led點陣顯示控制
1原理與方案
1.1原理
對於點陣型led顯示可以採用共陰極或共陽極，本系統採用共陽極，其硬體電路如圖1所示。當行上有一正選通訊號時，列選端四位資料為0的發光二極體便導通點亮。這樣只需要將圖形或文字的顯示編碼作為列訊號跟對應的行訊號進行逐次掃瞄，就可以逐行點亮點陣。
只要掃瞄速度大於24 hz，由於掃瞄時間很快，人眼的視覺有暫留效應，就可以看到顯示的是完整的圖形或文字。
圖1 硬體電路
本次設計要完成基於微控制器的led點陣顯示控制的設計，總體方案是以微控制器為控制核心，通過行列驅動電路，在led點陣屏上以左移方式顯示文字。在設計過程中驅動電路運用動態掃瞄顯示，動態掃瞄簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃瞄驅動電路就可以實現多行（比如16行）的同名列共用一套列驅動器。由於靜態掃瞄顯示（並行傳輸）的侷限性，故採用動態掃瞄顯示（序列傳輸），顯示模式用led點陣屏模組作顯示屏。
1.2 總體方案
本次設計微控制器採用at89c51，行電路使用逐行掃瞄的方式，列電路使用串入並出的資料傳輸方式，顯示屏使用由16x16的點陣led組成的點陣模組。使用到的晶元4線-16線解碼器74ls154和三極體8550。總體設計框圖如圖2所示。
2 系統硬體設計
硬體電路大致上可以分成微控制器系統及外圍電路、列驅動電路和行驅動電路以及led點陣陣列3部分，用到的晶元有微控制器at89c51，4線-16線解碼器74ls154，帶鎖存功能的串入並出移位暫存器74ls595。
2.1 微控制器系統及外圍電路
微控制器採用at89c51。系統採用12 mhz或更高頻率的晶振，以獲得較高的重新整理頻率，使顯示更穩定。單片價的串列埠與列驅動器相連，用來送顯示資料。
p1口低4位與行驅動器相連，送出行選訊號，p1.5～p1.7口則用來傳送控制訊號。
p0和p2口空閒，在必要時可以擴充套件系統的rom和ram。
2.2 時鐘脈衝電路
at89c51的最高時鐘脈衝頻率已經達到24 mhz，它內部已經具備了振盪電路，只要在at89c51的兩個引腳（即19、18腳）連線到簡單的石英振盪晶體的2個管腳即可，同時晶體的2個管腳也要用30 pf的電容耦合到地，如圖3所示。
圖3時鐘脈衝電路
2.3 復位電路
at89c51的復位引腳（reset）是第9腳，當此引腳連線高電平超過2個機器週期時，即可產生復位的動作。以24 mhz的時鐘脈衝為例，每個時鐘脈衝為05μs，兩個機器週期為1 μs，因此，在第9腳上連線1個2μs的高電平脈衝，即可產生復位動作。最簡單的就是只有1個電阻跟1個電容就可構成可靠復位的電路，電阻選擇10 kω，電容選擇10μf，如圖4所示。
圖4 復位電路
2.4 點陣顯示驅動電路設計
採取分立元件三極體作驅動電路，驅動電路如圖5所示。
圖5 點陣顯示驅動電路
3 系統軟體設計
顯示屏軟體的主要功能是向顯示屏提供顯示資料，並產生各種控制訊號，使螢幕按設計的要求顯示。
根據軟體分層次設計的原理，可把顯示屏的軟體系統分成兩大層：第一層是底層的顯示驅動程式，第二層是上層的系統應用程式。顯示驅動程式負責向點陣屏傳送特定組合的顯示資料，並負責產生行掃瞄訊號和其他控制訊號，配合完成led顯示屏的掃瞄顯示工作。
顯示驅動程式由顯示子程式實現；系統環境設定（初始化）由系統初始化程式完成；顯示效果處理等工作，則由主程式通過呼叫子程式來實現。
3.1 顯示驅動程式
顯示驅動程式在進入中斷後首先要對定時器t0重新賦初值，以保證顯示屏重新整理率的穩定。16行掃瞄格式的顯示屏重新整理率（幀頻）的計算公式如下：
其中：f為晶振頻率；t為定時器t0初值（工作在16位定時器模式）。
其次，顯示驅動程式查詢當前點亮的行號，從顯示快取區內讀取下一行的顯示資料，並通過串列埠傳送給移位暫存器。
為消除在切換行顯示資料時產生的拖尾現象，驅動程式先要關閉顯示屏，即消隱，等顯示資料輸入輸出鎖存器後，再輸出新的行號，重新開啟顯示。圖6所示為顯示驅動程式（顯示屏掃瞄函式）流程圖。
圖6 顯示驅動程式流程圖
3.2 系統主程式
系統主程式開始以後，首先是對系統環境初始化，包括設定串列埠、定時器、中斷、埠。然後以「捲簾出」效果顯示文字或圖案，停留幾秒鐘，接著向上滾動顯示漢字或圖形，停留幾秒後，再左移顯示漢字或圖形、右移顯示等。最後以「捲簾入」效果隱去文字。
圖7所示為系統主程式的流程圖。
圖7 系統主程式的流程圖
4 軟體**與硬體實現
4.1 軟體**
本設計的核心單元是微控制器at89c51，所以選用微控制器**軟體proteus 7.o和keil對整體設計進行軟體**。
執行proteus中的isis模組對設計好的原理圖進行布圖，**電路如圖8所示。
圖8 **電路
將完整的源程式copy到keil**開發環境裡，執行除錯。把編譯好的源程式載入到**電路圖中，執行程式，在點陣顯示屏上按設計的顯示效果依次以「捲簾入」、「左捲簾」、「右捲簾」、「捲簾出」顯示結果正確。
4.2 硬體實現
軟體**通過後，充分證明了方案的正確性與可行性。按照設計方案進行硬體電路的搭建並進行除錯。結果正確如下圖9所示。
圖9 硬體實物圖
5 結束語
本文通過設計基於微控制器的led點陣顯示控制的設計，對led顯示模組單元如何進行行列訊號控制及訊號傳輸中的驅動問題進行了研究。給出了硬體的原理以及連線的方法，軟體的設計流程以及部分**，並給出了完整的電路圖，結果可以正常顯示漢字、**資訊，並且可動態顯示。
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