基于单片机的LED点阵电子显示屏的设计

由天下分享时间：2025/6/2 9:42:30 加入收藏我要投稿点赞

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基于单片机的LED点阵电子显示屏的设计

设计任务与要求：

设计一种16×32（或16×64）点阵电子显示屏系统，核心控制电路由单片机系统及外围电路、列驱动器和行驱动电路三部分。系统还包括按键模块、显示模块、通信模块，通过按键实现了汉字、字母和时间之间的切换16×32（或16×64）点阵LED显示。

主要实现以下功能：

显示屏无闪烁，亮度适中，亮度可调；按键控制切换数字和字母；能显示特定汉字和字符；

争取能实现滚屏显示、实时时间显示功能；与PC机通信更换显示内容。主要内容：

1、方案论证与比较，包括显示方式方案、送数据方案、控制方案、数据存储器。 2、硬件部分的设计，包括按键模块、显示模块、通信模块。 3、软件部分的设计，包括按键部分、显示程序部分、PC机部分。 4、LED显示屏的主要性能指标设计。 5、系统的工作方式环境以及测试。

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方案的选择及制定

根据设计要求,制定本系统的总体设计框图,如图2-1所示：

图2-1系统结构框图

本系统由可分成单片机系统及外围电路、列驱动器和行驱动电路三部分。通过按键实现了汉字、字母和时间之间的切换。

2.1控制器选择

这里我们采用常用的8位单片机（89C51）控制。

现在的51系列单片机技术的硬件发展得非常快，出现了许多功能非常强大的单片机，技术比较熟练，应用广泛，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。为了实现多组预存信息,可以外加具有掉电存储功能的EEPROM。

2.2 显示方式方案比较

1.静态显示

从理论上讲，不论显示字母还是汉字，只要控制这些组成字母或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光亮点灭的方法为静态驱动显示方式。16×32点阵共有512个发光二极管，显然单片机没有这么多端口中，如果我们采用锁存器来扩展端口中，按8位的锁存器来计算，16×32的点阵需要512/8＝64个锁存器。这个数字很大，因

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为我们仅仅是16×32的点阵，在实际的应用中的显示屏往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很大的数字。因此我们不采用此方案。

2.动态显示

采用动态扫描此方法为逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。我们把所有同一行发光的阴极连在一起，把所有同一列发光管的阳极连在一起，先送出对应的第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮第一行一定的时间，然后熄灭，再送出第二行的数据并锁存。这样反复的轮回，速度足够快时，由于人眼视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上的字母或汉字了，因此在本设计中我们采用此方案。

2.3 点阵显示驱动方案

1.方案一

点阵显示屏每个单元由16个8×8点阵LED显示模块、行信号选择译码器74HC138、驱动器74HC245、数据移位寄存器74HC595、行驱动器组成。16片8×8点阵LED显示模块组成一个64×16的LED点阵，用于同时显示4个16×16点阵汉字或8个16×8点阵的汉字﹑字符或数字。

2.方案二

点阵显示屏每个单元由16个8×8点阵LED显示模块、行信号选择译码器74HC138、驱动器74HC164、行驱动器组成。16片8×8点阵LED显示模块组成一个64×16的LED点阵，用于同时显示4个16×16点阵汉字或8个16×8点阵的汉字﹑字符或数字。

综合比较：

单元显示屏可以接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显

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示更多的显示内容。

2.4 送数据方案比较

采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名驱动列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输问题。

1.并行方式

采用并行方式，虽然从控制到类驱动器的线路数量大，但它的传输速度快，在硬件资源允许的情况下可以采用此方案。在本实验中，硬件资源主要用于显示，因此用并行方式传输显示数据可行。

2.串行方式

采用串行传输方式，控制电路可以用一跟信号线，将列数据一位一位传往了驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地传输出给列驱动器，只有一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示，这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备和列数据显示两个部分。对于串行方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了以至影响LED的亮度，因此我们不采用此方案。

2.5 控制方案比较

1.键盘方式

采用专门的键盘芯片7289，其可以用很少的接口来扩展更多的键，但其价格昂贵。键盘是人向机器输送信息的主要通道，因而键盘的实质就是人与机器之间的信息转换媒介。采用7289作为键盘输入接口，考虑不能全面利用所有部分，浪费资源，不使用此方法。直接用端口电路。

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一般用在输入比较复杂的场景，硬件设计相对比较麻烦，对程序的依赖性大。 2.按键方式

利用I/O口直接连接自制的键盘，每键都有相应的I/O口对应，编程容易控制，实现方便。又因为单片机有足够的I/O口资源，故可使用自制的键盘；并且可以将每个按键连接一个发光二极管，以便确认按键是否按下。

一般用在输入或控制比较少的场景，硬件设计比较简单，程序的设计机要对案件的电瓶进行比较就可以了，几乎没有依赖性。

本设计的控制量较少，通过两种方案的比较我们采用按键对其进行控制[4]。

2.6 亮度连续可调

1．通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。

调节电位器实现线形电压调整，控制三极管使显示屏压降发生改变，从而达到连续调节亮度的目的，但是电位器调节范围窄，变化梯度不明显。