LED点阵屏显示单元的设计与驱动控制[1]

　　LED点阵显示屏由于其控制方便, 使用寿命长,易于搭建且搭建成本低, 广泛应用于商场, 火车站, 商业广告和信号指示牌之中。一定尺寸的LED 点阵屏都是由多个显示单元拼接构成, 本文详细介绍了一种通用的LED 点阵屏显示单元的设计及其驱动控制。

　　1 系统整体设计概述

　　系统原理框图如图1所示。由图1可知, PC 机从上位机软件发送指令和数据, 通过串口RS232将数据传输到单片机, 单片机对行驱动和列驱动发出控制命令, 对LED点阵屏进行相应的控制。外部时钟电路可以用来读取显示的时间, 外部存期器件用于存储LED点阵屏的输出数据, 在进行控制操作时, 单片机可直接从此读取数据, 可脱机进行显示控制。通过按键不需经过PC机可对LED点阵屏进行简单的人机交互。

　　2 系统硬件电路设计

　　系统硬件主要划分为两大部分: LED点阵屏接口电路, 构建显示单元及其驱动电路; 基于单片机mega16的控制系统, 用于完成数据接收和控制LED点阵屏。

　　2. 1 LED点阵屏接口电路

　　图2是8*8 LED点阵显示屏的内部结构图, 四个8*8点阵可以构成一个16*16的点阵屏, 用于显示汉字。8*8点阵屏显示原理是利用行列导通其中的LED的而控制64个LED的亮灭。图2中所示, 如果想要行1和列1 的LED 亮, 只需要行1通高电平, 列1低电平即可。LED 显示屏幕就是依靠这样的选取行列进行各类图形文字的变换。

　　图4为LED点阵条屏的连接方式, 上下半屏8 􀀂8点阵的行线各自连接在一起构成一个系统。此系统采用行扫描方式, 使用两个3线8线译码器74HC138来分别驱动点阵的上8行和下8行。在点阵屏幕不大的情况下, 一般的单片机可以直接驱动点阵LED的亮灭,但是考虑扩展为大屏幕尺寸时, 那么单片机的I/O 口不足以提供足够的驱动电流, 如图3 所示, 可在74HC138和点阵的行接口接上一个PNP型8550三极管开关电路用来提供足够的电流, 当74HC138发出低电平时, 三极管Q导通, LED_H输出高电平。此时I/O口只需要提供几毫安的灌入电流即可控制其通断, 如果需要扩展屏幕, 只需要将扩展的上下半屏LED 点阵的行各自共联到74HC138即可。

　　本系统采用74HC595锁存器来对列线进行驱动控制, 其带有2级锁存移位输出功能。如图3所示, LED 点阵的列线接到74HC595的8位并行输出口上, 由单片机控制数据的输出, 利用74HC595 的锁存输出功能, 电路共用同一个移位时钟SCK 和数据锁存时钟RCK, 可级联多片74HC595以构成更大LED 点阵屏的列驱动电路。此结构还可在75HC595的使能端通过PWM 波进行灰度调节。