LED顯示屏的中心議題：

• LED圖文顯示屏控製係統設計

LED顯示屏的解決方案：

• 存儲器擴展電路設計
• 串行接口電路設計
• 實時時鍾電路設計
• 溫度傳感器電路設計
• 掃描控製電路和LED陣列設計

引言

LED顯示屏具有成本低、壽命長
、功耗小、工作溫度範圍寬等優點
，廣泛應用於文字及圖像信息的顯示。整個係統一般分為3個部分：上位機，顯示屏控製 電路和LED陣列及其驅動。

qizhongxianshipingkongzhidianludeshejiguangfancaiyongliangleiqijianzuoweiqikongzhihexinlaishixian
，yileishidanpianjikongzhixitong，lingyileishikebianchengluojiqijian。gaishejicaiyongjiyudanpianjidekongzhifang 案，如圖1所示，一台PC機通過RS485總線與多塊控製器相連，每塊控製器擴展了溫度傳感器
、實時時鍾和其他外圍器件，控製LED屏的顯示。

采用單片機的控製方案，結構簡單，應用靈活，並且易於擴展。

1　係統的硬件設計

係統硬件框圖如圖2所示
，上位PC機用專門的軟件編輯將要顯示的信息，通過串口發給單片機，存儲在Flash內，單片機再驅動電路將字符的編碼通過 LED點陣的形式顯示出來。

LED點陣為雙基色屏，能顯示紅，綠
，黃3種顏色。控製器的核心選用STC89LE516單片機，擴展32KSRAM作為顯示緩存 區，512KFlash用於存儲顯示的點陣信息和一些必要的參數。

撥碼開關選擇本屏的物理地址。控製器還擴展了1片溫度傳感器采集溫度數據，1片時鍾芯片進行實時時間的讀寫。

1.1　存儲器擴展電路

STC89LE516是一款強抗幹擾
，高速，低功耗的單片機
，增強型51內核，集成了看門狗電路
，內含64K字節Flash存儲器，512字節 RAM，可在線編程，可遠程升級，價格便宜。

為了提高響應速度

，係統擴展了32KSRAMIS61LV256作為顯示緩存區
，用於保存當前正在顯示的一幀數據和一些特技處理數據
，和單片機的接口如圖3所示，SRAM的最高位地址線A14由單片機的P3.2單獨控製，以便於將紅色和綠色LED點陣的 數據分塊存放
，當P3.2輸出為0時，選中RAM地址0x0000～0x3fff，為紅色LED的數據區
；當P3.2輸出為1時
，選中RAM地址 0x4000～0x7fff，為綠色LED的數據區。

Flash用於存儲代碼，顯示的數據信息和字庫。可采用查表的方式調用需要顯示的漢字和英文點陣數據。用64K字節的存儲空間存儲16×16點陣的 漢字
，可以顯示2048個
，512K的Flash可滿足常用字不同字體的存儲需求。SST39VF040的地址線有19位，單片機用P1口來擴充高三位地 址線。

係統中單片機，SRAM，Flash要求313V供電，而係統接入電源為5V，可通過LM1117-3.3為芯片提供3.3V穩壓電源。

低壓差電源芯片LM1117輸出電流可達800mA，輸出電壓精度在±1%以內，還具有電流 限製和熱保護功能。[page]

1.2　串行接口電路

控製器接收數據采用單片機內部全雙工的通用異步收發器（UART）。在傳輸距離小於20m時采用非平衡的RS-232，在傳輸距離為幾十m到上km 時采用RS-485。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑製共模幹擾的能力，可以聯網構成分布式係統。由於顯示屏的位置是分散的，彼此相距幾 十甚至幾百m
，所以控製器用MAX232和SN75176分別做電平轉換，用跳線進行RS-232和RS-485之間的切換選擇
，從而實現和PC的通信， 完成數據的存儲和更新。

1.3　實時時鍾電路

單片機與HT1381低功耗實時時鍾芯片接口采用串行傳輸方式，如圖4所示隻需3根線就可以讀寫年、月
、日、星期、時
、分、秒，在需要時顯示到 LED屏幕上。HT1381所需時鍾獨立於單片機，外接321768kHz晶振就可以工作。配備3V充電電池，係統采用外部供電時，二極管導通，外部電源 一方麵向芯片供電，另一方麵對充電電池進行充電。當係統電源停止供電時，二極管截至
，芯片由電池來供電。

溫度傳感器選用單總線數字溫度傳感器DS18B20，該器件將溫度傳感器、溫度報警觸發器
、ROM等集成在一個很小的芯片上，傳感器直接輸出的就是 溫度信號的數字值。DS18B20以9位數字的方式反映溫度值，讀出或寫入數據僅需要一根信號線。

1.5　掃描控製電路和LED陣列

目前大多數LED顯示屏的屏幕設計采用的是模塊化的結構，其基本單元是LED顯示單元模塊，屏幕大小和形狀可靈活改變
，顯示屏的安裝和維護也十分方 便。LED顯示單元模塊分為LED點陣和驅動電路2部分。

