基于单片机的ＬＥＤ 点阵屏的研究与设计
张 波，丁 乐２１５１０４） （苏州市职业大学电子信息工程学院，江苏 苏州
１ 引 言
ＬＥＤ点阵屏是一种文字符号与简单图形的显示器，具有性价比高、寿命长、亮度高、易于控制、显示灵活多样、１ ［ ］传播距远 等许多优点，在现代社会被广泛应用。物流领域、商铺、银行、证券市场、学校、体育馆、车站、码头、ＬＥＤ公交车、火车等很多地方均能经常见到 显示屏，且随ＬＥＤ着社会信息化的进程， 显示屏应用越来越广。
２ ＬＥＤ点阵构成及工作原理
ＬＥＤ ８×８点阵屏内部是由发光二极管构成。以简单的
８×８ ６４点阵屏为例。 点阵屏共有个发光二极管构成，每行
８和每列的二极管数目者是个，每个二极管都位于行和列的交叉处。每行的二极管共阳（或共阴）连接后用一个引脚引出，每列的二极管共阴（或共阳连接后也同样用一个引脚引出。任意一个二极管要点亮，要它所在和行和列信号同
８×８时有效才行。点阵屏是一种很简单基础的点阵屏，但
８×８ ３２用点阵屏可很方便地组成其他类型的点阵屏。比如×６４ ８ ８×８ ４ ８×８
点阵屏，每行用 个 点阵屏，每列用 个 点阵屏组合构成即可。
要显示一个符号，先分析出点阵上哪些二极管点亮可以显示该符号。行信号控制：显示时选中一行，使要显示的那一行信号有效，其他的行信号无效，这样只有选中的那一行的二极管才有可能被点亮；列信号控制方法：根据选中行需要点亮的二极管，配行行信号控制同进送出列信号，需要点亮的二极管所在的列信号有效，不需要点亮的二极管列信号无效（即不能点亮二极管） ，这样选中的那一行的需要点亮的二极管就会被点亮。比如要点亮第二行位于第一列和第三列的两个二极管，行信号使第二行的信号有效，其他行信号无效，同时送出列信号，列信信号使第一列和第三列信号有效，其他的列信号无效，这样第二行位于第一列和第三列的两个二极管就被点亮了。选中某一行一小段时间后，接下来选中下一行，同样的方法送出相应的列信号，每行都如此依次显示，最后一行显示完了之后再显示第一行，循环进行。虽然实际上每行是不同时间点亮的，但每行点亮的时间都极
２短，比如每行点亮毫秒，加上人眼视觉滞后现象，人们看上去会感觉到需要点亮的二极管时是同时点亮的。每行点亮的时间过长会有闪烁现象，点亮的时间过短亮度会影响发光 亮度，所以要恰当控制每行点亮的时间。实现显示内空的移动显示，实际上是把显示的内容移动的方向每移动一列作为新的显示内容按照一定的时间间隔依次显示出来。比如时间
１ １间隔秒显示。要显示的内容显示秒后，把显示的内容移动一列作为新的显示内容下一秒显示。显示的内容移动一列后行的控制方式不变，列信号控制方式也一样，只是每次送出的内容和前一秒有所区别，是显示内容移动一列后对应的编码。这种显示方式称之为行扫描，也就是任意时间段只有某一行的二极管可能被点亮，列控制是送出该行显示对应的２ ［ ］数据。 相应地，还有列扫描，控制时行和列的控制方式和行扫描时对调一下。
３ ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２单片机及其他主要器件介绍
