LED點(diǎn)陣屏發(fā)光亮度強(qiáng)，指示效果好，可以制作運(yùn)動(dòng)的發(fā)光圖文，更容易吸引人的注意力，信息量大，隨時(shí)更新，有著非常好的廣告和告示效果。筆者此處就LED點(diǎn)陣屏動(dòng)態(tài)掃描顯示作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

1. LED點(diǎn)陣屏顯示原理概述

圖1-1為一種8x8的LED點(diǎn)陣單色行共陽(yáng)模塊的內(nèi)部等效電路圖，對(duì)于紅光LED其工作正向電壓約為1.8v，其持續(xù)工作的正向電流一般10ma左右，峰值電流可以更大。如下圖，當(dāng)某一行線為高電平而某一列線為低時(shí)，其行列交叉的點(diǎn)就被點(diǎn)亮，當(dāng)某一行線為低電平時(shí)，無論列線如何，對(duì)應(yīng)的這一行的點(diǎn)全部為暗。LED點(diǎn)陣屏顯示就是通過一定的頻率進(jìn)行逐行掃描，數(shù)據(jù)端不斷輸入數(shù)據(jù)顯示，只要掃描頻率足夠高，由于人眼的視覺殘留效應(yīng)，就可以看到完整的文字或圖案信息。通常有4、8、16線掃描方式，掃描行數(shù)越少，點(diǎn)陣的顯示亮度越好，但相應(yīng)硬件數(shù)據(jù)寄存器需求也越多。

圖1-1 點(diǎn)陣內(nèi)部原理圖

2. 硬件設(shè)計(jì)

微控制器的IO口均不能流過過大的電流，LED點(diǎn)亮?xí)r有約10ms的電流，因此LED點(diǎn)陣引腳不要直接接單片機(jī)IO口，應(yīng)先經(jīng)過一個(gè)緩沖器74HC573。單片機(jī)IO口只需很小的電流控制74HC573即可間接的控制LED點(diǎn)陣某一行（或某一列），而74HC573輸出也能負(fù)載約10ms的電流。設(shè)置LED每點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電流為ID=15ma，這個(gè)電流點(diǎn)亮度好，并且有一定的裕度，即使電源輸出電壓偏高也不會(huì)燒毀LED，限流電阻值

R = （VCC- VCE– VOL– VLED） / ID

VCC為5v供電，VCE為三極管C、E間飽和電壓，估為0.2v， VOL為74hc573輸出低電平時(shí)電壓，不同灌電流，此值不一樣，估為0.2v，具體查看規(guī)格書，VLED為紅光驅(qū)動(dòng)電壓，估為1.7v，根據(jù)上式可算出限流電阻為R = 200R。

LED點(diǎn)陣屏需接收逐個(gè)掃描信號(hào)，掃描到相應(yīng)列（或行），對(duì)應(yīng)的列（或行）數(shù)據(jù)有效，即顯示這一列（或行）的信息。一般產(chǎn)生掃描信號(hào)是需要采用專門的譯碼器，如三線八線譯碼器74HC138，這樣可硬件保證任意時(shí)刻只有一列（或一行）正在掃描，并且可減少微控制器的IO口占用。市面上的51開發(fā)板對(duì)于LED點(diǎn)陣屏的設(shè)計(jì)基本都沒有采用譯碼器，直接用單片機(jī)IO產(chǎn)生掃描信號(hào)，為兼容軟件，筆者此處也不加譯碼器，軟件保證IO口產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號(hào)。

當(dāng)某一列（或一行）LED點(diǎn)均點(diǎn)亮?xí)r，電流約15max8=90ma流過這一列（或一行）公共端，微控制器IO口無法直接驅(qū)動(dòng)這個(gè)電流，需加三極管驅(qū)動(dòng)，由于51單片機(jī)低電平灌電流較大，因此適合采用PNP三極管作為驅(qū)動(dòng)。三極管基極電流設(shè)為2ma即可讓三極管飽和，最大驅(qū)動(dòng)電流遠(yuǎn)大于90ma?；鶚O偏置電阻阻值

