DIY小型LED点阵显示系统
——本文发表于《无线电》2008年第12期
近年来LED点阵技术发展迅猛，LED屏已经悄悄地在我们身边普及：使用场所涉及到证券市场、银行、机场、车站、商场等等，包括北京奥运会开幕式上的“巨幅画卷”也使用了巨大的LED显示屏。LED屏以其使用寿命长、环境适应能力强、亮度高、可视角大等优点受到用户的青睐。
LED点阵对电子爱好者往往有着很大的吸引力，但是由于制作点阵屏接线过于麻烦，不具备制版条件的业余爱好者对此总是望而却步。笔者利用万用电路板焊接了一块32X16大小的LED屏，使用AT89S52型单片机对其进行控制。现将资料整理出来，与广大电子爱好者分享。
整体方案与硬件电路设计
本显示屏采用列扫描、直接送行显示码的方式工作，基本显示原理在后面的软件设计部分提及。分辨率为32X16的显示屏由8个共阳型LED点阵单元构成。共阳型LED点阵单元（8X8）的结构示意图如图1，由行输入高电平点亮。
图1 LED点阵单元结构示意图
图2是8个LED点阵单元级联的接线图。R1~R16是限流电阻，用来保护LED的安全；VT1~VT32是32只PNP型三极管，在这里起到开关的作用：通过控制B01~B32来使得在任何时刻只有唯一的列导通以点亮该列，当列切换的速度足够快时，由于人眼的视觉暂留现象，看上去整个屏都是亮的，这就是动态扫描的基本原理。
图2 8个点阵单元的级联
其实图2已经构成一块LED屏了，如果微处理器有足够大的驱动能力和足够多的I/O口，就可以直接驱动这块LED屏了。但是为了能用AT89S52单片机来控制它，我们需要再加一些驱动电路和译码电路，以提供足够的驱动能力以及简化与单片机的连接。
行驱动电路使用两片74HC245（图3），这是比较常用的驱动芯片，当DIR接高电平时，A端为输入、B端为输出。
列扫描电路则利用了两片4-16线译码器74LS154（图4），U4、U5分别对应左、右屏。A、B、C、D为输入、Y0~Y15为输出。此外，还有CS1、CS2两根线分别使能左、右屏译码器，也就是使能左、右屏。CS1、CS2为低电平使能。
图5是AT89S52单片机最小系统电路。
图3 行驱动电路
图4 译码器扫描电路
图5 单片机电路
硬件制作
LED屏在业余条件下的制作很麻烦，光8块LED点阵单元就有128根飞线。相信对于很多朋友来说动手焊这么多飞线还是第一次，包括笔者。所以，制作过程要求有足够的细心和耐心，千万不要急于求成，每天花点时间做，这样可以保证自己不会因疲倦而导致频繁出错。尽量做到零错误，否则检查起来会很麻烦。
1.元器件选择
该制作涉及到的元器件并不复杂，这里就不再细说。只是要强调一点：LED点阵单元的引脚排布并不像图1那么规则，不同规格不同型号便有区别。所以提醒大家购买LED点阵单元后，需结合所查资料和万用表确定其引脚排列。就笔者使用的LG12088BH型点阵单元的引脚排列如表1（仅供参考）：
表1 LG12088BH型点阵单元的引脚排列（仅供参考）
| 行（从上到下依次为） | 行1 | 行2 | 行3 | 行4 | 行5 | 行6 | 行7 | 行8 |
| 引脚号 | 9 | 14 | 8 | 12 | 1 | 7 | 2 | 5 |
| 列（从左到右依次为） | 列1 | 列2 | 列3 | 列4 | 列5 | 列6 | 列7 | 列8 |
| 引脚号 | 13 | 3 | 4 | 10 | 6 | 11 | 15 | 16 |
电路板选用双面万用电路板，具有较硬的材质也便于焊接走线。笔者使用了一大一小两块电路板，分为显示面板和背部译码器电路板两部分。
2.硬件制作图解
笔者一直追求美观和制作工艺，虽然焊接较麻烦，但仍然没有采用“飞线一团糟”的焊接方式，较好地利用了细金属导线和质量较好的漆包线。
