詳解點(diǎn)陣LED顯示屏的原理與制作過程 - 全文

　　漢字顯示屏到處可見，被廣泛應(yīng)用于與汽車報(bào)站器，廣告屏等。本文中的16*16LED顯示屏是采用4塊8*8LED合并而成的。

　　下圖是4個(gè)8*8LED組成的顯示屏。

　　（圖1）

　　這里我把點(diǎn)陣LED顯示屏制作的電路原理分成兩個(gè)部分來介紹即顯示屏電路和顯示屏驅(qū)動(dòng)電路。

　　一、顯示屏電路

　　本人用的是共陰極的8*8點(diǎn)陣屏，在市場(chǎng)上是比較容易買到，下圖是8*8點(diǎn)陣屏的實(shí)物圖。

　　（圖2）

　　點(diǎn)陣屏有兩個(gè)類型，一類為共陰極（左），另一類則為共陽(yáng)極（右），下圖給出了兩種類型的內(nèi)部電路原理及相應(yīng)的管腳圖。

　　（圖3）

　　LED陣列的顯示方式是按顯示編碼的順序，一行一行地顯示。每一行的顯示時(shí)間大約為4ms，由于人類的視覺暫留現(xiàn)象，將感覺到8行LED是在同時(shí)顯示的。若顯示的時(shí)間太短，則亮度不夠，若顯示的時(shí)間太長(zhǎng)，將會(huì)感覺到閃爍。本文采用低電平逐行掃描，高電平輸出顯示信號(hào)。即輪流給行信號(hào)輸出低電平，在任意時(shí)刻只有一行發(fā)光二極管是處于可以被點(diǎn)亮的狀態(tài) ，其它行都處于熄滅狀態(tài)。

　　為了方便調(diào)試本文把4塊8*8組成的16*16的點(diǎn)陣屏的行信號(hào)掃描輸出管腳和列信號(hào)顯示輸出管腳分別引到顯示屏的兩邊。

　　Protel原理圖如下：

　　（圖4）

　　如圖4 所示的原理圖中的Si（i=1，2，3，…，16）代表行掃描信號(hào)輸出，Di（i=1，2，3，…，16）代表列顯示信號(hào)輸出。

　　實(shí)物電路圖的正反面如下：

　　（圖5）

　　二、顯示屏驅(qū)動(dòng)電路

　　顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如下：

　　顯示屏驅(qū)動(dòng)電路主要由主芯片控制電路、電源電路、控制信號(hào)放大電路等組成。

　　1、主芯片控制電路

　　該部分電路主要由AT89S52和74LS154組成。單片機(jī)的P0和P2號(hào)控制顯示信號(hào)的輸出，P1號(hào)的低4位控制74LS154的譯碼輸入，從而控制掃描信號(hào)的輸出。

　　2、電源電路

　　整個(gè)電路的供電由USB電源提供，利用我們的電腦主機(jī)USB接口可以輸出+5V電壓，方便我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室調(diào)試

　　3、控制信號(hào)放大電路

　　為提供負(fù)載能力，在P0和P2口接16個(gè)常用9013的NPN三極管放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電路中列方向由p0口和p2口完成掃描，由于p0口沒有上拉電阻，因此接一個(gè)1k*8的排阻上拉。

　　行方向則由4—16譯碼器74LS154完成掃描，它由89C51的P1.0---P1.3控制。同樣，驅(qū)動(dòng)部分則是16個(gè)9015的三極管完成的。

　　（圖6）

　　三、程序與軟件

　　在UCDOS中文宋體字庫(kù)中，每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示，即國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)中的每一個(gè)字均由256點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。用8位的AT89S52單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的總線為8位，一個(gè)字需要拆分為2個(gè)部分如圖9所示。本電路把它拆分為左部和右部，左部由16（行）*8（列）點(diǎn)陣組成，下部也由16（行）*8（列）點(diǎn)陣組成。

　　圖（7）

　　為了讓大家更清楚的理解點(diǎn)陣的掃描過程，在這我們以顯示漢字“我”為例，來說明其掃描原理：

　　單片機(jī)首先由P2口輸出顯示數(shù)據(jù)信號(hào)給右部分的第一行如圖9所示，即第一行的P20---P27口。方向?yàn)镻20到P27 ，顯示漢字“我”時(shí)，P21點(diǎn)亮，由左到右排，為P20滅，P21亮， P22滅，P23滅， P24滅， P25滅， P26滅， P27滅。即二進(jìn)制00000010，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為 0x02。

　　右部分的第一行完成后，繼續(xù)掃描左半部的第一行，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由左往右掃描，即從P00向P07方向掃描，從上圖可以看到，這一行只有P05、P06亮，其它滅，即為00000110，16進(jìn)制則為0x60。然后單片機(jī)再次轉(zhuǎn)向右半部第二行，仍為P21、P23點(diǎn)亮，為01010000，即16進(jìn)制0x0A。這一行完成后繼續(xù)進(jìn)行左半部分的第二行掃描，P02、P03、P04點(diǎn)亮，為二進(jìn)制00111000，即16進(jìn)制0x1C。

　　依照這個(gè)方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描32個(gè)8位，可以得出漢字“我”的掃描代碼為：