Rb=（VCC- VEB– VOL） / IB

VCC為5v供電，VEB為三極管E、B間的導(dǎo)通電壓0.7v，VOL為單片機(jī)IO口輸出低電平時(shí)電壓，可根據(jù)規(guī)格書估為0.2v，故Rb= 2k即可。

圖2-1 8X8共陰LED點(diǎn)陣原理圖

3. 驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

LED點(diǎn)陣數(shù)據(jù)口接P0口，掃描選擇線接P2口的0~7位。對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描，都是有一個(gè)掃描頻率的，LED屏掃描頻率下限為50HZ，低于一定的掃描頻率，顯示會(huì)閃爍。頻率過高，則亮度較差且占用cpu資源。一般整個(gè)屏掃描一遍時(shí)間為約10ms較合適（即掃描頻率100HZ），我們采用的是8線掃描方式，每一行點(diǎn)亮?xí)r間為1.5ms，掃描一遍為12ms。為保證這個(gè)刷新頻率，通常是通過定時(shí)器來周期性進(jìn)行點(diǎn)陣屏刷新。

顯示屏顯示往往會(huì)涉及到畫點(diǎn)、畫線、畫圖等復(fù)雜的運(yùn)算，改變屏幕的信息，只需處理顯存中的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于顯示屏，是需要開辟出一塊內(nèi)存空間作為顯存使用的。8X8點(diǎn)陣每個(gè)點(diǎn)可用1 bit表示，一行1字節(jié)，顯存8字節(jié)即可。由于點(diǎn)陣屏像素點(diǎn)太少，沒有必要實(shí)現(xiàn)畫線、畫圖等復(fù)雜操作，筆者此處僅對(duì)點(diǎn)陣屏畫點(diǎn)、文字上下左右移動(dòng)進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)。

點(diǎn)陣屏動(dòng)態(tài)顯示功能模塊文件Matrix.c內(nèi)容如下：

#include“reg52.h”

#include“Matrix.h”

// 每個(gè)LED點(diǎn)需1位保存，8X8點(diǎn)陣需8字節(jié)顯存

static unsigned char FrameBuffer［8］;

// 外部模塊通過該函數(shù)獲得顯存內(nèi)存位置進(jìn)行處理

unsigned char *MatrixGetBuffer（）

{

return FrameBuffer;

}

// 點(diǎn)陣刷新，保證以一定周期調(diào)用刷新

void MatrixScan（）

{

static unsigned char Select =0; // 記錄掃描的選擇線

// 列數(shù)據(jù)輸出到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)端口

MatrixOutputData（FrameBuffer［Select］）;

// 掃描信號(hào)輸出到點(diǎn)陣掃描選擇端口

MatrixOutputSelect（Select）;

Select++; // 進(jìn)入到下一行掃描

if （Select 》= 8） {

Select= 0; // 所有行已掃描，回到第一行再次開始掃描

}

}

// LED點(diǎn)陣屏打點(diǎn)函數(shù)，對(duì)（x， y）位置進(jìn)行亮，滅，狀態(tài)取反

voidMatrixSetPoint（unsigned char x， unsigned char y， unsigned char Operation）

{

if （x》7 “| y》7） { // 位置保證在點(diǎn)陣屏區(qū)域內(nèi)

return;

}

switch （Operation） {

case SET： // （x， y）位置置位，燈滅

FrameBuffer［x］ |= 1《《 y;

break;

case CLEAR： // （x， y）位置清零，燈亮

FrameBuffer［x］ &= ~（1《《 y）;

break;

case NEGATE： // （x， y）位置取反，燈狀態(tài)改變

FrameBuffer［x］ ^= 1《《 y;

break;

default：

break;

}

}

// LED點(diǎn)陣屏清屏，顯存對(duì)應(yīng)1的位置，燈滅，0相應(yīng)的燈才點(diǎn)亮

voidMatrixClearScreen（）

{

unsigned char i;

for （i=0; i《8; i++） {

FrameBuffer［i］ = 0xff;

