LED点阵显示器及其控制技术详解

1.LED点阵显示器结构

LED点阵显示器亦称LED点阵或LED矩阵板。它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排列起来，用集成工艺制成的显示器件，具有亮度高且均匀，高可靠性，接线简单，拼装方便等优点，被广泛用于大屏幕LED智能显示屏、智能仪器等设备中。常见的规格有8×8点阵、16×16点阵的单色、彩色LED点阵显示器。图5.6所示为单色8×8 LED点阵模块及其内部电路。

图5.6　单色8×8 LED点阵模块及其内部电路

LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号，如5×7点阵显示器用于显示西文字母，5×8点阵显示器用于显示中西文，8×8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。

2.LED点阵显示器显示方式

LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。

点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速地循环显示，只要帧速率高于24帧/s，人眼看起来就是一个完整的、相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，这种动态扫描显示方式极大地缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。

下面以8×8点阵模块为例，介绍其使用方法及控制过程。图5.6中，红色水平线Y0、Y1、…、Y7叫作行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上，相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1、…、X7叫作列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。

在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示），则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。例如，Y7为1，X0为0，则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0～X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。

现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“0”的过程，如图5.7所示。

若形成的列代码为00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把这些代码分别送到相应的列线上面，即可实现“0”的数字显示。送显示代码过程如下：送第一列线代码到P3端口，同时置第一行线为“0”，其他行线为“1”，延时2 ms左右，送第二列线代码到P3端口，同时置第二行线为“0”，其他行线为“1”，延时2 ms左右，如此下去，直到送完最后一列代码，又从头开始送。

利用16×16点阵可以显示国标一、二级汉字，西文，数字和字符，常见的汉字均可用32个字节点阵的16进制码表示。以显示汉字“大”为例，来说明其扫描原理。

每一个字由16行16列的点阵组成显示。如果采用8位的AT89C51单片机，一个字需要拆分为两个部分。一般将它拆分为上部和下部，上部由8×16点阵组成，下部也由8×16点阵组成。

在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00～P07口。方向为P00～P07，显示汉字“大”时，P05点亮，控制信号为1，其他二极管为灭，控制信号为0，由上往下排列，二进制为00000100，转换为16进制为04H。字符“大”如图5.8所示。

图5.7　字符“0”

图5.8　字符“大”

上半部第一列完成后，扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从图5.8中可以看到，这一列全部为不亮， 即为00000000，16进制则为00H。

然后单片机转向上半部第二列，仍为P05点亮，为00000100，即16进制04H。下半部分的扫描，P21点亮，为二进制00000010，即16进制02H。

依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为

04H，00H，04H，02H，04H，02H，04H，04H

04H，08H，04H，30H，05H，0C0H，0FEH，00H

05H，80H，04H，60H，04H，10H，04H，08H

04H，04H，0CH，06H，04H，04H，00H，00H

通过以上分析得出，无论显示何种字体或图像，都可以采用上述方法来分析出它相应的扫描代码，从而显示在屏幕上。

3.LED点阵与单片机的接口电路

目前常见的是并行传输方式，通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示，各8位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的优点是传输速度快，对微控制器（MCU）的通信速度要求较低。下面以51单片机控制8×8 LED点阵显示数字0～9的数字为例予以介绍。

LED点阵与51单片机的接口电路如图5.9所示，此电路核心件是MCS-51单片机（AT89C51），包括时钟电路、复位电路以及74LS245驱动电路。

图5.9　LED点阵与51单片机的接口电路

C语言源程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code Table_of_Digits［］=

{

0x00，0x3e，0x41，0x41，0x41，0x3e，0x00，0x00， // 0

0x00，0x00，0x00，0x21，0x7f，0x01，0x00，0x00， // 1(www.xing528.com)

0x00，0x27，0x45，0x45，0x45，0x39，0x00，0x00， // 2

0x00，0x22，0x49，0x49，0x49，0x36，0x00，0x00， // 3

0x00，0x0c，0x14，0x24，0x7f，0x04，0x00，0x00， // 4

0x00，0x72，0x51，0x51，0x51，0x4e，0x00，0x00， // 5

0x00，0x3e，0x49，0x49，0x49，0x26，0x00，0x00， // 6

0x00，0x40，0x40，0x40，0x4f，0x70，0x00，0x00， // 7

0x00，0x36，0x49，0x49，0x49，0x36，0x00，0x00， // 8

0x00，0x32，0x49，0x49，0x49，0x3e，0x00，0x00 // 9

}；

uchar i=0，t=0，Num_Index；

//主程序

void main（）

{

P3=0x80；

Num_Index=0； //从0 开始显示

TMOD=0x00； // T0 方式0

TH0=（8192-2000）/32； // 2 ms 定时

TL0=（8192-2000）%32；

IE=0x82；

TR0=1； //启动T0

while（1）；

}

// T0 中断函数

void LED_Screen_Display（） interrupt 1

{

TH0=（8192-2000）/32； //恢复初值

TL0=（8192-2000）%32；

P0=0xff； //输出位码和段码

P0=～Table_of_Digits［Num_Index*8+i］；

P3=_crol_（P3，1）；

if（++i==8） i=0； //每屏一个数字由8 个字节构成

if（++t==250） //每个数字刷新显示一段时间

{

t=0；

if（++Num_Index==10） Num_Index=0； //显示下一个数字

} }