单片机控制LED点阵显示屏[1]

单片机控制LED点阵显示屏——兴趣小组活动第2次闫晓东[e-mail]主要内容——硬件相关LED与LED点阵显示LED电路设计动态显示的考虑电源设计单片机最小系统功能设置相关LED与LED点阵显示发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R＝（E－UF）／IF式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数目字。按其封装结构，封装外形，管体颜色分为不同种类。LED工作时应合理选定LED的工作电流，LED的正向极限电流IFm多在50mA左右。实践验证，LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比，当IF＞20mA时，亮度的增强已无法用肉眼分辨，实际亮度已经没有增加了。因此，LED的工作电流一般选在10~20mA较为合理。（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，LED发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:LED发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，LED发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.5～2V。在外界温度升高时，VF将下降。LED点阵点阵屏原理1．点阵原理点阵内部结构及外形如上，8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮。一般我们使用点阵显示汉字是用的16*16的点阵宋体字库，所谓16*16，是每一个汉字在纵、横各16点的区域内显示的。也就是说得用四个8*8点阵组合成一个16*16的点阵。如下图所示，要显示“你”则相应的点就要点亮，由于我们的点阵在列线上是低电平有效，而在行线上是高电平有效，所以要显示“你”字的话，它的位代码信息要取反，即所有列（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第一行（9脚）送1信号，然后第一行送0；再送第二行要显示的数据（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第二行（14脚）送1信号。依此类推，只要每行数据显示时间间隔够短，利用人眼的视觉暂停作用，这样送16次数据扫描完16行后就会看到一个“你”字；第二种送数据的方法是字模信号送到行线上再扫描列线也是同样的道理。同样以“你”字来说明，16行（9、14、8、12、1、7、2、5）上送（0000000000000000，0x00，0x00）而第一列（13脚）送、“0”。同理扫描第二列。当行线上送了16次数据而列线扫描了16次后一个“你”字也就显示出来了。LED点阵电路设计以扫描行线，列线输入数据，需要引脚众多，所以采用移位寄存器74HC595。164。（也可用译码器）16*16点阵，由4个8*8点阵组成，行相连。发光二极管的限流电阻。行驱动能力问题。达林顿管4148、4007、3904、3906、8050、8550、9012、9013等，驱动芯片74HC245,74HC574。引脚不足，可加译码器。3-8，4-16。也可加锁存器。移位锁存器74ls595原理74ls595为8位输出锁存移位寄存器RESET:复位信号shitfclock：移位时钟serialdatainput:串行数据输入outputenable：输出使能latchclock：锁存时钟595有3层结构：第一层为移位D触发器；第二层为锁存D触发器；第三层为输出3态门；当复位信号为0时，移位D触发器清0；当移位脉冲从L-H时，第一个移位D触发器的Q=D；其它的Qn=Qn-1；当锁存脉冲从0-1时，第二层为锁存D触发器的输出=/输入；当OE=1时，595的输出为高阻态；当OE=0时，595的输出为第二层为锁存D触发器的输出的反相；74595的数据端：QA--QH:八位并行输出端，可以接点阵的8列。QH':级联输出端。将它接下一个595的SI端。SI:串行数据输入端。74595的控制端说明：/SCLR(10脚):低电平时将移位寄存器的数据清零。通常将它接Vcc。SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA--QB--QC--...--QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。通常都选微秒级）RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常将RCK置为低电平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。通常都选微秒级），更新显示数据。/G(13脚):高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。注：74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要小,14脚封装，体积也小一些。74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。与164只有数据清零端相比，595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。动态显示的考虑采用行扫描、列施加数据信号的基本驱动方法。任意时间只有一行施加高压有效信号，其余各行均为低压信号。列施加对应该行的数据信号，低压有效。以8x8LED点阵列显示器为例说明字符显示原理，8行顺序扫描结束后，将完成一帧字符的显示。一帧扫描结束后，行扫描从第一行重新开始，周而复始。若列数据保持不变，则显示静态字符。反之，列数据发生变化，则显示内容将发生变化，如果保持前后帧内容的连贯性，就可以显示动态字符。由硬件决定，主要以软件实现电源设计总电流计算基本稳压电源电路：变压，整流，滤波，稳压。所用器件选型。单片机最小系统电源晶振复位：上电，按键引脚资源分配。选型，参数匹配。功能设置相关显示汉字个数，4个串行口，RS232与上位机通讯。功能按键，输入信息。电源指示。其他。下一步工作总体设计，详细硬件设计，选型。绘制电路图。绘图软件可用protel,proteus下次讲一下实验板相关硬件内容。