过USB，这就可以在产品生产和调试过程中就能实现对它进行编程。应用驱动程序，可以很容易地用CP2101实现一个有效的COM口。
2.4点阵模块设计
本次设计采用的是１６＊１６作为最小模块进行汉字显示。众所周知点阵模块是由一系列ＬＥＤ器件组合排列而成的，需要显示什么内容，只需对应的ＬＥＤ灯点亮即可。１位编码代表一个ＬＥＤ器件，８位组成一个字节，代表８个ＬＥＤ器件的亮灭。一般一个汉字的规格是１６＊１６大小，所以若要显示一个汉字，需要用到４个８＊８点阵模块，对１６＊１６的点阵模块进行组装。而在点阵模块中，拥有两种组装方法，一种是共阳极，另一种是共阴极，现在普遍用共阳极。
2.5串行FLASH字库软件模块设计
本设计需要实现任意字符以及汉字的显示，为实现此功能，需要把GB2312字库存储起来，供单片机提取所需字符或汉字的点阵信息。为存储GB2312字库，本设计采用了串行SPIFLASH芯片W25X16来存储。GB2312字库的大小约为280KB，使用2MB的FLASH存储是绰绰有余，考虑到可能会用到FLASH存储其他的数据，把字库从FLASH的第二页开始存储，留有第一页存储其他数据。W25X16包括15个基本指令，其中本设计主要指采用了读数据指令(0X03)。
结语
本文主要介绍的是单片机控制LED屏的系统设计，STC单片机控制的单基色LED显示屏系统具有体积小，结构简单，稳定性好，成本低，易于实现等优点。采用74HC154和74HC595芯片驱动点阵屏的行和列，点阵显示屏各点亮度均匀，清晰、稳定的显示文字、图形，具有静止显示、左移、右移显示功能。对于系统的总体结构、LED显示屏的关键技术、单片机选择与电路设计做了详细的介绍，但是还有许多地方不完善，如深化上位机中实现图像解码的研究，以后会继续深入研究解决。
参考文献
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论文作者:别鹏飞
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：显示屏论文; 单片机论文; 点阵论文; 串口论文; 方式论文; 汉字论文; 通信论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;