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1、LED点阵显示屏原理与设计 1.LED点阵的显示原理 2.LED点阵的控制与实现 1.LED1.LED点阵的显示原理点阵的显示原理 4 4 4 4共阴极共阴极LEDLED阵列阵列 LED点阵的行线上加载扫描选通信号，列线上为数据输入，当行 线上有一负脉冲选通信号时，列端四位数据中为“1”的发光二 极管导通点亮。显示采用逐行扫描方式，数据端不断输入数据， 行扫描按顺序逐行选通，扫描一个周期(4次)产生一帧画面。 LED点阵 1 控制控制 第五行显示接高第五行显示接高 9 控制第一行显示接高控制第一行显示接高 2 控制控制 第七行显示接高第七行显示接高 10 控制第四列显示接低控制第四列显示接低
2、3 控制控制 第二列显示接低第二列显示接低 11 控制第六列显示接低控制第六列显示接低 4 控制控制 第三列显示接低第三列显示接低 12 控制第四行显示接高控制第四行显示接高 5 控制控制 第八行显示接高第八行显示接高 13 控制第一列显示接低控制第一列显示接低 6 控制控制 第五列显示接低第五列显示接低 14 控制第二行显示接高控制第二行显示接高 7 控制控制 第六行显示接高第六行显示接高 15 控制第七列显示接低控制第七列显示接低 8 控制控制 第三行显示接高第三行显示接高 16 控制第八列显示接低控制第八列显示接低 8*8的LED点阵为单色行共阳行共阳模块 点点 阵 屏 原 理 1 点阵
3、原理点阵原理 点阵内部结构及外形如上，点阵内部结构及外形如上，8X8点阵共由点阵共由64个发个发 光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线 和列线的交叉点上，当对应的某一行置和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某电平，某 一列置一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一电平，则相应的二极管就亮；如要将第一 个点点亮，则个点点亮，则9脚接高电平脚接高电平13脚接低电平，则第脚接低电平，则第 一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要脚要 接高电平，而（接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、 1
4、6）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；）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，则第如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（脚接低电平，而（9、 14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一）接高电平，那么第一 列就会点亮。列就会点亮。 一般我们使用点阵显示汉字是用的一般我们使用点阵显示汉字是用的16*1616*16的点阵宋的点阵宋 体字库，所谓体字库，所谓16*1616*16，是每一个汉字在纵、横各，是每一个汉字在纵、横各1616点点 的区域内显示的。也就是说得用四个的区域内显示的。也就是说得用四个8*88*8点阵组合点阵组合 成一个成一个16*1616*16的
5、点阵。的点阵。( (国家标准汉字库中的每一个国家标准汉字库中的每一个 字均由字均由256256点阵来表示，即点阵来表示，即16*1616*16点阵点阵) ) 如下图所示，要显示“你”则相应的点就要点亮，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（位代码信息要取反（因列输出数据，行选通因列输出数据，行选通），即），即 所有列（所有列（13161316脚）送脚）送(1111011101111111(1
6、111011101111111，0xF70xF7， 0x7F)0x7F)，而第一行（，而第一行（9 9脚）送脚）送1 1信号，然后第一行送信号，然后第一行送0 0； 再送第二行要显示的数据（再送第二行要显示的数据（13161316脚）送脚）送 (1111011101111111(1111011101111111，0xF70xF7，0x7F)0x7F)，而第二行（，而第二行（1414脚）脚） 送送1 1信号。依此类推，只要每行数据显示时间间隔信号。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，这样送够短，利用人眼的视觉暂停作用，这样送1616次数据次数据 扫描完扫描完1616
7、行后就会看到一个“你”字；行后就会看到一个“你”字； 列输出数据，行选通扫描列输出数据，行选通扫描 第二种送数据的方法是字模信号送到行线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（上再扫描列线也是同样的道理（行输出数行输出数 据，列选通扫描据，列选通扫描）。同样以）。同样以“你你”字来说字来说 明，明，16行（行（9、14、8、12、1、7、2、5） 上送（上送（0000000000000000，0x00， 0x00）而第一列（）而第一列（13脚）送、脚）送、“0”。同理。同理 扫描第二列。当行线上送了扫描第二列。当行线上送了16次数据而列次数据而列 线扫描了线扫描了16
8、次后一个次后一个“你你”字也就显示出字也就显示出 来了。来了。 （LED点阵一般点阵一般不使用按列扫描不使用按列扫描的显示方式，因为此种方的显示方式，因为此种方 式会使式会使LED的亮度不够）的亮度不够） 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 以采用移位寄存器以采用移位寄存器74HC59574HC595（或（或74LS16474LS164）。（也）。（也 可用译码器可用译码器74LS15474LS154） 16*1616*16点阵，由点阵，由4 4个个8*88*8点阵组成，行相连。点阵组成，行相连。 发光二极管的限流电阻。发光
9、二极管的限流电阻。 行驱动能力问题。达林顿管行驱动能力问题。达林顿管41484148、40074007、39043904、 39063906、80508050、85508550、90129012、90139013等等 ，驱动芯片，驱动芯片 74HC245,74HC57474HC245,74HC574。 引脚不足，可加译码器。引脚不足，可加译码器。3 3- -8 8，4 4- -1616。也可加锁存。也可加锁存 器。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 shitf clock：移位时钟 serial data input:串行数据输
10、入 output enable：输出使能 latch clock：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
11、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。QAQBQC.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
12、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。 (1)(1) 利用利用16 16 1616点阵汉字字库提取程序，获取所需显示字符的十六点阵汉字字库提取程序，获取所需显示字符的十六 进制数据，并将其存放在进制数据，并将其存放在LPM_ROM
13、LPM_ROM模块中。模块中。 (2)(2) 基于动态扫描原理，利用基于动态扫描原理，利用FPGAFPGA实现实现LEDLED点阵的控制与显示。点阵的控制与显示。 FPGAFPGA的的1616位列数据输出引脚经两个位列数据输出引脚经两个74HC24574HC245锁存驱动后与锁存驱动后与LEDLED点阵的点阵的1616位位 列数据端口直接相连接；列数据端口直接相连接； FPGAFPGA的的4 4位行选通输出引脚经位行选通输出引脚经4 4线线- -1616线译码器线译码器74HC154N74HC154N译码译码( (低电平有效低电平有效 ) )后连接后连接LEDLED点阵的点阵的1616位行选通
14、端口。位行选通端口。 利用利用FPGAFPGA实现对实现对LEDLED点阵的控制与显示。（参考点阵的控制与显示。（参考P215P215） 图图10.18 1616 LED点阵的控制与显示模块框图点阵的控制与显示模块框图 dataromdatarom模块：利用专用的模块：利用专用的 16161616点阵的字符字库提取点阵的字符字库提取 软件提取待显示字符“武汉软件提取待显示字符“武汉 大学”所对应的十六进制码，大学”所对应的十六进制码， 将提取的十六进制码构造成将提取的十六进制码构造成 mifmif文件；文件； source1source1模块：模块： 每个字符所对应每个字符所对应 的数据将重复扫的数据将重复扫 描显示描显示1616次再转次再转 到下一帧的数据到下一帧的数据 freq_dividefreq_divide模块：模块： freq_dividefreq_divide模块模块 产生了产生了1 1 kHzkHz点阵点阵 扫描时钟频率保证扫描时钟频率保证 了人眼的正常观察了人眼的正常观察
