大屏幕LED顯示屏控制系統設計

摘要：設計一種基于單片機的大屏幕LED顯示屏控制系統，由單片機、串行通信電路、存儲器電路、顯示屏及行列驅動電路組成。廣泛應用于商場、學校、銀行、郵局、機場、車站、碼頭、金融證券市場、文化中心等公共場所進行廣告、新聞和信息發布，可顯示M行N列漢字、字符、數字和圖片，可實現上下、左右移動等顯示方式。采用模塊化結構設計，擴展容易，操作方便、使用靈活。詳細介紹了控制系統設計方法，并給出了系統仿真運行結果。經實際應用表明，穩定可靠，效果良好。
關鍵詞：大屏幕LED顯示屏；點陣模塊；控制電路設計；模塊化結構

0 引言
LED顯示屏以其可靠性高、使用壽命長、環境適應能力強、性價比高、操作方便靈活、用戶可隨時自行修改顯示內容、顯示方式圖文并茂等優點，迅速成為平板顯示的主流產品，廣泛應用于商場、學校、銀行、郵局、機場、車站、碼頭、金融證券市場、文化中心等公共場所進行廣告、新聞和信息發布。
本文設計一種顯示M行N列漢字的LED顯示屏控制系統，以51單片機為控制器，可顯示漢字、字符、數字和圖片。用PC機編輯漢字、字符等顯示信息，并轉換為相應的點陣顯示數據，送給單片機存儲并顯示。

1 系統組成
本LED顯示系統主要由控制系統和顯示屏組成，控制系統主要由單片機、串行通信電路、存儲器、顯示屏及行列驅動電路組成，顯示屏由M行N列組成，每行和每列由16個LED組成，整個顯示屏由(M×16)×(N×16)個LED組成。顯示屏系統組成框圖如圖1所示。

2 控制電路設計
本控制電路以AT89S51單片機為控制器，顯示M行N列字符，每個字符由1個16×16 LED點陣模塊顯示，顯示屏共由M×N個16×16 LED點陣模塊組成。行驅動電路由2塊74HC595級聯和2塊ULN2803組成，每行字符的LED點陣模塊列驅動電路由2×N塊74HC595級聯組成，M行共M×2×N塊74HC595。各行字符的16行LED分別并聯，由P0．1串行輸出行掃描碼，經2塊級聯74HC595串／并轉換，再由ULN2803驅動放大后，送到各行字符的16×16LED點陣模塊的行線端。各行字符的LED點陣模塊列驅動電路分別由2×N塊74HC595級聯組成，獨立控制，各行LED點陣模塊的列數據由P0．6，P0．7，…分別輸出，經級聯的2×N塊74HC595完成串／并轉換，待各行字符對應的LED點陣模塊列數據存入74HC595后，把所有列驅動電路M×2×N塊74HC595的輸出使能端置為低電平，則各行字符的2×N×16列數據一起輸出，顯示屏顯示各行字符的16行中的某一行。依次掃描各行字符的16行的每一行，實現整屏字符的顯示功能。顯示字符由上位PC機編輯并轉換為點陣數據，經串口串行發送至單片機，由單片機接收后存儲在存儲器中并顯示。
2．1 行驅動電路
使用2塊74HC595和2塊ULN2803作為行驅動器。74HC595是一個8位串行輸入三態并行輸出移位寄存器，其內部的移位寄存器和存儲寄存器分別有各自的時鐘輸入，控制各自獨立，這樣數據的準備和數據的顯示可同時進行，2塊74HC595串行級聯。74HC595芯片各引腳功能為：DS為串行數據輸入端，Q0…Q7為并行數據輸出端，Q7’為串行數據輸出端，用于級聯；為移位寄存器清零端，低電平時將移位寄存器的數據清零；SH_CP為移位寄存器時鐘輸入端，上升沿時移位寄存器的數據移位，下降沿時移位寄存器數據不變；ST_CP為存儲寄存器時鐘輸入端，上升沿時移位寄存器的數據進入存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數據不變；為輸出使能端，低電平時允許數據輸出，高電平時禁止數據輸出。
ULN2803為高電壓、大電流的8路達林頓驅動器，最大工作電壓50 V，驅動電流可達500 mA，作為顯示屏的行驅動電路。ULN2803芯片各引腳功能為：1B～8B為8路輸入端，TTL電平驅動；1C～8C為對應的8路集電極開路輸出端，外接負載；10腳為COM端，當外接電阻性負載時COM端開路，當外接電感性負載時COM端接負載電源，構成在每個感性負載兩端并聯一個續流二極管以防止反電勢擊穿器件。