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動問題進行了研究。結果表明采用并行數據輸入、串行數據輸出的專用電路可大大減少CPU的輔助時間，提高數據的發(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、產業(yè)都取得了長足的進步，已經發(fā)展成為重要的現代信息發(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構簡單，成本低廉，深受人們的喜愛。設計一個室內用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果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅動方式。在計算機中，所有的數據都是以0和1保存的，按不同的數據操作，可以得到不同的結果。而對于中文顯示操作，就是將ASCII表的高128個很少用到的數值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內碼。這樣就可以用一組數字來表示漢字的內碼，數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，主要由AT89C51芯片、時鐘電路、復位電路、列掃描驅動電路(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)，數據保留時間為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常用到AT89C51芯片。
2.1 列驅動電路設計
列驅動電路由集成電路74HC595構成。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結構，而且一位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據，即達到重疊處理的目的。
列驅動電路如圖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分別為模塊的數據輸入和數據輸出，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的數據輸出(07)與下一片的輸入(SER)相連接組成32位的串行數據鏈，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動也能得到滿意的亮度效果。
2.2 行驅動電路設計
采用逐行掃描的方式，當全部列信號準備就緒后，控制信號鎖存器輸出，相應的行信號應同時跟上。由于采用點陣的行為共陽極，行選的作用就是為待點亮行提供電源。8位移位寄存器方法的行選電路如圖2所示。該電路中LS為串行行選信號，MR為74HC164的清零信號，LCLK為行選同步時鐘。74HC164的輸出經反相后控制三機管的導通與截止，從而分別控制第1行LINE1至第16行LINE16與電源接通。從極端情況來看，驅動功率應滿足1行全部32個LED點亮的要求，盡管LED點陣要求單點驅動電流在10～20 mA，但由于采用1/16占空比的動態(tài)掃描顯示方式，單個LED的瞬時電流即使未100mA，實際平均電流不到7 mA，因此驅動電流大于3 A即可。供方部分應采用達林頓管或開關管。
2.3 AT89C51單片機的外圍電路
單片機采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24 MHz或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，為了使顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅動器相連，用來送顯示數據。P1口低四位與行驅動器相連，送出行選信號;P1.5～P1.7口則用來發(fā)送控制信號。P0和P2口空著，在有必要時可以擴展系統(tǒng)的ROM和RAM。
3 系統(tǒng)程序的設計
程序流程圖如圖3所示。
根據軟件分層次的系統(tǒng)應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數據，并負責產生掃描信號和其他控制信號，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動程序由定時器T0中斷程序實現。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設置(初始化)、顯示效果處理等工作，由主程序來實現。
4 結論
LED顯示屏硬件電路只要器件質量可靠，引腳焊接正確，一般無需調試即可正常工作。軟件部分需要調試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。這個方案設計的16x16點陣LED圖文顯示屏，電路簡單，成本較低，且較容易擴展成更大的顯示屏;顯示屏各點亮度均勻、充足;顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串擾;可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字。