該LED點陣選用紅綠雙基色屏，可顯示紅、綠、黃3種顏色，價格適中。每個模塊是16×64像素，由16塊8×8像素共陽極LED點陣組成。16行 LED共用一列數據，每行LED的顯示時間占一個掃描周期的1/16。根據人眼的視覺暫留效應，隻要整屏的刷新頻率大於60Hz，即可形成一幅穩定的畫 麵。每個LED顯示單元有8個紅色數據輸入端、8個綠色數據輸入端和8個行控製信號輸入端。

驅動電路分為行驅動和列驅動。

行驅動電路由2片3-8譯碼器74HC138組成。一個行選信號同時控製著一行中所有LED的通斷，所以它需要較大的驅動電流
，為此選用4953。 4953內含2個P溝道的MOSFET管，漏極電流最大可達419A
，保證了行驅動能力，16×64點陣需要8片4953。2片138的16路輸出分別通 過4953的驅動用於選通相應的行
，實現對行的控製。

列驅動采用74HC595

，內含移位寄存器和三態輸出鎖存器，可以把串行輸入的8bit數據並行輸出。分別用8個74HC595鎖存紅色、綠色數 據。單片機2路控製信號與所有595的時鍾輸入SRCLK，鎖存信號RCLK相連。第1片595的串行輸出接到第2片595的串行輸入端，同理，其他引腳 的連接方式一樣，通過這種級聯的方式，把8個595芯片連在一起
，同時每個595芯片的並行輸出連接8個LED的列。

顯示過程為：

（1）把顯示緩存區中的第1行紅色數據和綠色數據分別送入595鎖存；

（2）送行掃描信號，選通LED陣列的第一行並延時；

（3）行消隱，行掃描信號下移一行並重複上述過程直至完成第16行的顯示。如此循環。

每個LED顯示單元模塊有2個接口，可根據顯示長度的不同需求靈活擴展LED單元，控製器保持不變。如需高度上擴展
，可通過擴展CPLD/FPGA控 製行掃描信號的同步來實現，在顯示和控製原理上並無差別。[page]

2　係統的軟件設計

係統軟件包括上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件用VC編寫，與下位機通過異步串口進行通信。上位機軟件的任務是校準時鍾

，編輯顯示的內容、顏色和顯示效 果等並把數據廣播發送到LED顯示控製器。通信的數據格式如表1所示。

下位機開機進行中斷
、串口初始化後，按照指令執行顯示子程序，定時進行溫度采樣和時鍾數據的讀取。下位機始終處於監聽狀態，當有串口中斷時

，和上位 機通信，上位機發1zijiedizhifu，xiaweijijieshouhouyubenpingdizhijinxingbijiao

，benpingdizhiyoukongzhiqidebomakaiguansheding。ruguodizhixiangtongzejieshoushuju，fouzezhongduanfanhui，youcishixian LED屏(ping)的(de)分(fen)布(bu)式(shi)控(kong)製(zhi)。接(jie)收(shou)完(wan)全(quan)部(bu)數(shu)據(ju)後(hou)，進(jin)行(xing)校(xiao)驗(yan)
，如(ru)出(chu)錯(cuo)則(ze)要(yao)求(qiu)重(zhong)發(fa)，校(xiao)驗(yan)正(zheng)確(que)則(ze)發(fa)送(song)接(jie)受(shou)成(cheng)功(gong)標(biao)誌(zhi)給(gei)上(shang)位(wei)機(ji)
，結(jie)束(shu)中(zhong)斷(duan)。串(chuan)口(kou)中(zhong)斷(duan)程(cheng)序(xu)和(he)定(ding)時(shi)器(qi)中(zhong)斷(duan)程(cheng)序(xu)流(liu) 程見圖5。

控製器接收到數據後存於Flash中，根據數據中的命令字
，執行相應的操作，操作判斷流程如圖6所示。

顯(xian)示(shi)子(zi)程(cheng)序(xu)根(gen)據(ju)漢(han)字(zi)內(nei)碼(ma)從(cong)字(zi)庫(ku)中(zhong)查(zha)找(zhao)出(chu)字(zi)模(mo)，送(song)至(zhi)顯(xian)示(shi)緩(huan)存(cun)區(qu)
，通(tong)過(guo)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)後(hou)輸(shu)出(chu)至(zhi)列(lie)選(xuan)通(tong)信(xin)號(hao)，配(pei)合(he)行(xing)掃(sao)描(miao)信(xin)號(hao)
，進(jin)行(xing)動(dong)態(tai)掃(sao)描(miao)顯(xian)示(shi)。其(qi)中(zhong)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)功(gong) 能主要完成字幕左移、右移、百葉窗、變色、閃爍等。

3　結語

本文選用了STC89LE516單片機，在保證功能和穩定的前提下，降低了成本
，擴展了大容量Flash數據存儲器
，上位機隻需傳送漢字內碼即可顯 示，減少了數據傳送量
，提高了響應速度。LED顯示單元可靈活擴展，滿足不同需求。經實驗驗證
，該係統顯示穩定可靠，支持溫度、日曆、漢字和各種特效等
， 可運用於工業生產線、樓宇安防、停車場等的分布式LED顯示。