LED点阵电子显示系统的设计

LED点矩阵电子显示屏易于制造且易于安装. 它们被广泛用于各种公共场所，例如汽车停播播音员，广告屏幕和公告板. 本文介绍了可在公告牌（例如户外值班）上使用的LED点矩阵电子显示屏的设计. 公告内容可以随时更新，可以实时显示温度，日期和时间，并具有自动亮度调节功能. 考虑到所需组件的可用性，此设计使用8×8点矩阵发光管模块形成16×64点矩阵，以显示未决的中文，字符和数字.

项目演示

1个点矩阵显示部分

方案1: 以串行模式显示. 这样可以同时显示4个16×16点阵汉字或8个16×8点阵汉字，字符或数字. 点阵显示屏的每个单元都由16个8×8点阵LED显示模块，行信号选择74HC138，驱动器74HC245，数据移位寄存器74HC595和行驱动器组成，如图1所示. 由控制器（主控制电路板）或上层显示单元模块传输的数据信息和命令信息，并且可以将这些数据信息和命令信息传输到下一层显示而无需进行任何更改. 在模块单元中，显示屏可以是扩展到更多显示单位以显示更多内容.

图1显示逻辑结构的串行框图

此解决方案通常用于点矩阵显示系统，并且所使用的设备也很常用并且易于购买. 但是它具有致命的缺陷，即刷新速度不够快. 如果要驱动64列的点阵显示器，则通用的51单片机将更加困难，并且闪烁现象将更加严重. 另外，实现左右移动文本和调整移动速度的功能将给软件设计带来更多困难.

方案2: 并行显示. 可以通过锁存器芯片扩展IO端口，以达到控制LED点矩阵的64列线的目的. 该程序使用16个74HC573锁存器来形成8组双缓冲寄存器，驱动8组LED点矩阵的列线，并使用4/1674HC595扫描LED点矩阵的16行. 在将每一行的数据发送到LED点矩阵之前，首先将数据发送到第一级的八个74HC573，然后将锁定脉冲发送到第二级的八个74HC573，然后将数据一起输出到LED点阵列. 这避免了每行中数据显示不同步的问题. 由于并行数据传输速度比串行数据传输速度快，因此可以更好地解决字符闪烁的问题，并且字符的左右移动更容易控制. 总之，本设计最终选择了该方案.

2显示控制部分

方案1: 独立工作模式. 单片机用于控制所有功能，包括LED点矩阵显示的刷新显示，模式设置，时间读取，温度检测以及与主机的通信. 仅用一台单片机控制点阵显示可以大大减少电路，软件设计也易于实现. 但是，将所有功能集成在一起，单个AT89S52微控制器的处理能力还不够. 此时，单片机的CPU内部资源已经不足，将导致系统运行不佳，无法获得更好的性能.

方案2: 主从模式. 主从单片机用于控制整个系统. 其中一台单片机用于控制LED点矩阵显示，另一台单片机用于扩展键盘，串口和上位机的通讯，温度测量，时间读取等任务. 与独立工作模式相比，主从工作模式的处理能力大大提高，分工清晰，执行速度大大提高. 尽管硬件电路和软件设计要求相对较高，但主从微控制器的通信问题更为复杂. 但是，为了更好地实现各种性能指标，本设计采用了该方案.

硬件电路设计

该系统的硬件电路设计的总体框图如图2所示.

图2 LED点矩阵显示系统框图

1个系统主控制器电路

系统的主控制器电路如图3所示，这是一个最小的单芯片系统，加上一个扩展插槽和一些功能电路. 键盘扫描用于确定工作模式并完成相关操作. 它还包括一个时间芯片电路和一个温度检测电路，以及与主机的RS-232接口电路.

图3主控制器电路

本设计中使用的DS1302是具有trick流充电功能的电路. 主要特点是使用串行数据传输，可以为电源故障保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能. DS18B20是一种单线数字温度传感器. 温度测量范围为-55℃〜＋ 125℃；温度测量分辨率可达0.0625℃；它的工作功率可以引入远端或由寄生功率产生；多个DS18B20可以并行连接至3或2根线，CPU只需一根端口线即可与许多DS18B20进行通信，这占用了微处理器的较少端口，并且可以节省大量的引线和逻辑电路. 以上特点使其非常适合于远程多点温度检测系统.

2点阵驱动与控制电路

该电路主要使用单片机发送的输出点矩阵数据，通过锁存器芯片扩展的I0端口控制LED点矩阵的64列线端. 本设计中使用的是16个锁存器74HC573形成8组双缓冲寄存器，驱动8组LED点矩阵列线，使用4/1674HC595扫描16行LED点矩阵. 在将每一行的数据发送到LED点矩阵之前，先将数据发送到第一级的8 74HC573，然后发送锁定脉冲到第二级的8 74HC573，再将数据发送到LED点矩阵. 每列.

软件设计

该设计的软件流程如图4所示.

图4 LED点矩阵显示软件流程

电路仿真和测试

1点阵显示屏的仿真与程序调试

Proteus7.2是常用的单芯片仿真软件，许多仿真示例与实际电路非常相似. 为了确保实际电路能够尽可能达到预期效果，并减少无用的工作，已经对许多电路模块方案进行了仿真. 点矩阵显示的处理和相应的程序设计，以及使用Proteus和Keil uvision2进行仿真，旨在改善整个系统的硬件和软件方案，并提高系统的效率和稳定性.

在选择点矩阵显示方式时，不断修改程序和串行电路连接后，发现串行方式难以实现字幕的右移功能，调整不方便字幕移动的速度. 经过分析，我决定尝试并行显示模式，发现这种模式下的电路并不复杂，给程序设计带来了很多方便，特别是对字幕左右移动和设置的实现运动速度. 该系统的仿真电路如图5所示.

图5 Proteus仿真电路图

2完整的机器测试

将编译器生成的代码HEX文件下载到微控制器Flash，连接每个模块，并逐个测试LED点矩阵显示器的功能.

结论

已经实现了该设计所需的汉字，字母和数字的显示，并且可以控制字符的左右移动和速度. 同时，可以实时显示温度，日期和时间，并且与主机的通信成功. 整个系统的硬件易于制造，但困难在于软件设计. 该系统采用并行显示方式，并采用主从单片机控制整个系统，大大降低了软件编写的难度，易于实现各种功能指标.

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