８０Ｃ５１单片机种类很多，其中常用的 系列单片机都是在Ｉｎｔｅｌ ＭＣＳ－ ５１ ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２公司 基础上发展起来的。晶宏ＳＴＣ１５单片机是其 系列单片机中的一种，是新一代的增强５１ ＳＴＣ１５ ５１ ３ ［ ］型 单片机。 单片机主要特点有：增强型 内核， ５１ ７～ １２ ３单时钟机器周期，比传统的 单片机快 倍； 个可１６ ／自动重载的 位定时计数器；两个全双工异步串行口ＵＡＲＴ）； ３ ＰＷＭ／ ／ ／ （ 通道 可骗程计数器阵列 捕获比较单元； ６０Ｋｂｆｌａｓｈ １Ｋｂｆｌａｓｈ ，２０４８程序存储器， 数据存储器 字节ＳＲＡＭ； ８ １０ ＡＤＣ； １ ＳＰＩ；的 通信 位 个高速同步通信端口４２ Ｉ／ Ｏ最多达 根 口线（看类型） ；可编程时钟输出功能；集成高可靠的硬件看门狗和上电复位电路；内部集成高精度Ｒ／ Ｃ ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２电路，常温工作时不需要外接晶振。 单ＤＩＰ－ ４０片机为 封装，和普通双列直插的单片机一样也是４０ ５１个引脚，但引脚分布和传统的单片机不同，不能直接５１替换传统的单片机，替代时需按引脚功能外围重新布线。７４ＨＣ５９５ ８ ８是位串行输入，并行输出的芯片， 位并行输出为三态输出，其传递延迟时间很短，支持高速串行连ＳＣＫ接。在串行输入时钟信号 上升延时，数据从串行数据口输入一位到内部的八位位移缓存器，原来位移缓存器的最后一位由串行数据输出端输出，这样设计可以很方便地实现ＬＣＫ级联；平行输出缓存器的数据读取时钟信号 上升延时，八位平行输出缓存器会读取八位位移缓存器上的数据，从并行输出端输出。７４ＨＣ１３８ ３ － ８ ０００— １１１是 线 线译码器，输入端数据从变化，八输出端中对应输出端低电平输出，其余为高电平，
ＬＥＤ ＬＥＤ ［摘 要］点阵屏诸多优点，在当今社会应用越来越广，市场前景广阔。文章深入研究分析了 点阵屏的构成及ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２ ７４ＨＣ１３８ ４ － １６工作原理，以 单片机为控制核心，通过两片 芯片构成 线 译码器进行行控制，通过八片７４ＨＣ５９５ １６×６４串接以串入并出方式进行列控制，设计制作出了点阵屏，并指出了点阵屏扩展方法和显示内容更新的方法。实践证明本设计稳定可靠，性价比高，有很高的实用价值。［关键词］点阵屏；扫描；串入并出；动态显示ＤＯＩ １０ １３９３９／ ｊ ｃｎｋｉ ｚｇｓｃ ２０１７ １５ ２９０ ［ ］
７４ＨＣ１３８ ４ － １６完成变量译码。利用使能端两片 可构成 线Ｄ４９５３ Ｐ线译码器。 是驱动芯片，内部包括两个独立的、 沟ＬＥＤ道金属氧化物场效应管，具有超低的导通电阻，适合用ＬＥＤ ＰＷＭ显示屏和显示器驱动，也可用来做负载开关或者开关。
４ １６×６４ＬＥＤ点阵屏系统的设计
１６×６４ＬＥＤ本文设计一个 可移动显示的点阵屏。以ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２ １６×６４ＬＥＤ单片机为控制核心。 点阵屏，需１６ ６４要行信号 个，列信号个，显然单片机满足不了这个要Ｉ／ Ｏ ７４ＨＣ１３８求，必须对口进行扩展。具体方法是，用两片４ － １６构成 线线译码器作为行控制信号，如图所示，这样４ Ｉ／ Ｏ行控制信号只需占用单片机 根 口线。如果同时点亮６４ ，７４Ｈ１３８个发光二极管，需要的电流还是比较大的 的输Ｄ４９５３出显然不能满足要求，引入驱动芯片 解决这一问题。