　　0x02，0x60，0x0A，0x1C，0x12，0x10，0x12，0x10，

　　0x02，0x10，0x7F，0xFF，0x02，0x10，0x12，0x10，

　　0x14，0x70，0x0C，0x1C，0x04，0x13，0x0A，0x10，

　　0x49，0x90，0x50，0x10，0x60，0x14，0x40，0x08

　　由這個(gè)原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個(gè)方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。

　　不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，我們就不必自己去畫表格算代碼了。

　　在網(wǎng)上漢字字模生成軟件有很多種，本文告別推薦一種漢字字模生成軟件，HZDotReader V3.0，我個(gè)人認(rèn)為這個(gè)軟件的功能相當(dāng)完美。最主要的一個(gè)功能是可以選擇漢字編碼的取模方式，本例中的“我”字的取模方式為以橫向8個(gè)連續(xù)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)字節(jié)，最左邊的點(diǎn)為字節(jié)的最低位，即BIT0，最右邊的點(diǎn)為BIT7。很少有字模軟件可以實(shí)現(xiàn)這一功能。

　　下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)顯示“我”字的程序清單：

　　#include《reg52.h》

　　#define CCED2 0x0000 /*我 */

　　unsigned char code word_zai［16］［2］ = {/*我 CCED2 */

　　0x02，0x60，0x0A，0x1C，0x12，0x10，0x12，0x10，

　　0x02，0x10，0x7F，0xFF，0x02，0x10，0x12，0x10，

　　0x14，0x70，0x0C，0x1C，0x04，0x13，0x0A，0x10，

　　0x49，0x90，0x50，0x10，0x60，0x14，0x40，0x08};

　　void main（）

　　{ char scan，i，j;

　　P0=0;P1=0;P2=0;

　　while（1）

　　{ scan=0;

　　for（i=0;i《16;i++）

　　{ P1=scan;

　　for（j=0;j《50;j++） //顯示五十次

　　{ P2=word_zai［i］［0］ ;

　　P0=word_zai［i］［1］ ;

　　}

　　P0=0;P2=0;

　　scan++;

　　}

　　四、安裝與調(diào)試

　　把顯示屏電路和顯示屏驅(qū)動(dòng)電路分別做在兩塊電路板上，顯示屏電路的行掃描信號(hào)輸出管腳和列顯示信號(hào)數(shù)據(jù)輸出管腳分別引用兩排16針的排針引出，排針長(zhǎng)的那一頭接到電路板的底層，以方便插入驅(qū)動(dòng)電路的插槽中。同樣在驅(qū)動(dòng)電路用兩排16腳的插槽將行掃描信號(hào)輸出管腳和列顯示信號(hào)數(shù)據(jù)輸出管腳引出，在畫PCB時(shí)應(yīng)當(dāng)注意屏電路PCB中兩排排針之間的距離要與驅(qū)動(dòng)電路PCB中兩排插槽之間的距離一樣，才能保證能正確地將顯示屏電路板排到驅(qū)動(dòng)電路電路板上方。以下為該電路的實(shí)物圖與PCB。

　　在畫PCB時(shí)注意雙面電路板的做板規(guī)則，特別要注意以下

　　幾個(gè)方面：

　　①雙面電路板的過孔比較大，一般在80mil以上；

　　②定位孔的放置；

　　③要在頂層焊接時(shí)，應(yīng)注意在頂層插上元器件后是否會(huì)影響到焊接，如芯片等管腳比較短的元器件，當(dāng)插在電路板后要在頂層焊接其管腳是比較困難的；

　　安裝安電路后，可將以下的測(cè)試程序燒到AT89S52中，將AT89S52插入驅(qū)動(dòng)電路，若每一個(gè)發(fā)光二極管都能被點(diǎn)亮，則說明電路硬件做成功。以下為測(cè)試程序清單：

　　#include《reg52.h》

　　void main（）

　　{ char scan，i;

　　P0=0;P1=0;P2=0;

　　while（1）

　　{ scan=0;

　　for（i=0;i《16;i++）

　　{P1=scan;

　　P0=0xff;

　　P2=0xff;

　　scan++;

　　}

　　若發(fā)現(xiàn)二極管不是全被點(diǎn)亮則要用萬(wàn)用表來仔細(xì)地檢測(cè)。一般會(huì)出現(xiàn)的問題是電路板上的線被短路，斷開等。根據(jù)不亮的二極管來找電路出現(xiàn)的問題應(yīng)該是比較容易的。所以本電路的調(diào)試過程是較簡(jiǎn)單的。當(dāng)然調(diào)試前必須要確保所購(gòu)買的每一塊顯示屏都是完好的。

　　五、總結(jié)

　　1、為方便調(diào)試應(yīng)該給該電路加上一個(gè)下載電路部分，每次燒程序調(diào)試都要把芯片取出插入，容易損壞芯片的管腳。

　　2、為了合適大部分的取字模軟件，在畫原理圖應(yīng)當(dāng)考慮列顯示屏顯示信號(hào)輸入管腳由左到右的接法；大部分的取字模軟件都是從左到右的取模方式，所以應(yīng)當(dāng)把顯示屏的列信號(hào)顯示輸入管腳從左到右接地接到單片機(jī)P2，P0口時(shí)由高位接到低位。