led显示屏设计-基于一种模块化的LED显示屏设计

描述

LED大屏幕显示器由于其醒目、内容灵活多变等特点，已经越来越多地应用于广告、信息发布、交通指示等公共场所，取得了良好效果。LED显示屏主要分为数码显示和点阵显示两大数，本文只讨论点阵显示。目前的LED显示屏基本上都是先由用户提出要求，生产厂这根据需要订做，每次都要重复设计电路和机械结构，造成资源浪费，而且若用户的需求改变，改动将十分困难。

实际上不论显示屏的大小，其原理都是相同的，因此完全可以设计出一种标准化、模块化的LED显示屏，会对不同的需要，只需要得意组合相应的模块即可。本文介绍的就是一种模块化的LED显示屏，可以根据需要灵活改变大小，并可以脱离计算机独立运行，还可以实现如闪烁、滚动显示等特效。对整体式显示屏刷新率不足发生闪烁的常见问题，在这个设计中由于被分割成小模块，不再成为问题。

1 基本原理

基本的设计思路是把整个显示屏分成若干相同大小、相同功能的显示模块，而另外用一个中央控制模块控制，同步所有显示模块的运行，实现整体协调的显示。

所以本系统主要由两部分组成：显示模块和控制模块。

显示模块实际都是相同大小的小LED驱动板，能够驱动LED阵列，具有基本的显示功能，并可以接收来自控制模块的数据和命令，此外一些常用的显示效果如闪烁、滚动等也包括在显示模块中。现有国标点阵汉字库有16×16和24×24两种，考虑到软件编写的方便和硬件的能力，我们把显示模块作为16×16点阵大小。

控制模块负责控制各显示模块，向各显示模块发送数据和命令。控制模块储存要显示的点阵数据信息，定时向各显示模块下传。控制模块上还带有小键盘和通用异步串行口，即可以用键盘操作，也可以用计算机控制，还可以用计算机更新控制模块内的数据。

显示模块和控制模块之间用总线的方式连接，我们选用了I2C总线。

整个系统的设计使用有很大的自由度：控制模块控制的显示模块数量可以改变，显示模块的排列方式也可以改变（如16个显示模块，既可以是2×8也可以是4×4），对同一块显示屏可以保存若干条件用信息分别显示，每条信息的点阵大小可以不同，超过屏幕大小的信息可以滚动显示出来。这样基本可以满足多种多样的需求。

2 电路结构

采用PIC16C73作为中央控制器。该单片机内置I2C接口、串行口，而且具有比较强的口线驱动能力（每根口线25mA），使用它可以简化很多外围电路。

数据存储使用两片EEPROM：X24256共提供64K字节的数据空间，可以反复擦除重定民，掉电数据不丢失。如果全部用来显示16×16点阵的汉字，可以显示2000个左右。数据存储器与各个显示模块共用I2C总线，依靠各自的地址区分究竟是存储器还是显示模块。

小键盘外接4个限流电阻直接接到CPU的口线上，对键盘采用4×4扫描方式。

控制模块与计算机的连接使用RS232串行口，用一片MAX202做电平转换。

此外控制模块还带有一个光强度传感器，其作用是调节显示屏的亮度。由于白天和夜晚的环境光强差异很大，白天觉得合适的亮芳到了晚上可能会很刺眠，因此根据外界的光强使用这个传感器自动调节显示屏的度。这里使用的是TI公司的TLS235光频转换元件。

每个显示模块要驱动一块16×16的LED阵列，由于单片机的口线数量少，使用静态显示是不可能的，这里使用了动态扫描显示。考虑到刷新速度的因素，使用16行扫描刷新可能会有闪烁，所以使用8行扫描、32位数据的方式。

每条数据线每个时刻只对应一个发光单元，要求电流较小；而当显示屏全开的时候，8路共阳极扫描线将会对应32个发光单元，电流要求大，所以两端的驱动电路是分别设计的。数据线端使用TI公司的4片TPIC6B595。扫描端使用启和科技的两片2944。