如何设计一个LED点阵显示系统?

现在大街上随吃可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。不论是在显示效果还是可修改性上都已无法满足当前的需求。而LED点阵显示屏具有耗电省、成本低、寿命长、占用空间小以及能够实时显示等特点，而且显示内容的信息量大，用户可随时任意自行编辑修改显示内容，因此，近年来已得到了广泛应用。

一、总体设计

系统采用了上位机——下位机的结构构建，上位机为PC机，通过串行通信接口与下位机显示系统进行通信[1]，以实现对显示内容的实时擦除、更新等操作;下位机系统主要包括单片机控制电路和显示电路两部分，汉字显示采用 16x16点阵模式，通过单片机的控制，实现字符从右往左滚动的动态显示效果。基本框图如图1所示。

二、系统的硬件结构

2.1MCU的选择

MCU是整个下位机系统的核心部件，其性能和片内资源很大程度上决定了该系统工作的灵活性、先进性和稳定性。基于此，本系统选用了STC公司生产的STC89C55RD+增强型51单片机。

STC89C55RD+单片机的指令系统、硬件结构以及片内资源与标准8052单片机完全兼容，采用DIP40封装形式;支持的最高时钟频率为80M，能最大限度地提高MCU的运行速度;片内包含大容量的20KBFLASH程序存储器和1KB的数据存储器，其内部可用Data FLASH达58个扇区共29KB;具有在系统可编程(ISP)功能和在应用可编程(IAP)功能，可实现远程软件升级，无需编程器，从而大大缩短开发复杂度，同时可节省购买编程器的额外投入。

2.2 串行通信

系统上位机和下位机通过串行通信接口进行联系。 STC89C55RD+单片机内部含有一个可编程的全双工串行通信接口，即 RXD(P3.0)和TXD(P3.1)，具有UART的全部功能，该接口电路能同时进行数据发送和接收。一般情况下只要通过RXD、TXD和GND三根线就可以实现与上位机PC的串行通信，根据通信距离的远近，可以选择RS232或RS485通信方式，由于本系统中显示屏控制电路与上位机PC的距离较近，故选用了RS-232标准总线接口。具体电路图如图2所示。

2.3驱动及扫描电路

LED点阵选用8x8模块，每4块排列成一个16x16的点阵，用于显示一个汉字。点阵每一行的所有LED共阴极，每一列的所有LED共阳极。

因为单片机I/O口的驱动能力有限，所以每一行LED阴极通过一个三极管8550与电源相连，I/O口仅需要提供几个毫安的灌入电流即可控制其通断。考虑到本系统可以同时显示六个汉字，故每一列 LED的阳极都通过一个限流电阻和一个三极管8550与电源相连，当六个汉字的同一行汉字字模(即12个字节)通过锁存器74HC377并行送出后，由移位寄存器74HC595输出行选通信号，来点亮该行的LED，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到16行全被扫描过一遍。至此，一幅完整的文字信息就显现出来，然后按这种方式反复扫描，借助于程序的控制，即可实现信息从右至左的动态显示了。具体电路图如图3所示。

该系统的软件主要实现的功能包括：上位机信息(或命令)的发送和下位机点阵显示内容及方式的控制两部分。虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。