LED点阵图文屏的工作原理解析

一般把显示图形和文字的LED显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便与不同亮度（灰度）点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED器件的颜色可以是单色的、双色的，个别情况下甚至是多色的。LED图文显示屏的外观可以做成条形，叫作条形图文显示屏（简称条屏），也可以按一定高宽比例做成矩形的平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。

不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的l位（1bit），在需要该LED器件发光时数据中相应的为1，否则为0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样是可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，例如汉字就有宋体、仿宋体、楷体、黑体等多种可供选择的方案。组成一个字的点阵，其大小也可以有16×16、24×24、32×32、48×48等不同规格。图7-8给出了汉字“欢迎”两个字的16×16点阵数据构成，每个字从左到右排列的显示数据，一行16个点阵用两个十六进制数据表示。

图7-8　汉字“欢迎”的点阵结构和相应显示数据

用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。要在众多的LED上正常显示这些信息，需要采用合适的驱动方式控制LED的亮灭。常用采用动态扫描的方式，对应的电路结构如下图所示。每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源的一端接通）。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列点燃相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。当一行的扫描持续时间结束后。下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一轮之后（一个扫描周期），又从第一行开始下一个周期的扫描。只要—个扫描周期的时间比人眼1/25秒的暂留时间短，就不容易感觉出闪烁现象。

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图7-9　LED点阵驱动方式

显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8bit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列的驱动器上去，这就存在一个列数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大。相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换。首先，单片机从存储器中读出的8bit并行数据要通过并串变换，按顺序一位一位地输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部列数据都传输完为止。只有当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（传输）和列数据显示两个部分。对于并行传输方式.列数据准备时间很短，就是一次列数据打入时间.一个行扫描周期剩下的时间全部可以用于行显示。因此，在时间安排上不存在任何困难。但是，对于串行传输方式来说，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，以至影响到LED的亮度。

解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。

经过上述分析.可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能，而且要有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据输入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。集成电路74HC595、MCI4094、CD4094恰好能够满足这样的要求，它们都具有一个8bit串入并出的移位寄存器和一个8bit输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的。