基于单片机控制的LED屏控制系统设计

张丽红

【摘 要】以STC89C52RC作为主控芯片，以译码芯片74HC138实现点阵的行控制，同时使用74HC595实现点阵的列控制，实现16*16的点阵模块，级联模块形成16*64的点阵屏幕，通过单片机控制发送数据，实现不同的字符现实效果。

【关键词】LED点阵;单片机;控制器

中图分类号： TP273;TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）35-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.009

0 引言

随着科技的进步，商业的发达，商品的种类增多，文化的传承，各类广告宣传不胜枚举，LED屏幕被广泛地应用在各个场所，小到出租车大到商场的广告屏幕。随着材料科学的发展，LED显示屏发展也是日新月异。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。进入20世纪九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，LED显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期的几个企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年产值几亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。

1 硬件设计

硬件的设计包括控制模块、显示模块的设计、驱动模块和电源模块等，下面分别对主要模块进行介绍。

1.1 控制模块的设计

控制模块采用单片机作为控制器进行控制，选用51系列中的STC89C52RC单片机。此款单片机是8位微控制器，具有功耗低，片内含有8K的Flash，512字节的RAM，32个I/O口，可通过串口下载程序，使用简单、方便等优点。实现的功能有进行串口通信，接收和发送数据;控制汉显模块的显示，驱动译码和缓存移位功能，协调整个系统工作。设计采用的是51单片机的最小相位系统，原理图如图1所示。

图1 单片机最小系统

1.1.1 最小系统的晶振电路

单片机的最小系统里面存在有复位电路，时钟电路和EA拉高。单片机的外围部件都是以时钟控制信号作为基准的，按照晶振的频率，一拍一拍的工作，而在51系列的单片机内部，具有一个高增益的单向放大器，输入为图示X1，输出为图示X2，在X1和X2之间跨接晶振和微调电容，就可以形成一个稳定的自激振荡器。经常会用到11.0592M的晶振和30pf的电容搭配可以得到准确的9600波特率。如上图2所示。

1.1.2 最小系统的复位电路

复位电路就相当于我们日常生活使用的电脑重启一样，当电脑死机时我们按下重启按钮，电脑就会重新启动系统。单片机的复位电路也相当于这样一个过程，当系统受到干扰程序跑飞的情况下，按下复位按键，程序就会从头开始，重新运行。51系列单片机的复位原理就是当复位为2us左右的高电平就会复位。

如图3所示，为复位电路，当按键按下时，电阻两端的电压为5v，而随着电容充电，RESET电压降为0V，实现了复位的效果。

1.2 显示单元的设计

显示单元选用技术较成熟的LED屏进行显示，LED显示屏是由发光二极管点阵构成，根据显示的大小可选用所需的LED数量，再将单个的发光二极管逐点连接起来，如图4所示。

图4 LED矩阵

根据显示不同的数字或汉字，可接通不同位置的LED发光二极管。如果用单个元件构成LED矩阵，工艺麻烦且体积较大，精度不够高。目前LED点阵显示屏已出现了集成度高的LED点阵模块，这种模块的原理和上述相同，但是集成度高，面积和体积小，为了实现LED点阵大屏幕的显示，需要理清点阵模块之间的级联方式，方便测试和演示，在此選择了8*8的点阵模块，通过2块8*8的点阵模块组成16*16的点阵屏幕。

1.3 驱动模块的设计

要实现一个16*16的点阵显示器，需选择驱动16行LED灯和16列LED灯，对每一行每一列进行控制，最后通过算法级联，实现同时对16*16个LED灯的控制。74HC138是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。将74HC138的输出端口接上三极管，通过三极管的导通和截止来控制LED点阵行上的每一颗LED灯的亮度。解决了行驱动的问题，列驱动同样需要能够同时点亮8个LED灯的驱动单元，需要选择一个8位的串行输入、并行输出的位移缓冲器，选择74HC595作为列驱动单元。行列驱动的显示模块如图3所示。

图5 显示模块电路原理图

2 软件设计

主控整体程序设计框图如6所示，主程序设计框图如图7所示。

3 结论

将整体设计进行焊接，完成最终的最终软件、硬件的连接调试。主要的显示模块由16个8*8的点阵模块构成，经过对实物。