基于單片機控制的LED屏控制系統設計

張麗紅

【摘 要】以STC89C52RC作為主控芯片，以譯碼芯片74HC138實現點陣的行控制，同時使用74HC595實現點陣的列控制，實現16*16的點陣模塊，級聯模塊形成16*64的點陣屏幕，通過單片機控制發送數據，實現不同的字符現實效果。

【關鍵詞】LED點陣;單片機;控制器

中圖分類號： TP273;TP368.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）35-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.009

0 引言

隨著科技的進步，商業的發達，商品的種類增多，文化的傳承，各類廣告宣傳不勝枚舉，LED屏幕被廣泛地應用在各個場所，小到出租車大到商場的廣告屏幕。隨著材料科學的發展，LED顯示屏發展也是日新月異。藍色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進入市場;電子計算機及微電子領域的技術發展，在顯示屏控制技術領域出現了視頻控制技術，這一階段是LED顯示屏迅速發展的時期。進入20世紀九十年代，全球信息產業高速增長，信息技術各個領域不斷突破，實現16級灰度和64級灰度調灰，顯示屏的動態顯示效果大大提高。這一階段，LED顯示屏在我國發展速度非常迅速，從初期的幾個企業、年產值幾千萬元發展到幾十家企業、年產值幾億元，產品應用領域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業廣告、郵電電信等諸多領域，特別是1993年證券股票業的發展更引發了LED顯示屏市場的大幅增長。LED顯示屏在平板顯示領域的主流產品局面基本形成，LED顯示屏產業成為新興的高科技產業。

1 硬件設計

硬件的設計包括控制模塊、顯示模塊的設計、驅動模塊和電源模塊等，下面分別對主要模塊進行介紹。

1.1 控制模塊的設計

控制模塊采用單片機作為控制器進行控制，選用51系列中的STC89C52RC單片機。此款單片機是8位微控制器，具有功耗低，片內含有8K的Flash，512字節的RAM，32個I/O口，可通過串口下載程序，使用簡單、方便等優點。實現的功能有進行串口通信，接收和發送數據;控制漢顯模塊的顯示，驅動譯碼和緩存移位功能，協調整個系統工作。設計采用的是51單片機的最小相位系統，原理圖如圖1所示。

圖1 單片機最小系統

1.1.1 最小系統的晶振電路

單片機的最小系統里面存在有復位電路，時鐘電路和EA拉高。單片機的外圍部件都是以時鐘控制信號作為基準的，按照晶振的頻率，一拍一拍的工作，而在51系列的單片機內部，具有一個高增益的單向放大器，輸入為圖示X1，輸出為圖示X2，在X1和X2之間跨接晶振和微調電容，就可以形成一個穩定的自激振蕩器。經常會用到11.0592M的晶振和30pf的電容搭配可以得到準確的9600波特率。如上圖2所示。

1.1.2 最小系統的復位電路

復位電路就相當于我們日常生活使用的電腦重啟一樣，當電腦死機時我們按下重啟按鈕，電腦就會重新啟動系統。單片機的復位電路也相當于這樣一個過程，當系統受到干擾程序跑飛的情況下，按下復位按鍵，程序就會從頭開始，重新運行。51系列單片機的復位原理就是當復位為2us左右的高電平就會復位。

如圖3所示，為復位電路，當按鍵按下時，電阻兩端的電壓為5v，而隨著電容充電，RESET電壓降為0V，實現了復位的效果。

1.2 顯示單元的設計

顯示單元選用技術較成熟的LED屏進行顯示，LED顯示屏是由發光二極管點陣構成，根據顯示的大小可選用所需的LED數量，再將單個的發光二極管逐點連接起來，如圖4所示。

圖4 LED矩陣

根據顯示不同的數字或漢字，可接通不同位置的LED發光二極管。如果用單個元件構成LED矩陣，工藝麻煩且體積較大，精度不夠高。目前LED點陣顯示屏已出現了集成度高的LED點陣模塊，這種模塊的原理和上述相同，但是集成度高，面積和體積小，為了實現LED點陣大屏幕的顯示，需要理清點陣模塊之間的級聯方式，方便測試和演示，在此選擇了8*8的點陣模塊，通過2塊8*8的點陣模塊組成16*16的點陣屏幕。

1.3 驅動模塊的設計

要實現一個16*16的點陣顯示器，需選擇驅動16行LED燈和16列LED燈，對每一行每一列進行控制，最后通過算法級聯，實現同時對16*16個LED燈的控制。74HC138是高速硅柵CMOS解碼器，適合內存地址解碼或數據路由應用。將74HC138的輸出端口接上三極管，通過三極管的導通和截止來控制LED點陣行上的每一顆LED燈的亮度。解決了行驅動的問題，列驅動同樣需要能夠同時點亮8個LED燈的驅動單元，需要選擇一個8位的串行輸入、并行輸出的位移緩沖器，選擇74HC595作為列驅動單元。行列驅動的顯示模塊如圖3所示。

圖5 顯示模塊電路原理圖

2 軟件設計

主控整體程序設計框圖如6所示，主程序設計框圖如圖7所示。

3 結論

將整體設計進行焊接，完成最終的最終軟件、硬件的連接調試。主要的顯示模塊由16個8*8的點陣模塊構成，經過對實物。