图6是LED显示面板，驱动芯片和三极管已焊在该板上；图7是显示面板背面的连线方法：16根行线使用细金属丝贯穿整块电路板，然后用漆包线将各个点阵单元的行引脚连接至对应行线上，再用漆包线连接处于同一竖条上的点阵单元的列引脚，此时列线与行线成矩阵状。最后再焊接限流电阻、三极管基极电阻及相关排针。电阻、排针都置于显示面板反面（图8）。
LED显示面板焊接完成后（图9），再在另一块板上焊好译码器电路（图10）。为实现译码器电路与显示面板的电气连接，笔者巧妙地利用了排针与排座（图11）。
完工后的成品如图12所示。下面就可以使用AT89S52单片机对其进行控制了（图13），如果你还没有单片机系统板，那就得再加一加班了。
图6 LED显示面板
图7 显示面板背面的连线
图8 焊接好限流电阻、三极管基极电阻及排针
图9 显示面板大功告成
图10 译码器电路板
图11 译码器电路板与显示面板通过插座连接
图12 成品
图13 利用单片机系统板对其进行控制
软件设计
1.基本显示原理
一个国标汉字是由16X16即256个点（像素）来构成的，显示一个汉字该亮哪些点这些复杂的工作都交给取模软件来完成，同时，取模软件也负责把要显示的汉字转化成程序中要用到的显示代码，代码以一定的规律表征了该亮的点（一般用“1”表示）与不该亮的点（一般用“0”表示），一共256位。单片机负责将这些代码一段一段有规律地送到LED屏，比如第一次输出表示第1列的16位代码点亮第1列、紧接着再输出16位代码去点亮第2列……直到点亮第16列然后再重新点亮第1列……，如此循环，就完成了这个汉字的显示。单片机输出的速度足够快时，由于视觉暂留现象使得人眼在同一时刻感受到了这16列输出的信息，也就是看到了这个汉字。由于AT89S52单片机是8位总线结构，一次不能输出16位代码以显示完整的一列，这样我们把一个字拆分为上下两部分，一次送8位，一共送32次，这样同样完成了一个汉字的显示。事实上这个汉字区域也可以是在256象素范围内的任何图形。
再结合硬件电路来理解本文的LED屏：显示代码是通过图3所示的驱动电路送至LED屏的，列的切换则是通过译码器控制三极管VT1~VT32依次轮流导通来实现的，也就是扫描。
2.实际例程参考（后续文章将提供下载）
本期配刊光盘里附带了一些例程和演示视频。所有例程都提供了详细的注解，清晰易懂。基于硬件制作成功的基础上可将这些程序直接下载使用。
这些程序包括：
★ LED3216显示一幅图片
★ LED3216点阵反白交替显示图片
★ LED3216点阵交替变化显示汉字
★ LED3216点阵拉幕显示图片
★ LED3216点阵拉幕显示汉字
★ LED3216点阵流动显示汉字
★ LED3216点阵模拟北京奥运会开幕式击缶画面
为方便LED屏的灵活使用，笔者在程序中设置了一系列可变参数，可根据自己的需要在程序开头进行调整。以“LED3216点阵流动显示汉字”工程为例，可以设置移动速度、显示亮度，还可以设置字体大小（最大16X16）以适应显示多种字体和大小的汉字。除了这些功能，程序还会通过计算字数来自动匹配代码长度，这样使得修改显示内容相当方便。对于AT89S52型单片机，实际可在程序里放置超过200个16X16汉字的代码。
3.关于取模软件
本期配刊光盘里还附带了图15所示的取模软件。这款取模软件不仅可以满足我们对取模字数的要求，还可以方便地设置字体、大小。当然，它也能完成特殊符号、图片的取模。针对笔者提供的所有例程，均需在该软件参数设置栏的“其他选项”里设置纵向取模、字节倒序。
图14 取模软件
结语
硬件是有限的，但软件是无穷的！相信制作成功后的你已经有用它来设计电子钟的冲动了吧？没错！在硬件的基础上，爱好者可以随意地发挥自己的想象力，利用它开发出更好的产品！
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