三色LED显示屏的设计与实现

本文给出基于单片机系统的16×15 三色LED 点阵双显示屏设计方案,采用动态显示原
理,配合优化的程序设计,在动态扫描方式下,得到较高刷新速率、画面清晰的三色显示效
果。
本设计实现了由红、黄、绿组成的十二种颜色搭配的静态和动态字符、文字、动画显
示：集成ASCII 码子库显示；四条广告语的十二种颜色循环显示；生动的动画显示。按键控制上下左右移动及速度大小和灰度等级。
【关键词】
三色LED 显示屏 动态显示 单片机 双屏显示
【引言】
LED 电子显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅猛发展而形成的一种
电子广告媒体，已经渗透到工业、农业、交通、金融及信息广告等各个行业，用于显示字符、图像等信息。LED 电子显示屏的象素采用LED 发光二极管，将多个发光二极管以点阵的形式排列构成LED 阵列，这种显示屏具有耗电省、成本地、清晰度高、寿命长等优点。本文重点提出了基于单片机系统的三色屏控制电路、驱动电路设计方法，并针对两个16×15 屏同时显示的特点，对其软件实现的算法给出了具体的分析。
1.系统设计思路
1.1 设计任务
设计并制作一个单片机为控制核心的三色LED 点阵显示系统，系统实现的功能及要求如
下：⑴红、绿、黄、黑、彩色图形、文字显示，画面清晰无闪烁。
⑵12 种颜色配置循环显示，集成ASCII 码字库及三条以上中文广告语
⑶通过按键键盘选择不同的广告语
⑷显示方式的变化功能（上移、下移、左移、右移）及显示速度的键盘控制（加、减速）
⑸动画显示
1.2 数学模型
对于点阵型LED 显示可以采用共阴极或共阳极，本系统采用共阴极，其硬件电路如图1
所示。当行上有一负脉冲选通信号时，列端四位数据为1 者发光二极管导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示码作为列信号且对应于行信号的0 逐行扫描，就可以逐行点亮点阵。由于扫描时间很快和人眼的视觉暂留效应，就可以显示图形或文字。
例如，若要图中所示16 个LED 显示一方框，则：
a) 行1～4 上加循环选通脉冲
b) 对应行选通时，在列端（四位数据端）分别加下列数据：
行及行选通 A B C D
1 1 1 1 1
2 1 0 0 1

3 1 0 0 1
4 1 1 1 1
这样，当选通第一行时列信号为1111，选通第二行时列信号为1001，选通第三行时列
信号为1001，选通第四行时列信号为1111，当刷新频率足够高时，由于人眼的视觉暂
留特性，便可观察到稳定的方框。

4×4 共阴极LED 阵列

1.3 方案选择论证
LED 电子显示屏的系统组成主要由单片机控制模块、驱动模块（电子显示屏屏体由若干
模块拼装而成）和INTERFACE 组成。针对任务要求，我们发现此项设计的核心部分在扫描方式的选择以及数据输出的不同形式上。因此，设计方案的比较主要对此展开。
1.3.1 方案的提出
方案一：静态显示
方案二：采用动态扫描法并行输出数据
方案三：采用动态扫描法串行输出数据
1.3.2 方案的比较
方案一所谓的静态显示就是对LED 电子显示屏中的每一象素点都通过硬件单独控制，整
个LED 显示屏所有的LED 的同时显示。此方式最大优点是程序设计简单，且画面无闪烁。但这种设计存在致命的缺点：电路复杂，硬件利用率低，成本巨大。所以此方式一般不被采用。方案二和方案三同样采用动态扫描实现显示过程。所谓的动态扫描法是利用人眼的视觉暂留特点而实现的一种显示方法，即当刷新速率足够高时，人眼就察觉不出显示屏画面更迭的闪烁。若要显示一帧画面，先送出第一行的数据，然后选通并点亮第一行，延时；此后送出第二行的数据，同样选通、点亮并延时；依次将所有行扫描完，即给出了一帧的画面。但方案二的缺点也是明显的，比较而言，方案二的译码电路比较复杂，相对硬件开销大一些；方案三电路构成简单，译码电路简洁。
1.3.3 方案的确定
在此次设计中我们采用“动态扫描法串行输出数据”的方法。具体设计在下面的叙述中
将详细讨论。