７４ＨＣ５９５ ８列信号控制用 串入并出芯片，每个芯片控制 列， ６４ ８ ７４ＨＣ５９５ ７４ＨＣ５９５列需要 片 芯片。前一个 芯片的数据７４ＨＣ５９５串行输出信号作为下一个 芯片的数据串行输入信７４ＨＣ５９５号，第一个 芯片的串行输入信号由单片机提供，最后一芯片的串行输出可供给下一个级联用。所有的７４ＨＣ５９５ ＳＣＫ芯片串行输入时钟信号 连在一起，平行输出ＬＣＫ缓存器的数据撷取时钟信号 也都连在一起，均有单片７４ＨＣ５９５机控制实现芯片同步动作。如下图引入八片 芯片１ Ｉ／ Ｏ ６４不考虑控制信号线时，单片机用 根 口线就可送 列信号。 ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２单片机负责读取字模（显示字符所需要 的代码） ，字模通常有专用的软件生成，也可人工编制，得ＬＥＤ到的字模后存放到单片机内即可。要改变 点阵显示的ＬＥＤ内容，只需改变单片机读取到的字模就可以了。 点阵４ Ｉ／ Ｏ屏工作原理过程前面已叙述过。单片机 根 口线通过两７４ＨＣ１３８ ４ － １６片 构成的 线 线译码器依次送行扫描信号， Ｄ４９５３经驱动芯片 加到点阵屏相应的行上，选中某一行时， ７４ＨＣ５９５ ６４ ，６４单片机控制八片 同时把对应的 列信号并出位列信号在显示上一行时由单片机控制依次串入。移动显示时，单片机控制把前一时间段显示的列信号内容移位后再以同样的方法送出。１６×６４ＬＥＤ本例设计的是 点阵屏，硬件电路不改动的１６×６４ＬＥＤ １６×１２８情况下，两个 点阵屏级联就可得到ＬＥＤ １２８点阵屏。要改变只是单片机每次要串出 个列信号。理论上能级联很多点阵屏，但实际级联的点阵屏受单片机串出数据速度和串入并出芯片传送速度影响。级联多，单片机ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２串出数据速度可能跟不上，这也是本例选择的原因，当然也可选更好的处理器。改变变单片机字内字模Ｕ Ｗｉ－ Ｆｉ可让单片机读盘、存储卡，也可通过 和蓝牙实现。ＬＥＤ ４ ［ ］这样点阵屏显示内容更加丰富多彩，适用性更广。
５ 结 论
ＬＥＤ点阵屏性价比高，市场广阔，本设计性能可靠， ＬＥＤ通用性强，实用价值高。研究内容为研究 全彩屏打了一个坚实的基础。 参考文献： １ ＬＥＤ ［］陈亚男，田嘉欣，杜佳慧基于单片机的 电子显示屏Ｊ ． ２０１６（ ６）： ５６－ ５７ 控制系统的设计 ［ ］中国市场， ２ ＬＥＤ ［］黄桂梅，刘永立 小型 点阵屏实用软件设计与实现Ｊ ． ２０１１，１９（ １２）： ３１６５－ ３１６８ ［ ］计算机测量与控制， ３ ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２ ＬＥＤ ［］刘成惠 基于 单片机的 点阵屏设计Ｊ． ２０１６，２０（ ２）： ３５－ ３７ ［］科技经济市场， ４ ＬＥＤ ［］卢超，徐安娜，曹煜琪，等基于蓝牙技术的 阵屏显Ｊ ． ，２０１５，示系统的设计与实现 ［ ］陕西理工学院学：自然科学版３１（ １）： ３１－ ３６
ＳＳ２０１５２０）； ［基金项目］苏州市科技计划项目（项目编号： 苏ＳＺＤＫＹＣ１６０７０１）州市职业大学研究性课程教改项目（项目编号： 。１９７９—）， ［作者简介］张波 （ 男，汉族，湖北枣阳人，硕士，副教授。研究方向：智能控制技术。