}

}

// 點(diǎn)陣平移，上下左右四個(gè)方向平移1，平移空缺位置用數(shù)據(jù)Filling填充

void MatrixMove（unsignedchar Direction， unsigned char Filling）

{

unsigned char i;

switch （Direction） { // 判斷平衡的方向

case MOVE_UP： // 向上平移1，每列數(shù)據(jù)第7位移到第6位，如此類推

for （i=0; i《8; i++） {

FrameBuffer［i］ =（FrameBuffer［i］》》1） | （（Filling《《（7-i））&0x80）;

}

break;

case MOVE_DOWN： // 向下平移1，每列數(shù)據(jù)第0位移到第1位，如此類推

for （i=0; i《8; i++） {

FrameBuffer［i］= （FrameBuffer［i］《《1） | （（Filling》》i）&0x01）;

}

break;

case MOVE_LEFT： // 向左平移1，右一列的數(shù)據(jù)移到當(dāng)前列中，如此類推

for （i=0; i《7; i++） {

FrameBuffer［i］ = FrameBuffer［i+1］;

}

FrameBuffer［i］ = Filling;

break;

case MOVE_RIGHT： // 向右平移1，左一列的數(shù)據(jù)移到當(dāng)前列中，如此類推

for （i=7; i》=1; i--） {

FrameBuffer［i］ = FrameBuffer［i-1］;

}

FrameBuffer［i］ = Filling;

break;

default：

break;

}

}

我們?cè)邳c(diǎn)陣屏模塊頭文件Matrix.h中實(shí)現(xiàn)模塊的宏定義及接口訪問宏實(shí)現(xiàn)，使之方便移植及修改接口配置。模塊頭文件同時(shí)也引出模塊的接口函數(shù)，如MatrixScan（）為點(diǎn)陣屏刷新函數(shù)，需周期性調(diào)用刷新點(diǎn)陣屏顯示。點(diǎn)陣屏動(dòng)態(tài)顯示功能模塊文件Matrix.h內(nèi)容如下：

#ifndef__Matrix_H__

#define__Matrix_H__

#ifdef__cplusplus

extern”C“ {

#endif

#define SET 0x1 //置1操作

#define CLEAR 0x2 // 清0操作

#define NEGATE 0x3 //取反操作

#defineMOVE_UP 0x1 // 向上平移1

#defineMOVE_DOWN 0x2 // 向下平移1

#defineMOVE_LEFT 0x3 // 向左平移1

#defineMOVE_RIGHT 0x4 // 向右平移1

// 列數(shù)據(jù)輸出到P0口

#defineMatrixOutputData（Dat） {P0 = （Dat）;}

// P2口輸出對(duì)應(yīng)列的掃描選擇線，低有效

#defineMatrixOutputSelect（Select） {P2 = ~（1《《（Select））;}

voidMatrixClearScreen（void）;

voidMatrixMove（unsigned char Direction， unsigned char Filling）;

unsigned char*MatrixGetBuffer（void）;

voidMatrixScan（void）;

voidMatrixSetPoint（unsigned char x， unsigned char y， unsigned char Operation）;

#ifdef__cplusplus

}

#endif

#endif/*__Matrix_H__*/

外部應(yīng)用通過引入點(diǎn)陣屏的模塊頭文件Matrix.h來實(shí)現(xiàn)調(diào)用點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)函數(shù)，簡(jiǎn)單測(cè)試調(diào)用（心形在點(diǎn)陣屏內(nèi)隨機(jī)平移）實(shí)現(xiàn)如下：

#include”reg52.h“

#include”Matrix.h“

// 心形坐標(biāo)數(shù)據(jù)

static unsigned charcode HeartShape［］［2］ = {

{3， 3}， {4， 2}， {5，3}， {5， 4}， {4， 5}，

{3， 6}， {2，